聶少武 李天興 蘇建新 李聚波

[摘 要] “熱工基礎(chǔ)”是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化和機(jī)械電子工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，在機(jī)械類課程體系中具有重要的地位。針對該課程特點及學(xué)生情況，首先進(jìn)行了學(xué)情分析，基于工程教育專業(yè)認(rèn)證背景提出了該課程的教學(xué)目標(biāo)，其次剖析了當(dāng)前課程教學(xué)過程中存在的主要問題，最后從課程思政、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程評價方面進(jìn)行了教學(xué)改革探索。通過教學(xué)改革使學(xué)生在掌握知識的同時，提高分析解決工程問題的創(chuàng)新思維能力和自主學(xué)習(xí)能力，最終促使該課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

[關(guān)鍵詞] 專業(yè)認(rèn)證;熱工基礎(chǔ);教學(xué)改革;課程目標(biāo)達(dá)成

[基金項目] 2019年度河南科技大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目“新工科背景下‘機(jī)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用教學(xué)改革的探索與實踐”（2019-49）;2021年度河南科技大學(xué)教育教學(xué)改革研究與實踐項目“工程教育認(rèn)證背景下‘熱工基礎(chǔ)教學(xué)改革探索與實踐”（2021BK150）

[作者簡介] 聶少武（1983—），男，河南洛陽人，博士，河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授，主要從事齒輪設(shè)計制造技術(shù)研究;李天興（1975—），男，河南孟州人，博士，河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授，主要從事齒輪測量技術(shù)研究;蘇建新（1971—），男，河南洛陽人，博士，河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授，主要從事齒輪成形磨削技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）12-0071-04 [收稿日期] 2021-07-07

引言

目前我國高校將開展工程教育認(rèn)證作為專業(yè)建設(shè)的首要任務(wù)[1，2]。工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)針對人才培養(yǎng)提出了知識、能力和素養(yǎng)三個方面共計12條畢業(yè)要求，為了滿足這12條要求，對支撐畢業(yè)要求的課程體系進(jìn)行改革和探索十分必要。

“熱工基礎(chǔ)”課程是機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，目前已成為現(xiàn)代工程技術(shù)人才必備的技術(shù)基礎(chǔ)知識。掌握合理利用能源的基本知識和理論是新世紀(jì)復(fù)合型人才應(yīng)具備的重要工程素質(zhì)[3]，開設(shè)“熱工基礎(chǔ)”課程的主要作用是要提高學(xué)生在各自專業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能環(huán)保意識，將節(jié)能原理和措施應(yīng)用于專業(yè)實踐。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握熱力學(xué)和傳熱學(xué)中的基本概念、基本定律和基本工程計算，并能利用熱工知識分析解決工程中的熱力過程和傳熱問題。2016年，我校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)通過了工程教育認(rèn)證，之后根據(jù)持續(xù)改進(jìn)的需要，我校修訂了新的專業(yè)培養(yǎng)方案，在專業(yè)認(rèn)證的背景下，“熱工基礎(chǔ)”課程的教學(xué)課時和教學(xué)目標(biāo)都發(fā)生了較大的變化，以往的教學(xué)模式無法達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)，因此，必須對該課程進(jìn)行教學(xué)改革與探索。

一、課程特點及學(xué)情分析

“熱工基礎(chǔ)”課程主要分為熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分，綜合了工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)的基礎(chǔ)知識，涵蓋了熱力學(xué)定律、熱力過程、理想氣體的性質(zhì)、熱工設(shè)備及裝置、熱量傳遞的三種方式及各自數(shù)學(xué)模型和傳熱換熱計算等內(nèi)容。課程知識繁多且瑣碎，基本定理和基本定律較多，理論性強(qiáng)，計算公式較多，一些概念比較抽象難以理解，學(xué)生學(xué)習(xí)起來枯燥乏味，興趣不高。另外，該課程實踐性較強(qiáng)，很多知識點與實踐聯(lián)系比較緊密，如動力裝置和制冷裝置在現(xiàn)實生活中比較常見，傳熱過程的分析在日常生活中都有體現(xiàn)。如果學(xué)生能夠在日常生活中善于觀察，理論聯(lián)系實際、學(xué)以致用，則更容易掌握課程理論知識。

我?！盁峁せA(chǔ)”課程主要面向大三學(xué)生在第6學(xué)期授課。在基礎(chǔ)知識方面，學(xué)生之前已經(jīng)先修了“高等數(shù)學(xué)”“大學(xué)化學(xué)”“大學(xué)物理”等課程，一方面具備了求導(dǎo)、微分、積分等數(shù)學(xué)知識;另一方面對熱力學(xué)基本定律和一些基本概念也有了一定的了解。在專業(yè)課程方面，他們已經(jīng)學(xué)過了流體力學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程，對流體的性質(zhì)、狀態(tài)、連續(xù)性微分方程、動量微分方程、伯努利方程等具備了一定的理論基礎(chǔ)。這些通用知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識的積淀為熱力學(xué)和傳熱學(xué)（尤其是對流換熱）的學(xué)習(xí)奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。

