姚志敏

（鄭州科技學(xué)院，河南 鄭州 450064）

0 引言

目前，熱能利用和熱機(jī)工作原理等科學(xué)已覆蓋到熱能動(dòng)力之外的機(jī)械、化工、環(huán)境、電子、航天航空、信息工程及生物醫(yī)學(xué)工程等各個(gè)領(lǐng)域[1]。作為介紹熱能的有效、合理的利用和轉(zhuǎn)換、傳遞技術(shù)的熱工課程，應(yīng)是21 世紀(jì)所有工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)公共技術(shù)基礎(chǔ)課[2]。目前已經(jīng)有很多高校將熱工基礎(chǔ)課程作為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修課，課程包括熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分內(nèi)容。熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)目的是掌握遵循能量傳遞和轉(zhuǎn)換技術(shù)的客觀規(guī)律，并能正確運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容理論聯(lián)系實(shí)際地對(duì)相關(guān)工程應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析和計(jì)算，具備解決在設(shè)備與系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、工程管控等領(lǐng)域中相關(guān)問(wèn)題的能力，是培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型工程技術(shù)人才素質(zhì)的必備環(huán)節(jié)。

但是，該門(mén)課程知識(shí)面較廣、內(nèi)容晦澀、理論性強(qiáng)、概念抽象、公式較多，諸多問(wèn)題導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳。筆者在教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)等方面進(jìn)行思考，并對(duì)課程教改與創(chuàng)新建設(shè)提出一些建議。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

熱工基礎(chǔ)課程的概念多、公式多，且公式表達(dá)形式及使用條件多變，學(xué)生在學(xué)習(xí)本門(mén)課程時(shí)有一定難度[3]。筆者所教熱工基礎(chǔ)為機(jī)械類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)核心基礎(chǔ)，開(kāi)設(shè)在第5 學(xué)期，課程大綱設(shè)置總學(xué)時(shí)32 個(gè)，其中26個(gè)理論課時(shí)，6 個(gè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)。教學(xué)任務(wù)多而課時(shí)安排過(guò)少的矛盾非常突出。在較為繁重的教學(xué)任務(wù)之下，當(dāng)前課堂教學(xué)節(jié)奏較為倉(cāng)促，和學(xué)生互動(dòng)時(shí)間短，幾乎“滿(mǎn)堂灌”的教學(xué)方式造成學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果不佳。

與機(jī)械專(zhuān)業(yè)其他專(zhuān)業(yè)課相比，熱工課程內(nèi)容較為抽象，結(jié)論性公式需要使用微積分公式進(jìn)行推導(dǎo)，學(xué)生理解記憶難度大。該課程需要學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)際工程問(wèn)題解決方案，并具備科學(xué)抽象和邏輯思維能力，要求理論聯(lián)系實(shí)際。經(jīng)調(diào)查了解，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為該門(mén)課程學(xué)習(xí)難度大，要求高。

筆者所教熱工課程在本校開(kāi)設(shè)年限為2年，為一門(mén)“新課”，目前課程與本學(xué)科相關(guān)的其他課程關(guān)聯(lián)性環(huán)節(jié)設(shè)置不多，學(xué)生學(xué)習(xí)存在畏難情緒，有部分學(xué)生對(duì)該課程在專(zhuān)業(yè)中的地位理解不足，造成學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果不佳的狀況。要改善目前所面臨的教學(xué)問(wèn)題，筆者在教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)借鑒他人經(jīng)驗(yàn)，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、利用網(wǎng)絡(luò)改善教學(xué)方法、互動(dòng)教學(xué)法和搭建綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方面進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)改革和實(shí)踐探索，來(lái)提升教學(xué)效果。

2 教學(xué)改革措施

按照教學(xué)大綱開(kāi)展的教學(xué)內(nèi)容是課程的重點(diǎn)把握內(nèi)容，利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體恰當(dāng)使用教學(xué)方法、提高師生互動(dòng)性可以進(jìn)行更有效的教學(xué)，并通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。

