多學科融合的機械專業(yè)工程熱力學教學改革探索

[摘 要] 工程熱力學是機械專業(yè)重要的學科基礎課，對培養(yǎng)現(xiàn)代化工程技術人才具有重要作用。通過多年的教學與實踐，提出采用多學科融合的機械專業(yè)工程熱力學教學模式，探索以實際應用為導向的新型教學方法。配合線上線下互補式教學平臺，以及合理的教學實施方案。實踐表明，多學科融合的工程熱力學教學模式可有效提高學生學習興趣，激發(fā)學習熱情，增強理論結合實際的能力。

[關鍵詞] 學科融合;工程熱力學;教學改革

[基金項目] 中國礦業(yè)大學（北京）本科教育教學改革與研究項目（J180410）中國礦業(yè)大學（北京）大學生創(chuàng)新訓練項目（C201904486），企業(yè)橫向合作項目（U03455）聯(lián)合資助

[作者簡介] 遲金玲（1983—），女，山東煙臺人，博士，中國礦業(yè)大學（北京）機械工程系講師，研究方向：先進能源動力系統(tǒng)。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）19-0117-02? ? [收稿日期] 2020-03-10

隨著科學技術和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，熱能利用和熱機工作原理等科學已覆蓋到熱能動力之外的機械、化工、環(huán)境、電子、航空航天等各個領域，是現(xiàn)代工程技術人才必備的技術基礎知識[1]。工程熱力學課程已成為除熱能動力專業(yè)外，機械等專業(yè)重要的學科基礎課，也是工程教育認證課程體系中不可或缺的課程，課程支撐學生工程知識、問題分析、開發(fā)/解決方案、研究、個人和團隊、終身學習等多個方面的畢業(yè)要求，屬“強支撐”課程，教學工作開展直接關系到學生畢業(yè)要求的達成度[2]。然而，目前機械專業(yè)的工程熱力學課程存在學時少，內容多，學生應用相關知識解決實際問題能力差等問題，對課程進行教學改革十分必要[3，4]。本文結合教學實際，基于機械專業(yè)工程熱力學教學中遇到的問題，提出多學科融合，以實際應用為導向，對機械專業(yè)工程熱力學課程進行教學改革，以提高學生解決工程實際問題的能力。

一、機械專業(yè)工程熱力學教學中的問題

工程熱力學與機械專業(yè)的其他課程，如機械原理、機械設計等實踐性強的課程不同，其教學內容理論性強，具體操作及工程問題的具體分析內容少，且機械專業(yè)工程熱力學課程通常課時較少，而涉及內容較多，且其中包含大量的概念、公式推導等。現(xiàn)有工程熱力學課程與機械專業(yè)其他課程的聯(lián)系度低，學生學習起來感覺內容抽象，晦澀難懂，學習動力不足。

二、多學科融合的工程熱力學教學模式

將工程熱力學課程與其他課程相結合，建立多學科融合的工程熱力學教學模式，具體融合方式及內容如下。

1.工程熱力學與流體力學的結合。氣體的流動是工程熱力學中的重要章節(jié)。而流體力學的研究對象即為各類流體的流動，其中描述理想流體流動能量方程的伯努利方程與一元穩(wěn)定流動的能量方程形式相近，內涵相同。將工程熱力學中氣體流動的章節(jié)與流體力學中的伯努利方程的講解相結合，可提高學生對此章節(jié)內容的理解，并深化對理想流體，理想氣體和實際流體的區(qū)別。此部分的講解宜與具體實例結合，如飛機是如何飛起來的，引導學生理論聯(lián)系實際，同時提高學習興趣。

2.工程熱力學與機械原理及機械設計的結合?；钊絻热紮C循環(huán)是工程熱力學中典型的氣體動力循環(huán)實例?；钊絻热紮C循環(huán)通過曲柄連桿機構將活塞的往復運動，轉化為車輪的轉動，其中涉及的眾多機構均是機械原理中的典型機構。機械設計中還包括拆裝發(fā)動機的實驗內容。將活塞式內燃機循環(huán)的講解與以上內容進行結合，一方面可以對通過已學知識的應用，促進學生對內燃機循環(huán)本身的理解，另一方面提高工程熱力學課程與機械專業(yè)其他課程的結合度。此外，鑒于大多數(shù)的機械學生為男生，將基礎理論與他們感興趣的汽車發(fā)動機構造進行結合，也可在一定程度上提高學生的學習興趣。

3.與社會人文類課程相結合。在熱力學第二定律熵增原理的講解中，學生普遍反映“熵”的概念比較抽象。在熱力學中，熵是判斷循環(huán)是否可行或過程進行方向的判據(jù)。而熵的社會意義表征的是秩序度及混亂程度。大學生的課程設置中，有一定比例的社會人文類課程，引導學生利用熵增原理解釋社會人文現(xiàn)象，可大大調動學生的學習興趣及對熵的內涵理解。例如，筆者在教學過程中曾布置過探討熵增原理與提高國家凝聚力的關系，利用熵增原理解釋男女朋友的吵架及和好過程等課后作業(yè)，極大調動了學生的積極性。