依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及專業(yè)培養(yǎng)方案中的畢業(yè)要求，“熱工基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)主要包括三個方面：（1）知識目標(biāo)：具備熱力學(xué)和傳熱學(xué)方面的工程專業(yè)知識，并能在熱力過程和傳熱過程中進(jìn)行運(yùn)用;（2）能力目標(biāo)：綜合運(yùn)用熱力學(xué)和傳熱學(xué)中的基本定理和基本定律，能夠?qū)?fù)雜的熱力過程和傳熱問題進(jìn)行分析、計算，并提出解決方案;（3）素養(yǎng)目標(biāo)：通過對熱力學(xué)和傳熱學(xué)的學(xué)習(xí)，樹立節(jié)能環(huán)保的意識，培養(yǎng)正確的世界觀和價值觀。

二、教學(xué)問題分析

結(jié)合專業(yè)認(rèn)證背景下“熱工基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)，對當(dāng)前課程教學(xué)狀況進(jìn)行了總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程還存在著一些問題，如果這些問題得不到及時有效解決，該課程的教學(xué)目標(biāo)將無法達(dá)成。

（一）教學(xué)課時與課程內(nèi)容不匹配

“熱工基礎(chǔ)”課程特點是理論性強(qiáng)，知識點瑣碎復(fù)雜，學(xué)生要學(xué)好這門課程需要花費較多的時間理解和掌握課堂知識。新的培養(yǎng)方案中，該課程的理論學(xué)時由之前的26學(xué)時壓縮至18學(xué)時。根據(jù)該課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)，授課內(nèi)容依然要涵蓋熱力學(xué)兩大定律、理想氣體性質(zhì)及熱力過程、三種傳熱方式的基本概念及傳熱換熱計算等內(nèi)容，相對之前授課內(nèi)容并無明顯減少，結(jié)果出現(xiàn)了教學(xué)課時與課程內(nèi)容不匹配的現(xiàn)象。學(xué)生要在有限的課堂時間內(nèi)去學(xué)習(xí)消化更多的課程知識，導(dǎo)致學(xué)生跟不上課堂節(jié)奏，學(xué)習(xí)效果受到很大影響。

（二）授課知識內(nèi)容與實際工程問題脫節(jié)

“熱工基礎(chǔ)”課程除了理論性強(qiáng)之外，也有很強(qiáng)的實踐性，很多知識點與日常生活、工程實際聯(lián)系比較緊密，如熱機(jī)的工作效率、空調(diào)的制冷原理、暖氣管道的傳熱問題、雙層玻璃的隔熱問題、蒸汽管道的散熱問題等。由于課時受限，在以往的授課過程中，過多地強(qiáng)調(diào)知識灌輸，關(guān)注點聚焦于有限的課堂時間內(nèi)講完課程知識點，而忽略了實際工程問題的引入，造成學(xué)生對課程理解不夠深入，不知道學(xué)習(xí)這門課程到底有何用處，學(xué)生對這門課程興趣度不高。另外，過多關(guān)注書本知識，缺少實際工程問題的引入，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中注重知識點的死記硬背，忽略了利用知識分析、解決實際工程問題能力的提升，這種教學(xué)方法不能促使課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

（三）教學(xué)手段與課程評價方式單一

“熱工基礎(chǔ)”課程理論性強(qiáng)，推導(dǎo)公式較多，為便于學(xué)生理解，早期教學(xué)采用板書形式，學(xué)生反饋效果比較好，但是在一些知識點講解上，由于缺乏相關(guān)的圖片、視頻動畫，理解起來不直觀，如流體的流態(tài)層流和湍流。新版培養(yǎng)方案的修訂使得該課程學(xué)時大幅減少，為了能完成課程內(nèi)容，授課方式轉(zhuǎn)變成了PPT多媒體教學(xué)，圖文并茂，加深了學(xué)生對知識點的理解，但是缺少了相關(guān)公式的推導(dǎo)過程，在一些難以理解的知識點上，學(xué)生聽起來懵懵懂懂，如穩(wěn)定流動能量方程式、克勞修斯不等式等公式的推導(dǎo)。如何在教學(xué)過程中協(xié)調(diào)板書和多媒體教學(xué)方式之間的關(guān)系值得進(jìn)行探索。另外，本門課程的考核方式采用平時作業(yè)、實驗和期末考試相結(jié)合的綜合評價方式，由于學(xué)生課后作業(yè)抄襲現(xiàn)象比較嚴(yán)重，所以平時作業(yè)呈現(xiàn)的結(jié)果不能反映出學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況;因此，無法對學(xué)生的平時學(xué)習(xí)進(jìn)行實時監(jiān)控，授課方法得不到及時調(diào)整，使得期末考試成績達(dá)不到預(yù)期，課程的教學(xué)目標(biāo)也無法達(dá)成。

