少學(xué)時熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)探索

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 李建平 王鵬飛 劉洪杰 趙曉順 霍曉靜 梁楊

熱力學(xué)或傳熱學(xué)作為機械類專業(yè)知識體系的學(xué)科基礎(chǔ)知識，是21 世紀(jì)工科各類專業(yè)人才工程素質(zhì)的重要組成部分[1]，將機械設(shè)計制造與自動化、車輛工程、工程裝備與控制工程、機械電子工程、材料成型及控制工程等專業(yè)作為必修課程進(jìn)行開設(shè)，設(shè)置48～64 學(xué)時。隨著工程教育認(rèn)證的推進(jìn)，為滿足工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，熱工基礎(chǔ)課程正逐步進(jìn)入各專業(yè)的課程體系[2]。我校機械類專業(yè)受專業(yè)總學(xué)分及總學(xué)時限制，開設(shè)了16 學(xué)時的《熱工基礎(chǔ)》課程，重點講授熱功轉(zhuǎn)換、熱能的有效利用和熱量傳遞規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的熱工思維、解決機電產(chǎn)品中熱工問題能力；在少學(xué)時情況下，為使學(xué)生更透徹地掌握課程知識點，基于超星學(xué)習(xí)通平臺[3]開展熱工基礎(chǔ)課程的混合式教學(xué)探索，通過學(xué)生自學(xué)、慕課學(xué)習(xí)、講授重難點，學(xué)生和教師聯(lián)動，以解決如何在少學(xué)時條件下高質(zhì)量地完成熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)任務(wù)，以期達(dá)到樹立節(jié)約能源、合理用能的觀念和思辨方法。

1 教學(xué)內(nèi)容調(diào)整與優(yōu)化

《熱工基礎(chǔ)》作為一門理論性較強的專業(yè)課，具有授課內(nèi)容豐富、知識面廣、概念和公式多等特點，通過整理優(yōu)化課程知識點，可便于理清學(xué)生自學(xué)和教師講授的各自側(cè)重點，加強學(xué)生自我學(xué)習(xí)的主觀能動性，提升教師授課方式的靈活性和知識點聚焦性，達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)過程中將包含機械、車輛等各個研究方向最基本的原理作為公共模塊，并作為所有學(xué)生的必學(xué)內(nèi)容；根據(jù)各個不同專業(yè)的側(cè)重點再進(jìn)行專業(yè)模塊化的教學(xué)[4]。

基于少課時的教學(xué)特點，選擇高等教育出版社張學(xué)學(xué)主編的《熱工基礎(chǔ)》教材，根據(jù)機械類專業(yè)特點和培養(yǎng)目標(biāo)對課程內(nèi)容進(jìn)行合理取舍，以內(nèi)燃機的熱功轉(zhuǎn)換及工質(zhì)換熱為目標(biāo)牽引，重點講解熱力學(xué)第一定律和第二定律、理想氣體及蒸汽的熱力性質(zhì)與過程、活塞式內(nèi)燃機循環(huán)，以及導(dǎo)熱、對流換熱、輻射換熱的基本傳熱理論等。通過工程案例或生活案例將各章節(jié)知識點串聯(lián)起來，保持課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的連續(xù)性和完整性，使學(xué)生明晰和掌握課程重難點。

對課程知識點進(jìn)行專業(yè)針對性的分類與精簡，根據(jù)專業(yè)特點、目標(biāo)要求、重點難點，將知識點按層次劃分為掌握型、理解型和了解型[5]。通過講解緒論內(nèi)容，使學(xué)生明確課程的性質(zhì)、任務(wù)及重要性，宏觀了解課程整體內(nèi)容、章節(jié)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，課程內(nèi)容與前續(xù)和后續(xù)課程知識點間學(xué)習(xí)的關(guān)系，介紹課程特點及其學(xué)習(xí)方法。通過對熱力學(xué)第一定律的講解，使學(xué)生能夠運用熱力學(xué)第一定律分析閉口和開口系統(tǒng)的熱能——機械能轉(zhuǎn)換過程，對內(nèi)燃機循環(huán)等基本動力循環(huán)掌握循環(huán)熱效率及循環(huán)功量的計算分析方法[6]。

