陳曉娟,焦坤靈
(1.內(nèi)蒙古科技大學機械工程學院,內(nèi)蒙古 包頭 014010;2.內(nèi)蒙古科技大學能源與環(huán)境學院,內(nèi)蒙古 包頭 014010)
內(nèi)蒙古科技大學機械工程學院機械類專業(yè)立足內(nèi)蒙古,面向全國,以培養(yǎng)適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要、專業(yè)基礎扎實、工程實踐能力強,具備科技創(chuàng)新精神的高級工科專業(yè)人才為目標。在高等工程教育改革發(fā)展的新時期,我區(qū)作為國內(nèi)重要能源基地,以新技術、新產(chǎn)業(yè)為特點的新經(jīng)濟模式大力發(fā)展,對高等工程教育提出了新的要求。
“熱工基礎及流體力學”課程包括工程熱力學、傳熱學以及工程流體力學的內(nèi)容,核心目標是掌握以流體介質(zhì)為能量載體的力學規(guī)律、熱量傳遞規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律。對從事機械類專業(yè)的技術人員來說,其工作內(nèi)容無不涉及能量的轉(zhuǎn)換和傳遞問題,從機械加工設備到工程機械裝置,從過程裝備、工程控制到機械電子系統(tǒng)均離不開能量的傳遞與利用,機械類專業(yè)的學生應該具備合理用能、節(jié)能環(huán)保的意識,懂得基本的技術原理,因而該課程在機械類專業(yè)人才的培養(yǎng)中具有重要地位。結(jié)合工程教育認證理念,我校機械類專業(yè)合理優(yōu)化課程體系,新增了“熱工基礎及流體力學”課程,本文就課程的教學內(nèi)容、教學文件、學生自主學習等方面進行研究與探討。
內(nèi)蒙古科技大學機械工程學院機械類本科專業(yè)新版培養(yǎng)方案將“熱工基礎及流體力學”作為專業(yè)核心基礎課開設在第5 學期,具有承上啟下的學科特點。課程從物理學的熱學、力學基礎知識延伸到實際工程問題,理論性強,應用性強;與機械類學科專業(yè)課相比,該課程涵蓋了三門獨立課程,內(nèi)容抽象,知識難點多、微積分公式多,學生學習難度較大。然而,學生對該課程的理解和掌握程度,直接關系到其后續(xù)專業(yè)課程的學習狀況。
課程教學內(nèi)容涉及三門課程,選用教材將其分為三個獨立篇章。工程熱力學篇包含5 章基本內(nèi)容,重點講授熱力學第一、第二定律;傳熱學篇包含5 章,重點涉及熱傳導、對流傳熱和換熱器部分;流體力學篇包含5 章,集中在流體靜力學、運動學、動力學和管道流動等問題?,F(xiàn)存教材多將三門課程分成獨立篇章,各部分內(nèi)容之間關聯(lián)性不足,需要梳理出清晰的知識邏輯架構。
課程教學大綱設置總學時32,全部為理論教學課時。教學任務多而課時安排過少的矛盾非常突出,需要對課程大綱進行合理調(diào)整。
當前的課堂教學方式采用傳統(tǒng)的“滿堂灌”,學生被動接受式教學模式,課程中多章節(jié)涉及大量公式推導和專業(yè)概念,加之課程進度快,學生存在畏難情緒,學習效果不佳。部分學生對課程在專業(yè)中的地位理解不足,學習積極性不高。需要更加靈活的授課方法提高教學效果。
基于上述課程特點和現(xiàn)狀,結(jié)合我校機械類專業(yè)實際情況,制定了如下教學思路:
1)剔除課程中難度較大、應用面較窄的邊緣知識,集中精力講授基礎理論體系和核心概念。
2)教學過程中減少不必要的推導、側(cè)重理論、公式概念的理解和應用。
3)注重思維方式、節(jié)能意識和終身學習能力的培養(yǎng)。教學過程中注重分析問題思路的講解,培養(yǎng)學生建立力學思維方式、合理有效地利用、控制熱能的節(jié)能環(huán)保意識、提高學生自主學習意識和學習能力。
