王艷 周向葵 李瑩

摘 要：在工程教育認證的背景下，結(jié)合培養(yǎng)計劃的基本要求，針對熱工基礎(chǔ)課程中教學(xué)內(nèi)容交叉滲透和教學(xué)方式存在的問題，本研究提出了合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方式、改革考核方式和增加實驗類別四個方面的教學(xué)改革方法。該教學(xué)改革實踐將理論和工程應(yīng)用結(jié)合起來，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，為培養(yǎng)機械類專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：熱工基礎(chǔ);課程內(nèi)容;交叉滲透研究;教學(xué)改革

熱工基礎(chǔ)課程的基本內(nèi)容包括熱能的有效利用、轉(zhuǎn)換及傳遞規(guī)律等，在工科專業(yè)培養(yǎng)中具有重要的地位。課程內(nèi)容可劃分為熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分。其中，熱力學(xué)主要是研究熱能與其他形式能量（特別是機械能）之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系及規(guī)律，傳熱學(xué)主要研究熱量傳遞的方式及過程。

鄭州輕工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)創(chuàng)建于1977年，2003年獲得碩士學(xué)位授予權(quán)，2008年所屬的機械工程一級學(xué)科被評為省級重點學(xué)科，2011年成為河南省特色專業(yè)。根據(jù)現(xiàn)代化建設(shè)和社會進步需要，鄭州輕工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)貫徹“全面素質(zhì)提升與工程實踐能力培養(yǎng)相結(jié)合”的思想，培養(yǎng)具有機械設(shè)計、制造、電子技術(shù)和計算機CAD/CAM/CAE等方面的應(yīng)用能力，從事機械裝備、制造工程自動化、工程設(shè)計研究等具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級工程技術(shù)人才。因此，提高熱工基礎(chǔ)等專業(yè)課程的教學(xué)要求勢在必行。為了加強課程建設(shè)，完善機械類專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，滿足工程教育認證對人才培養(yǎng)的要求，根據(jù)鄭州輕工業(yè)大學(xué)的實際辦學(xué)條件和筆者對熱工基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀的認知，本研究對該課程的教學(xué)內(nèi)容與方法進行研究和探索，以提高教學(xué)質(zhì)量。

一、熱工基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程內(nèi)容方面

首先，熱工基礎(chǔ)課程涉及面較廣。主要內(nèi)容包括：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，以及導(dǎo)熱、對流換熱、輻射換熱的基本傳熱理論等。此外，還包括活塞式內(nèi)燃機循環(huán)、蒸汽動力循環(huán)、壓縮空氣制冷循環(huán)與壓縮蒸汽制冷循環(huán)等內(nèi)容。鄭州輕工業(yè)大學(xué)機械類專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程學(xué)時計劃為32學(xué)時，其中包含理論教學(xué)28學(xué)時和實驗教學(xué)4學(xué)時。就目前的教學(xué)學(xué)時安排，僅用28學(xué)時就講完上述內(nèi)容，是非常緊張的。

其次，該課程是面向機械制造及其自動化、機械設(shè)計及其自動化、機械電子工程及車輛工程等專業(yè)開設(shè)，涉及多個不同專業(yè)。由于采用相同的教材和教案，有時甚至不同專業(yè)學(xué)生一起上課，導(dǎo)致授課脫離專業(yè)需求，使學(xué)生普遍感到枯燥乏味。因此，對于不同專業(yè)的培養(yǎng)需求，往往需要因材施教。例如，對于機械專業(yè)的學(xué)生，有些課程內(nèi)容只需要了解;對于車輛工程專業(yè)的學(xué)生，則要求熟練掌握。但是，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)如何刪減、側(cè)重均值得探索。