通過分析理想氣體的定容、定壓、定溫、定熵、多變的基本熱力過程，將熱力學(xué)能、焓、膨脹功、技術(shù)功、比熱容、熱力學(xué)第一定律等知識點串聯(lián)成知識鏈；將熱力循環(huán)的正向循環(huán)、卡諾循環(huán)等基本理論與活塞式內(nèi)燃機循環(huán)相關(guān)聯(lián)，逆向循環(huán)與空氣壓縮式制冷循環(huán)相關(guān)聯(lián)；利用兩平行平壁的傳熱過程將熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射的傳熱方式關(guān)聯(lián)起來，使各章節(jié)知識點有機融合在一起，形成一條明晰的知識點鏈條，以便于學(xué)生對知識點的掌握和復(fù)習(xí)。

2 教學(xué)方式改革與實踐

作為應(yīng)用型本科院校，在本科培養(yǎng)時注重對學(xué)生實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，教學(xué)內(nèi)容依據(jù)機械、車輛等機械類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和行業(yè)就業(yè)知識需求進(jìn)行取舍，有針對性地進(jìn)行合理的刪減。工程熱力學(xué)從熱能如何高效轉(zhuǎn)化為機械能角度考慮，掌握熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律，講解理想氣體的性質(zhì)及熱力過程，分析以理想氣體為工質(zhì)的活塞式內(nèi)燃機循環(huán)的理論基礎(chǔ)；傳熱學(xué)從熱能的傳遞方式考慮，講授熱阻、傳熱的三種基本方式、對流換熱的牛頓冷卻公式、導(dǎo)熱的傅里葉定律及黑體輻射的四次方定律[7]。

2.1 板書、多媒體授課與超星學(xué)習(xí)通自學(xué)相結(jié)合

采用板書講解表達(dá)出課程的精髓和框架，對熱力過程等課程內(nèi)容理論性強、抽象知識點進(jìn)行講解；采用多媒體教學(xué)，以圖片、視頻、動畫等形式將卡諾循環(huán)等難于理解的課程內(nèi)容形象生動地表達(dá)出來；通過超星學(xué)習(xí)通平臺將課程的電子教材、習(xí)題集、課后作業(yè)等教學(xué)資源發(fā)布，以限時完成知識學(xué)習(xí)和章節(jié)作業(yè)，達(dá)到及時鞏固課堂的目的；利用學(xué)習(xí)通的簽到、搶答、分組討論、隨堂測試、在線直播、問卷調(diào)查等功能，單間交流互動平臺，促進(jìn)學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生間的討論交流與溝通互助，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。

2.2 改變傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式，采用啟發(fā)式和互動式授課模式

對于非熱能工程專業(yè)的學(xué)生，在講授熱工基礎(chǔ)課程內(nèi)容時，教學(xué)內(nèi)容中要注重?zé)崃W(xué)基本定律、常見工質(zhì)的基本熱力過程及工程應(yīng)用、熱量傳遞基本理論和規(guī)律的教學(xué)[8]，對一些較為繁瑣復(fù)雜的推導(dǎo)可以略講或不講，以學(xué)生為中心，鼓勵學(xué)生主動參與課堂，結(jié)合日常生活及專業(yè)方向加強工程實際應(yīng)用的例題，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力。

2.3 以學(xué)生為中心，聚焦學(xué)生應(yīng)該學(xué)會什么

從專業(yè)基礎(chǔ)課開始培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維方法和工程意識，發(fā)揮時間和空間的靈活性，整合慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、移動學(xué)習(xí)等各種學(xué)習(xí)模式，加強學(xué)生作為主體參與教學(xué)活動的積極性，以獲得滿意的學(xué)生學(xué)習(xí)滿意度和學(xué)業(yè)成功率。