2.1 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，重視緒論課教學(xué)效果

熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)中應(yīng)側(cè)重對(duì)知識(shí)點(diǎn)背景和應(yīng)用的介紹，降低對(duì)于部分不常用概念和公式推導(dǎo)的要求[4]。比如，在介紹典型理想氣體動(dòng)力循環(huán)時(shí)，將奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)和沙巴澤循環(huán)與實(shí)際應(yīng)用案例相結(jié)合，進(jìn)行具象化講解。可結(jié)合日常生活中常見(jiàn)的小轎車(chē)（汽油機(jī)）、大貨車(chē)（柴油機(jī)），來(lái)理解各種循環(huán)過(guò)程的特點(diǎn)，并分析內(nèi)燃機(jī)不同循環(huán)方式的優(yōu)缺點(diǎn)。在多種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行中，熱力學(xué)理論的應(yīng)用比傳熱學(xué)理論的應(yīng)用更多，因此在課程中熱力學(xué)部分較傳熱學(xué)部分的知識(shí)點(diǎn)多，這與機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生的畢業(yè)目標(biāo)有關(guān)。所以，該課程的教學(xué)大綱中應(yīng)有明確的熱力學(xué)與傳熱學(xué)兩部分不同的課時(shí)分配，熱力學(xué)課時(shí)更多，以筆者所教熱工課程為例，理論為26 課時(shí)，其中設(shè)置熱力學(xué)16 課時(shí)，傳熱學(xué)10 課時(shí)，其余為實(shí)驗(yàn)課時(shí)。傳熱學(xué)的教學(xué)內(nèi)容為熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱、輻射換熱三種不同傳熱方式的傳熱規(guī)律，其中有較為復(fù)雜的章節(jié)，比如非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和對(duì)流換熱的理論，實(shí)際工程問(wèn)題解法復(fù)雜，詳細(xì)講解均會(huì)占用4 課時(shí)以上，可以舍棄這些理論復(fù)雜但應(yīng)用極少的章節(jié)，僅為學(xué)生展示結(jié)論性?xún)?nèi)容，細(xì)節(jié)則由學(xué)生根據(jù)興趣和需要自學(xué)。

緒論課是正式開(kāi)始教學(xué)的前沿課。緒論課可使學(xué)生快速、全面地了解本門(mén)課程的知識(shí)體系，并可誘發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，緒論課的教學(xué)效果將直接影響學(xué)生今后的學(xué)習(xí)[5]。熱工課程包括熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分，二者起源一致，均為熱量的使用，但是熱力學(xué)研究熱量的轉(zhuǎn)換，傳熱學(xué)研究熱量的傳遞。首次緒論課可將兩部分內(nèi)容結(jié)合，從學(xué)科起源，到實(shí)際應(yīng)用案例，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到該學(xué)科的發(fā)展是與人類(lèi)的進(jìn)步息息相關(guān)的，所學(xué)的知識(shí)滲透于生活，各種機(jī)械運(yùn)行過(guò)程均涉及該課程內(nèi)容。整個(gè)緒論課，采用由淺入深、理論聯(lián)系實(shí)際的方式，將晦澀難懂、生疏的課程內(nèi)容，通過(guò)輕松活潑的課堂氛圍，用生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象及設(shè)備來(lái)進(jìn)行講解，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 利用網(wǎng)絡(luò)及多媒體改善教學(xué)方法

熱工基礎(chǔ)在國(guó)內(nèi)外很多工科類(lèi)高校已普遍開(kāi)設(shè)，網(wǎng)絡(luò)上可以查閱很多優(yōu)秀的課件、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)熱力學(xué)視角的動(dòng)畫(huà)演示等資源，因此，應(yīng)該廣泛學(xué)習(xí)和借鑒眾家之長(zhǎng)，充分并有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，如國(guó)家級(jí)精品課網(wǎng)絡(luò)共享課、相關(guān)課程多媒體課件及演示動(dòng)畫(huà)、演示視頻等。借此整合教學(xué)資源，以提高教學(xué)水平，改善教學(xué)效果。