三、教學(xué)改革探索

根據(jù)新版培養(yǎng)方案規(guī)定的畢業(yè)要求，結(jié)合工程教育認(rèn)證下“熱工基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)，本文從課程思政元素的融入、教學(xué)內(nèi)容的編排重構(gòu)、教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變和課程評價方式多樣化等方面進(jìn)行了教學(xué)改革和探索。

（一）課程思政元素的融入

課程思政是利用課堂這個平臺將思想引領(lǐng)、專業(yè)學(xué)習(xí)、技能訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合在一起，是高等院校政治思想教育工作的發(fā)展趨勢，是新時代立德樹人理念的創(chuàng)新和升華，能潛移默化幫助學(xué)生健康成長[4]，從而實現(xiàn)以人為本、素質(zhì)教育和“三全育人”的教育目標(biāo)[5]。對于“熱工基礎(chǔ)”這門課程，在課程教學(xué)過程中很有必要融入課程思政元素，讓學(xué)生意識到該課程與生活息息相關(guān)，認(rèn)識到該課程的性質(zhì)及其在專業(yè)課程體系中的重要性。該課程也有很多知識點與思政元素相關(guān)聯(lián)，如通過介紹我國能源的利用問題及節(jié)能減排措施，可以培養(yǎng)學(xué)生樹立節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的意識;通過介紹熱力學(xué)兩大定律的形成過程，可以培養(yǎng)學(xué)生“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)世界觀及科學(xué)探索奉獻(xiàn)精神。這些課程思政元素的融入，一方面可以端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，強(qiáng)化學(xué)生對學(xué)習(xí)的再認(rèn)識;另一方面也能激發(fā)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)熱情。

（二）教學(xué)內(nèi)容的編排重構(gòu)

針對“熱工基礎(chǔ)”課程教學(xué)課時少、授課內(nèi)容多，兩者不匹配問題，提出了教學(xué)內(nèi)容分類編排重構(gòu)的方法。為了讓學(xué)生在有限的課時內(nèi)真正地學(xué)好、學(xué)懂這門課程，除了采用PPT多媒體教學(xué)為主、板書為輔的授課方式外，還增加了在線課程的學(xué)習(xí)，授課方式采用線上線下混合教學(xué)方式。對于一些熱力學(xué)的基本概念、基本定律和基本定理、傳熱學(xué)傳熱方式的介紹等常識性內(nèi)容，采用錄制單個知識點短視頻的形式，并發(fā)布到學(xué)校在線開放課程平臺，鼓勵學(xué)生課前在線學(xué)習(xí);對于一些理論與實踐聯(lián)系緊密的知識點，如熱力設(shè)備的工作循環(huán)、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、傳熱問題、換熱問題等，采用PPT多媒體教學(xué)進(jìn)行課堂講解，在講解過程中，通過PPT圖片或視頻引出工程問題，引導(dǎo)學(xué)生分析，培養(yǎng)分析解決問題的能力;對于一些理論性強(qiáng)、推理性強(qiáng)的公式，如穩(wěn)定流動能量方程式、克勞修斯不等式、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型等相關(guān)公式的推導(dǎo)，采用板書形式進(jìn)行課堂推導(dǎo)。這種將知識點進(jìn)行分類編排重構(gòu)的方法，一方面讓學(xué)生有效地利用了課前時間，提高了自主學(xué)習(xí)的能力;另一方面也讓有限的課堂時間得到了合理有效的充分利用，既提高了學(xué)生的課堂參與度，也提高了學(xué)生分析解決工程問題的能力。

（三）教學(xué)理念及教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的教學(xué)理念是以教師為主體，課堂上以教為主，進(jìn)行知識“灌輸”，過多的關(guān)注教師教的效果，而對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果如何往往關(guān)注不夠?，F(xiàn)在教學(xué)理念必須轉(zhuǎn)變，要以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向，以學(xué)生為主、教師為輔，讓學(xué)生積極參與教學(xué)活動，成為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者。教學(xué)重心由知識傳輸向能力培養(yǎng)方向轉(zhuǎn)變，通過教師“活”起來，學(xué)生“動”起來，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、獨立思考、分析與解決問題的能力。