2.4 加強課下習(xí)題練習(xí)，以訓(xùn)練反饋知識點掌握情況

教學(xué)內(nèi)容根據(jù)章節(jié)內(nèi)容銜接和學(xué)生的接受程度，依據(jù)循序漸進(jìn)的原則進(jìn)行知識講解；在授課過程中，在突出基本理論、基本原理和基本方法的基礎(chǔ)上，以章節(jié)思考題和習(xí)題為導(dǎo)向，掌握應(yīng)用知識點解決工程應(yīng)用問題；在每次課程結(jié)束后，結(jié)合課堂內(nèi)容及章節(jié)重難點知識，選擇相應(yīng)的習(xí)題供學(xué)生練習(xí)訓(xùn)練。通過學(xué)生自主講述練習(xí)題，鍛煉學(xué)生的知識學(xué)習(xí)能力、溝通表達(dá)能力以及運用理論知識解決實際問題的能力，啟發(fā)學(xué)生學(xué)——懂——用的思維。

2.5 與專業(yè)發(fā)展相融合，提升授課內(nèi)容系統(tǒng)性

隨著新能源技術(shù)在機電產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，在課程內(nèi)容講授時穿插新能源發(fā)電、氫能利用等相關(guān)知識；在專業(yè)前期實習(xí)階段，要加深對機加工設(shè)備等各種熱動力機械認(rèn)識，鼓勵同學(xué)通過互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)提前了解或熟悉四沖程內(nèi)燃機的工作過程；在教學(xué)過程中要把工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)等內(nèi)容相結(jié)合，形成少學(xué)時熱工基礎(chǔ)課程的系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容；根據(jù)專業(yè)方向?qū)W習(xí)重點不同，授課老師需對各學(xué)科專業(yè)有基本了解，找到熱學(xué)基本理論與學(xué)生專業(yè)知識的有機契合點[9]。

3 考核方法變革

課程考核以全過程、全方位評價為依據(jù)，對學(xué)生的作業(yè)、筆記、課堂互動等整個學(xué)習(xí)過程和能力進(jìn)行量化指標(biāo)評價，減少人為因素，避免一張試卷定“終身”[10]。通過課程考核全面評價學(xué)生的基礎(chǔ)理論掌握情況、分析解決問題的能力、思維能力與創(chuàng)造能力，綜合評定學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、探究精神、創(chuàng)新意識和學(xué)習(xí)能力[11]。

熱工基礎(chǔ)課程的考核評價主要包括平時過程評價和期末考試評價兩部分，其中期末考試評價占70%；而平時過程評價包括作業(yè)、課堂互動、慕課學(xué)習(xí)、課堂簽到等，考核主要通過超星學(xué)習(xí)通平臺的成績管理模塊，根據(jù)課前設(shè)定好的模塊權(quán)重值進(jìn)行自動統(tǒng)計，從而加強了對平時學(xué)習(xí)的考核，避免了學(xué)生期末突擊式應(yīng)試的習(xí)慣。

為適應(yīng)專業(yè)認(rèn)證要求，可通過計算課程目標(biāo)的達(dá)成度來評價對于每個目標(biāo)要求的滿足情況[12]，得出學(xué)生對于知識點的掌握情況，進(jìn)而把考核結(jié)果反饋于教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)不斷改進(jìn)教學(xué)手段、達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

4 結(jié)論

根據(jù)少學(xué)時熱工基礎(chǔ)課程授課和學(xué)生掌握工程分析與解決問題的應(yīng)用能力要求，結(jié)合機械類專業(yè)特色，以學(xué)生能力訓(xùn)練為中心，更新培養(yǎng)理念，合理取舍授課章節(jié)內(nèi)容，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和課程建設(shè)水平，探索出非熱工專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程教育的有效方式。