目前筆者教學(xué)使用講授法、案例教學(xué)法，輔以問(wèn)題式教學(xué)、動(dòng)畫(huà)演示法、討論法進(jìn)行授課，借助現(xiàn)代多媒體工具進(jìn)行課程內(nèi)容展示及動(dòng)畫(huà)演示，可以直觀方便地向?qū)W生展示課堂內(nèi)容。但是動(dòng)畫(huà)演示資源較少，熱力循環(huán)過(guò)程的授課基本上均是依靠理論講解，缺乏生動(dòng)性，這就增加了學(xué)生理解的難度。如果將網(wǎng)絡(luò)資源加入授課內(nèi)容中，可以起到豐富教學(xué)資源的作用，也使教師有更多的時(shí)間進(jìn)行重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)的講解和與學(xué)生交流互動(dòng)，并可以通過(guò)對(duì)比來(lái)選取有趣的案例，以此提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果。另一方面，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的資源來(lái)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后重難點(diǎn)復(fù)習(xí)，滿(mǎn)足現(xiàn)在年輕人碎片化閱讀和學(xué)習(xí)的需求。

目前，諸多網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的推行也大大方便了教學(xué)，在具有網(wǎng)絡(luò)的教室即可在短時(shí)間內(nèi)向?qū)W生展示相關(guān)理論實(shí)驗(yàn)。比如國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)平臺(tái)，其中有與熱工課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如熱力學(xué)與氣體動(dòng)理論虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以展示平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)、準(zhǔn)靜態(tài)壓縮、絕熱膨脹過(guò)程的微觀變化?？梢酝ㄟ^(guò)使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，更生動(dòng)地展示基本理論，使學(xué)生更為清晰地觀測(cè)實(shí)際過(guò)程，也更為直觀地理解相關(guān)理論?？梢岳糜行У木W(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，來(lái)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)難點(diǎn)和重點(diǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)理解。

2.3 采用互動(dòng)教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與度

熱工基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)少，授課時(shí)間較為緊張。課程中公式多，為了提高學(xué)生理解記憶程度，多個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)涉及的公式均會(huì)進(jìn)行推導(dǎo)，如熱力學(xué)第一定律對(duì)應(yīng)的能量平衡方程式的不同形式轉(zhuǎn)換、理想氣體各種典型熱力過(guò)程狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算，推導(dǎo)過(guò)程占用較多時(shí)間。因此，在課堂上以教師講授為主，很少與學(xué)生互動(dòng)。筆者為提高學(xué)生的參與度，設(shè)置課堂檢測(cè)環(huán)節(jié)，但在檢測(cè)環(huán)節(jié)過(guò)后，學(xué)生積極性明顯降低，該方法仍然很難與學(xué)生進(jìn)行充分有效的互動(dòng)。

課堂上，通過(guò)精心設(shè)計(jì)提問(wèn)，增強(qiáng)教學(xué)中教與學(xué)雙方交流、溝通，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、啟迪學(xué)生思維、鍛煉學(xué)生表達(dá)能力，最終提高教學(xué)效果[6]。因此，應(yīng)該轉(zhuǎn)換教學(xué)中心，以學(xué)生為中心，多使用啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生在課堂中把自己當(dāng)成課堂的一部分，融入課堂中。比如對(duì)循環(huán)過(guò)程能量利用的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，僅告知“為循環(huán)所取得的收益與付出的代價(jià)之比”，利用熱力循環(huán)示意圖，引導(dǎo)學(xué)生自己得出熱機(jī)循環(huán)、制冷循環(huán)、熱泵循環(huán)的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)如何計(jì)算；在介紹穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程的傳熱速率時(shí)，與電路中電流進(jìn)行類(lèi)比，讓學(xué)生自己來(lái)討論計(jì)算式中類(lèi)比電壓的“熱勢(shì)差”是什么，怎么理解類(lèi)比電阻的“熱阻”。弄清楚原理之后，學(xué)生更容易理解記憶計(jì)算式。

課后通過(guò)公共平臺(tái)，增強(qiáng)師生間交流互動(dòng)。筆者所教班級(jí)均建立了單獨(dú)的釘釘群，平時(shí)作業(yè)的布置等均在釘釘班級(jí)群中通知，但是學(xué)生很少在班級(jí)群中詢(xún)問(wèn)問(wèn)題。后續(xù)可以增加一些和日常生活結(jié)合比較緊密的知識(shí)點(diǎn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，如為什么在開(kāi)空調(diào)的室內(nèi)，在夏天和冬天同樣是20℃，人體感受溫度卻有差別。引導(dǎo)學(xué)生形成積極思考相關(guān)知識(shí)，主動(dòng)探討相關(guān)理論的習(xí)慣，提高學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的積極性。