課堂教學(xué)采用任務(wù)驅(qū)動、啟發(fā)式教學(xué)方法，以工程問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，啟發(fā)學(xué)生對問題層層分析的創(chuàng)新思維能力。具體教學(xué)過程如下：第一步，以工程實例為背景，拋出問題引導(dǎo)學(xué)生去思考和自主學(xué)習(xí);第二步，與學(xué)生協(xié)商問題解決方案，采用層層遞進(jìn)分析方法，啟發(fā)學(xué)生由淺至深去分析問題;第三步，引入新課，通過第二步的深入分析引入需要掌握的知識點，以此開展對新課的學(xué)習(xí);第四步，在新課學(xué)習(xí)之后，引導(dǎo)學(xué)生利用新知識解決拋出的工程問題;第五步，針對課程主要知識點進(jìn)行在線測驗，檢驗學(xué)生的真實學(xué)習(xí)效果;第六步，對本次課程進(jìn)行總結(jié)，列舉主要知識點及重點難點，加深學(xué)生對這些內(nèi)容的理解，并發(fā)布作業(yè)進(jìn)一步檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

本文以平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱為例簡單介紹授課過程。首先拋出雙層玻璃的導(dǎo)熱問題，引導(dǎo)學(xué)生分析雙層玻璃的隔熱原理，接著結(jié)合本節(jié)課知識點學(xué)習(xí)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生提出增大隔熱效果的措施，最后將問題進(jìn)行延伸，引出雙層玻璃的傳熱問題，讓學(xué)生在課堂上獨立思考，完成測驗，檢驗學(xué)生對一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱知識的掌握情況及分析解決工程問題的能力。

（四）課程評價方式多樣化

傳統(tǒng)的課程評價方式采用“課后作業(yè)+期末考試”的考核方式，課程評價方式比較單一。為了能夠?qū)崟r掌握學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況，課程的評價方式實現(xiàn)了多樣化，強(qiáng)化了過程性評價，主要體現(xiàn)在學(xué)生平時考核方式的多樣化，如采用課堂測驗、課堂討論、課堂匯報及現(xiàn)場答疑等課堂活動檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。通過多樣化的課堂活動，加強(qiáng)教師與學(xué)生之間的互動，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生的課堂參與度，并能及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。針對課堂互動環(huán)節(jié)中所反饋出來的共性問題，通過課堂集中講解，及時解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題。通過設(shè)置平時綜合成績構(gòu)成及比重，檢驗學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)效果;通過提高課堂活動成績、提高平時綜合成績所占總成績的比重（由原來的20%提高至40%），以成績?yōu)榧钫{(diào)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)及課堂活動參與的積極性，從而達(dá)到最終的學(xué)習(xí)改善效果，促使課程目標(biāo)的達(dá)成。

結(jié)語

基于工程教育認(rèn)證背景，本文對“熱工基礎(chǔ)”課程特點及學(xué)生情況進(jìn)行了學(xué)情分析，針對當(dāng)前課程教學(xué)過程中存在的主要問題進(jìn)行了教學(xué)改革探索，提出了一些主要改革措施：（1）融入課程思政元素激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;（2）分類編排重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、終身學(xué)習(xí)意識和課堂參與度;（3）轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，強(qiáng)化學(xué)生的能力目標(biāo)，以工程問題為導(dǎo)向，提高學(xué)生分析解決實際工程問題的創(chuàng)新思維能力。本文提出的教學(xué)改革措施有助于本課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，也有利于該課程的持續(xù)改進(jìn)，符合工程教育認(rèn)證的要求。

參考文獻(xiàn)

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Exploration of the Teaching Reform of Basic Thermal Engineering Course Based on Professional Certification

NIE Shao-wu， LI Tian-xing， SU Jian-xin， LI Ju-bo

（School of Mechatronics Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang，

Henan 471003， China）

Abstract： Basic Thermal Engineering is a professional basic compulsory course for the machinery design and manufacturing and its automation major and mechatronics engineering major， and it plays the important role in the mechanical course system. Aiming at the course characteristics and the student situation， the learning situation is analyzed firstly， and the teaching objectives of this course are proposed under the background of engineering education professional certification. Then the main problems existing in the current classroom teaching process are discussed， and finally， the teaching reform is explored from the aspects of the “curriculum ideological and political education”， the teaching content， the teaching method and the course evaluation. Through the teaching reform， students can improve their innovative thinking ability and independent learning ability of analyzing and solving engineering problems while mastering the knowledge， and finally promote the achievement of the teaching objectives of this course.

Key words： professional certification; Basic Thermal Engineering; teaching reform; course objectives achieving