最后，熱工基礎(chǔ)課程中對流換熱部分教學(xué)內(nèi)容涉及流體力學(xué)課程中的部分概念與理論，如邊界層、連續(xù)方程等。但是，在學(xué)習(xí)熱工基礎(chǔ)課程之前，學(xué)生并未學(xué)習(xí)流體力學(xué)課程。因此，在授課時教師還需增加相關(guān)的、必要的流體力學(xué)知識，使得原本不充足的教學(xué)學(xué)時更加緊張。另一方面，雖然熱力學(xué)與傳熱學(xué)在發(fā)展中互相滲透，且部分內(nèi)容互為前提，但是，這種優(yōu)勢在熱工基礎(chǔ)課程中并未體現(xiàn)出來。當熱力學(xué)與傳熱學(xué)被整合為熱工基礎(chǔ)后，熱力學(xué)與傳熱學(xué)并沒有很好地融合?，F(xiàn)在使用的教材中，仍將熱力學(xué)部分和傳熱學(xué)部分分開講授，內(nèi)容也是相互獨立的，從而導(dǎo)致在講授過程中出現(xiàn)很多問題。例如，部分熱力學(xué)內(nèi)容需要在了解傳熱學(xué)概念的基礎(chǔ)上進行講授，但是學(xué)生此前并未了解，因此，學(xué)生的聽課難度就會增加。

（二）教學(xué)方法方面

首先，熱工基礎(chǔ)的教學(xué)仍然采用被動授課方式，即教師通過PPT與少量板書對教學(xué)內(nèi)容進行講述。這種單向灌輸方式和抽象概念的結(jié)合，致使課堂氛圍枯燥乏味，從而打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，嚴重影響了熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果。

其次，講授過程中，如果過分強調(diào)對新知識的掌握，忽略了專業(yè)技能的培養(yǎng)，就會導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容脫離學(xué)生專業(yè)及工程實際應(yīng)用。另外，熱工基礎(chǔ)課程內(nèi)容與實踐結(jié)合性較強，學(xué)生對應(yīng)用環(huán)境了解較少，在現(xiàn)有的理論和實驗授課基礎(chǔ)上，學(xué)生就難以將該課程的理論知識與實踐相聯(lián)系，從而對該課程的學(xué)習(xí)失去興趣，降低學(xué)習(xí)效率。

最后，目前的熱工基礎(chǔ)課程比較注重講授理論知識，忽視了對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在學(xué)時安排上，實驗教學(xué)只有4學(xué)時，且均為驗證性實驗。通常，實驗前由指導(dǎo)教師做好實驗的準備工作，實驗過程中由學(xué)生進行數(shù)據(jù)的記錄，這種操作會使學(xué)生失去對實驗的興趣，且難以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。此外，實驗課程的教學(xué)質(zhì)量缺乏硬性考核指標，對學(xué)生參加實驗情況缺乏有效監(jiān)督。

二、教學(xué)改革的探索與實踐

（一）教學(xué)內(nèi)容調(diào)整與優(yōu)化

由于學(xué)時的限制，結(jié)合機械類專業(yè)的特點、培養(yǎng)目標和需求等，我們對熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容進行了取舍與刪減。在制訂新版大綱與教案時，充分考慮了工程教育認證對人才培養(yǎng)的要求。在教學(xué)過程中，針對本課程特點，從熱力學(xué)與傳熱學(xué)教學(xué)內(nèi)容中尋找主線，對兩部分內(nèi)容進行融合，從而形成一個有機整體。例如，流體力學(xué)中黏性流體流動過程是講解對流換熱過程的前提，涉及邊界層、雷諾數(shù)、連續(xù)方程等。此外，以能量守恒為主線，對熱工基礎(chǔ)內(nèi)容進行了融合，在保證熱力學(xué)和傳熱學(xué)自身特點的同時，加強了兩者間的內(nèi)在聯(lián)系，使熱工基礎(chǔ)教學(xué)更加系統(tǒng)與高效。