2.4 建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

機(jī)械專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的熱工基礎(chǔ)課程，是熱力學(xué)和傳熱學(xué)基礎(chǔ)理論與專(zhuān)業(yè)實(shí)際緊密結(jié)合的，學(xué)生應(yīng)掌握遵循能量傳遞和轉(zhuǎn)換技術(shù)的客觀規(guī)律來(lái)合理組織和優(yōu)化各種熱力系統(tǒng)的工程方法。因此，該門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)應(yīng)該立足于工程實(shí)際，培養(yǎng)面向工程、面向生產(chǎn)的科技人才。高等教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是創(chuàng)造性應(yīng)用和發(fā)展理論的過(guò)程，是綜合能力形成的過(guò)程，在培養(yǎng)工科學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮著十分重要的作用[7]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是將課本的理論知識(shí)與實(shí)際工程問(wèn)題相結(jié)合的一種有效方式，可以提高學(xué)生熟練運(yùn)用熱工基本知識(shí)的能力，鞏固并加深有關(guān)理論知識(shí)理解程度。目前，學(xué)校已有的可供熱工課程使用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如空氣定壓比熱測(cè)定、固定導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定，與機(jī)械專(zhuān)業(yè)其他學(xué)科知識(shí)關(guān)聯(lián)較少，缺少綜合機(jī)械專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)于學(xué)生所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用與實(shí)踐應(yīng)用能力具有重要作用。例如，可以搭建蒸汽朗肯循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，利用該試驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行蒸汽朗肯循環(huán)整個(gè)熱力過(guò)程的能量計(jì)算，其中涉及的四個(gè)重要設(shè)備：蒸汽發(fā)生器（如鍋爐）、汽輪機(jī)、冷凝器、水泵，在機(jī)械設(shè)備相關(guān)課程中也有章節(jié)講解。通過(guò)蒸汽朗肯循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)熱工課程中的熱力學(xué)相關(guān)知識(shí)外，還可以對(duì)其中的設(shè)備進(jìn)行了解學(xué)習(xí)，這可以促進(jìn)學(xué)生增強(qiáng)學(xué)科知識(shí)綜合理解與應(yīng)用。

同時(shí)，在搭建綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)后，可以引導(dǎo)學(xué)生利用綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，利用其中的部分設(shè)備或整體設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新想法的驗(yàn)證，參加各類(lèi)大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，學(xué)生不僅僅停留在基礎(chǔ)理論理解階段，而是有學(xué)科的交叉融合，這又為學(xué)生提高專(zhuān)業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用能力提供了途徑。

3 結(jié)語(yǔ)

課程教改是促進(jìn)課程建設(shè)的重要部分，筆者所在高校機(jī)械本科類(lèi)熱工基礎(chǔ)課程開(kāi)課時(shí)間較短，進(jìn)行課程教改是提升本課程教學(xué)水平的必備環(huán)節(jié)，根據(jù)教學(xué)現(xiàn)狀，提出以下教改措施：

（1）重視緒論課授課，開(kāi)課伊始引起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣；優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重知識(shí)背景及工程案例的講解，以減少對(duì)不常用概念講解和公式推導(dǎo)。

（2）利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)秀課程資源，使用多媒體來(lái)豐富教學(xué)方式的多樣性，增加動(dòng)畫(huà)演示、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)等可以提高學(xué)生興趣且容易理解的環(huán)節(jié)。

（3）多使用啟發(fā)式教學(xué)方法，來(lái)提高師生互動(dòng)性，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)公共交流平臺(tái)來(lái)促進(jìn)學(xué)生形成積極思考相關(guān)理論知識(shí)的習(xí)慣。

（4）搭建綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，并引導(dǎo)學(xué)生利用綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)科交叉融合綜合運(yùn)用。