三、線上線下互補式教學平臺建設

鑒于機械工程專業(yè)工程熱力學課程學時少的限制，很多的教學內容無法展開，留給教師進行拓展的空間有限，在多學科融合的教學模式下，學時少內容多的矛盾依然存在，利用多互聯(lián)網(wǎng)平臺，建立線上線下互補的教學平臺非常必要。充分利用微信公眾號、“雨課堂”、慕課網(wǎng)等平臺，將課上無法展開或拓展的內容以文章或微視頻的形式推送給學生，對課堂教學內容形成補充，可有效提高教學效果。

適合于通過線上平臺發(fā)布的內容包括以下幾類：（1）公式的推導：工程熱力學中有大量的公式推導過程，為了節(jié)約課堂教學時間，一部分公式的推導過程可以轉移到線上。（2）背景類內容：工程熱力學中很多概念或定理的提出有很有趣的背景，如永動機的提出，麥克斯韋妖，熱質說與宇宙大爆炸理論等，其中一部分可作為調節(jié)氣氛的內容在課上講解，另外一部分可在線上平臺發(fā)布。（3）拓展類知識：機械專業(yè)工程熱力學學習中通常以熱力學第一定律及第二定律為主，而熱力學第零定律及第三定律的內容可作為線上拓展內容供學生學習，以豐富學生對熱力學的理解。（4）工程或研究熱點問題：如低溫熱泵，分布式功能，超臨界CO2循環(huán)等是目前的一些熱點工程或項目，將此類熱點循環(huán)相關的介紹及基本原理作為線上內容的一部分，可大大拓展學生的知識面，有利于學生未來就業(yè)或科研。（5）融和學科知識點：在多學科融合的教學模式中，由于相關融合內容在教學時間安排的一致性上無法保證，因此需要將融合學科的相關知識點通過線上教學平臺供學生進行復習。

四、多學科融合教學模式的實施

多學科融合的工程熱力學教學模式，在具體實施上還需注意以下問題：（1）由于在教學中涉及不同學科，需要在教學時間的安排上與其他學科同步或在其他學科之后，以保證學生已具備融合學科的基礎知識。尤其在與機械設計中拆裝發(fā)動機實驗部分，應盡量保證內燃機部分內容講解與拆裝實驗時間相近。（2）多學科融合教學中，教師需加強與融合學科教師的交流，以保證教學中融合知識應用的準確性和專業(yè)性。（3）鑒于目前很多高校都將創(chuàng)新類課程作為必修課，多學科融合教學模式可進一步與大學生創(chuàng)新訓練相結合，在創(chuàng)新訓練題目或方向的設計上，引導學生進行多學科交叉和融合，以進一步提高學生綜合利用知識的能力。

五、結語

在機械專業(yè)工程熱力學教學中，采用多學科融合的教學模式可提高課程與其他課程的聯(lián)系度，結合線上線下互補式教學平臺的建設，可緩解課程學時少，內容多的矛盾。同時在實施過程中，堅持以實際應用為導向，有望大大提高機械專業(yè)工程熱力學課程的教學成效。

參考文獻

[1]彭玉，王紅艷，張翠珍.機械類專業(yè)熱工基礎課程教學探討[J].科教文匯，2019（11）：64-65.

[2]尤彥彥，毛明明，楊彬彬，等.基于工程教育專業(yè)認證的工程熱力學課程教學探索[J].大學教育，2019（12）：71-73.

[3]田霖.“工程熱力學”研究型教學方法改革與探索[J].教育教學論壇，2019，12（51）：105-106.

[4]王舫，密騰閣.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下機械類專業(yè)《熱工基礎》課程教學改革的研究與實踐[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（2）：72-74.

Exploration on the Reform of Engineering Thermodynamics for Mechanical Engineering Major with Multidisciplinary Integration

CHI Jin-ling

[Department of Mechanical Engineering， China University of Mining and Technology（Beijing），

Beijing 100083， China]

Abstract：Engineering Thermodynamic is an important professional basic course for mechanical students， which plays an important role in training modern engineering and technical talents. Based on the problems found in the teaching practice， this paper puts forward a new teaching model of Engineering Thermodynamics of mechanical engineering major based on the integration of multiple disciplines， and explores the teaching method oriented by practical application. Cooperating with online and offline complementary teaching platforms and reasonable teaching implementation programs， the multidisciplinary teaching model of Engineering Thermodynamics can effectively improve students' learning interest， stimulate their learning enthusiasm， and enhance their ability to combine theory with practice.

Key words：multidisciplinary integration; Engineering Thermodynamic; educational reform