（二）教學(xué)方式改革

在熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中，摒棄了灌輸式的教學(xué)模式，采用啟發(fā)式和互動式的授課方式，將課堂中心轉(zhuǎn)向?qū)W生，結(jié)合日常生活及工程應(yīng)用背景，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和自主學(xué)習(xí)能力。在每次教學(xué)結(jié)束時，結(jié)合本次課程內(nèi)容和生活實際或者工程問題，提出幾個問題供學(xué)生思考。在下次上課時，引導(dǎo)學(xué)生主動回答問題。例如，在講到熱對流與熱輻射時，提出“在晴朗無風(fēng)的夜晚（溫度為2℃左右），草地上出現(xiàn)白霜，但在陰天或者有風(fēng)的夜晚，草地上卻未出現(xiàn)白霜”類似問題，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵學(xué)生思考并主動回答問題，帶著問題去學(xué)習(xí)。該過程有利于學(xué)生把相關(guān)的知識點串聯(lián)起來，從而掌握并靈活應(yīng)用課程內(nèi)容。

此外，在教學(xué)過程中，教師結(jié)合自身的科研工作，將科研現(xiàn)象引入課堂，幫助學(xué)生了解相關(guān)科研領(lǐng)域的前沿工作。筆者主要研究方向之一是摩擦學(xué)行為研究，摩擦熱量的釋放與傳遞是其中一個不可或缺的因素。在講解熱傳遞過程時，從現(xiàn)有機械設(shè)備的摩擦、磨損現(xiàn)象入手，介紹熱傳遞的過程及其對機械設(shè)備壽命的影響，從而對熱傳遞過程展開講述，讓學(xué)生意識到科研的魅力與價值，進而引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，逐步提升其將理論知識應(yīng)用到實際工程中的能力。

（三）考核方法改革

以往熱工基礎(chǔ)課程的考核包括平時成績和期末考試成績兩部分，其中期末考試成績占70%，導(dǎo)致很多學(xué)生平時不認真學(xué)習(xí)，期末考試前臨時抱佛腳。可見，這種考核方法不能對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行合理評價，這也與課程的培養(yǎng)目標背道而馳。參考其他高校的課程評價方法，我們對熱工基礎(chǔ)課程的考核方法進行了改革與探索。目前，該課程的考核成績由期末考試成績、實驗成績、課堂表現(xiàn)與作業(yè)三個方面組成，其所占比例分別為50%、30%和20%。如此，課程考核的重點傾向于教學(xué)過程，期末考試成績僅占總評成績的50%，有效避免了學(xué)生突擊式的學(xué)習(xí)方式。此外，在考試內(nèi)容中還增加了開放性、綜合性的試題，并適當引入工程應(yīng)用案例分析題，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級工程技術(shù)人才奠定了基礎(chǔ)。

（四）增加實驗，加強工程應(yīng)用

實驗教學(xué)服務(wù)于理論教學(xué)，為此，我們適當增加了實驗學(xué)時和項目，由原來的4學(xué)時增加至6學(xué)時，實驗項目也在驗證性實驗的基礎(chǔ)上，增加了開放性實驗和綜合性實驗，這類實驗具有探索性和創(chuàng)新性。例如，提高循環(huán)效率實驗，要求學(xué)生對實驗過程進行設(shè)計，并擬定相應(yīng)的實驗方案;指導(dǎo)教師對其進行審核和指導(dǎo)，從而促進對學(xué)生創(chuàng)新性和探索性能力的培養(yǎng)。而實驗成績在考核中的比例提升至30%，加強了教師對實驗過程的管理與考核，提升了實驗教學(xué)效果，有助于培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力。

三、結(jié)語

熱工基礎(chǔ)課程是機械類專業(yè)必修專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，對學(xué)生后續(xù)的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等都具有重要的作用。在教學(xué)中將傳熱學(xué)和熱力學(xué)進行有機融合，因材施教，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法與考核方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，從而為培養(yǎng)機械類專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。

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責(zé)編：艾 和