首先,建議整合課程內(nèi)容,尋找三門課程內(nèi)容的相似性和關聯(lián)性,明晰學科間的邏輯關系,結(jié)合專業(yè)特點建立系統(tǒng)的課程體系。
三門課程雖側(cè)重點有所不同,但使用的研究方法均基于控制體的能量平衡法,針對具體研究對象,能量方程的表現(xiàn)形式略有不同;研究對象均涉及流體,“工程熱力學”中能量轉(zhuǎn)化的工作介質(zhì)即為流體,由于氣體的壓縮性和膨脹性較高而成為主要的能量轉(zhuǎn)化工質(zhì),其中理想氣體性質(zhì)及其熱力過程相關理論是“工程流體力學”中分析氣體動力學的基礎,而工程流體力學中對黏性流體流動的分析是熱能傳遞,特別是對流傳熱的研究基礎。
其次,“熱工基礎及流體力學”課程的教學中應側(cè)重知識點背景和工程應用的介紹。針對各專業(yè)特點和要求,增加專業(yè)應用實例解析。以過程裝備與控制工程專業(yè)為例,工程流體力學部分與專業(yè)課的過程流體機械案例結(jié)合;傳熱學與過程設備設計中的換熱器部分、壓力容器保溫措施等結(jié)合;工程熱力學部分增加煤化工實際動力循環(huán),如整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)等工程實際案例。以此強化學生對概念和公式的理解,并將課程知識點與專業(yè)知識建立關聯(lián)性,幫助學生構建專業(yè)框架,提高學生對課程的認知,激發(fā)學習動力。
最后,考慮到課程展開的連續(xù)性和完整性,結(jié)合實際教學情況,建議將課時從32 學時增加到48學時。通過上述探索以解決目前教學內(nèi)容多而學時不足的問題,以及三門課程獨立存在的現(xiàn)狀。
為提高教學效果,調(diào)動學生的教學參與度和學習熱情,引入互動式教學大綱設計,彌補傳統(tǒng)教學大綱備而不用的不足。
將教學大綱引入課堂,并在課前就大綱的設計理念和內(nèi)容進行師生的互動討論和修正,使學生了解課程內(nèi)容以及師生各自在教學過程中的任務,并達成一致。核心思想是借助教學大綱“契約機制”的約束作用,師生都會在心理上期待按照教學大綱的要求履行自己的責任,完成約定的施教與學習任務。強調(diào)以課程內(nèi)容為中心的教學大綱向以學生參與為中心的教學大綱的轉(zhuǎn)變,以此來提升課堂教學質(zhì)量。
為彌補課時不足,教學中往往會要求學生在課前、課后對現(xiàn)有的微視頻(精品課、慕課等)進行學習,然而大部分學生往往流于形式,并未進行有效學習。為解決這一問題,提出在教師指導下,學生自選知識點,在學期結(jié)束前分組獨立完成數(shù)個知識點的微課制作或案例研究,并在學期末將各組的研究成果進行評比,作為同學們的過程考核成績,其中小組組長的成績由評比產(chǎn)生,組員的成績由組長給定。
這種自主結(jié)對、自主研究或自主制作的過程,體現(xiàn)以學生為中心的自主學習體驗,打破課堂學習的時空限制,鍛煉學生的自學能力,在幫助學生深度理解和應用知識點的同時,培養(yǎng)學生的分工協(xié)作、團結(jié)合作的能力。該措施不僅有利于本課程的學習,同時可培養(yǎng)學生的終身學習能力和自主學習意識。
“熱工基礎及流體力學”是一門應用性較強的專業(yè)基礎課,與后續(xù)專業(yè)課關系密切。通過對課程內(nèi)容的精煉、參與式教學大綱的引入、學生自主學習意識的培養(yǎng),對于促進課程持續(xù)發(fā)展、提升教學效果很有意義。教師不僅需要在課堂上盡心竭力,更需要在課下不斷思考和提升,在日常教學工作中不斷尋求改進,促進高等教育的發(fā)展。