趙慶娟 孫金超

摘?要：熱工基礎(chǔ)是本科院校機械大類專業(yè)開設(shè)的一門綜合性的專業(yè)必修課程。熱工基礎(chǔ)課程知識點多、理論性強、概念抽象，各部分知識點相對獨立。在熱工基礎(chǔ)課程的理論教學與實踐教學過程中依然存在很多問題，針對這些問題和不足，依據(jù)新工科及工程教學的要求有針對性的進行了深入而全面的思考與探索。該文在注重學生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上提出熱工基礎(chǔ)課程的教學改革措施與方案。該教學改革措施能夠滿足“新工科”建設(shè)及人才培養(yǎng)的要求，同時也為機械類專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程的教學提供一些可參考的思路。

關(guān)鍵詞：?熱工基礎(chǔ)及流體力學??理論教學??教學改革??機械類

中圖分類號：TK3-4;O35-4;G642.0???????文獻標識碼：A

Thinking?and?Reform?on?the?Teaching?of?Thermal?Fundamentals?and?Hydrodynamics?in?Mechanical?Specialty

ZHAO?Qingjuan??SUN?Jinchao*

（College?of?Mechanical?and?Control?Engineering，?Guilin?University?of?Technology，?Guilin，??Guangxi?Zhuang?Autonomous?Region，?541004?China）

Abstract：?Thermal?Fundamentals?is?a?comprehensive?professional?compulsory?course?for?mechanical?major?offered?by?undergraduate?colleges?and?universities.?Thermal?Fundamentals?has?many?knowledge?points，?strong?theory?and?abstract?concepts，?and?the?knowledge?points?of?each?part?are?relatively?independent.?There?are?still?many?problems?existing?in?the?theoretical?teaching?and?practical?teaching?process?of?Thermal?Fundamentals.?In?view?of?these?problems?and?shortcomings，??according?to?the?requirements?of?new?engineering?and?engineering?teaching，?the?in-depth?and?comprehensive?thinking?and?exploration?have?been?targeted?to?carry?out.?This?paper?puts?forward?the?teaching?reform?measure?and?plan?of?Thermal??Fundamentals?on?the?basis?of?focusing?on?the?cultivation?of?students'?engineering?application?ability?and?innovation?ability.??This?teaching?reform?measure?can?meet?the?requirements?of?"new?engineering"?construction?and?talent?training，?and?also?provides?some?reference?ideas?for?the?teaching?of?Thermal??Fundamentals?for?mechanical?specialty.

Key?Words：?Thermal?Fundamentals?and?Hydrodynamics;?Theory?teaching?;?Teaching?reform;?Machinery

根據(jù)2018年9月發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0意見》，高校明確了新工科建設(shè)的發(fā)展方向。自此教育部對新形勢下高等教育教學和人才培養(yǎng)提出了更高的要求，重點推進新工科的發(fā)展建設(shè)[1]。隨著科技的迅猛發(fā)展，在機械電子、冶金、機械制造、航空航天等領(lǐng)域熱科學的應(yīng)用越來越廣泛，熱科學成為各類人才工程素質(zhì)培養(yǎng)的重要內(nèi)容?！稛峁せA(chǔ)及流體力學》是一門傳授熱科學及流體力學基本理論及原理的重要理論課程[2]?！稛峁せA(chǔ)及流體力學》課程內(nèi)容的設(shè)置為適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，著重于工科類人才基礎(chǔ)知識、基本能力及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)以基礎(chǔ)理論知識聯(lián)系生活和工程實踐，培養(yǎng)學生應(yīng)用多種知識和技能解決實際問題的能力。

在國際形勢錯綜復雜的當下，尤其是在很多產(chǎn)業(yè)遭遇“卡脖子”技術(shù)約束的背景下，需要緊跟國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，提高能源利用效率，積極推進《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程的教育教學改革，達成培養(yǎng)大學生的綜合能力和創(chuàng)新思維的目的，進而提高大學生的綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)復合型、創(chuàng)造型人才，滿足社會的發(fā)展和需求。

1?《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程特點

《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程由工程熱力學，傳熱學和流體力學三個篇章構(gòu)成，該課程知識點多、理論性強、概念抽象，但三個部分的知識點即相對獨立，又聯(lián)系緊密。該課程的主要內(nèi)容包括：熱能和機械能以及其他形式能之間相互轉(zhuǎn)換規(guī)律、熱量傳遞規(guī)律、流體宏觀機械運動規(guī)律及其應(yīng)用。教學目標是使學生在學習過程中有效掌握工程熱力學、傳熱學和流體力學的基本概念和基本規(guī)律，并能夠應(yīng)用工程熱力學、傳熱學及流體力學基礎(chǔ)知識對各種熱現(xiàn)象、熱交換過程及相關(guān)流體運動特性進行分析，為培養(yǎng)和提高學生的實踐能力和創(chuàng)新思維打下基礎(chǔ)?！稛峁せA(chǔ)及流體力學》課程在機械類專業(yè)中占有重要地位，是機械類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。在機電類相關(guān)專業(yè)中《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程更顯得尤為重要，由于在設(shè)備的設(shè)計和使用過程中大量存在能量轉(zhuǎn)換、熱量傳遞以及流體力學相關(guān)問題，大多機電產(chǎn)品在設(shè)計時都要進行傳熱設(shè)計或考慮熱控制的問題，有時還要考慮流體的能量轉(zhuǎn)化等問題[3-5]。該課程的學習有助于學生對熱科學及流體力學方面的科學素養(yǎng)和科學思維方式的培養(yǎng)。

2?《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程理論教學及實踐教學的現(xiàn)狀分析

《熱工基礎(chǔ)及流體力學》是機械類專業(yè)的核心課程之一，課程涉及了工程熱力學、傳熱學和流體力學這3個部分內(nèi)容，其中《工程熱力學》部分包含了熱力學基本概念、熱力學基本定律、幾種工質(zhì)、理想氣體的熱力過程、氣體和蒸汽的流動、蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán)等內(nèi)容；《傳熱學》部分包含了熱量傳遞的基本方式、導熱、對流傳熱、輻射傳熱和傳熱過程與換熱器等內(nèi)容；《流體力學》部分包含了流體及其物理性質(zhì)、流體靜力學、流體動力學基礎(chǔ)及粘性流體的管內(nèi)流動等內(nèi)容，三部分之間相對獨立。在教學過程中存在的主要問題是課程涵蓋內(nèi)容多且相對獨立，各個知識點分散不能達到系統(tǒng)化，安排的學時量較少，只有48學時，課程內(nèi)容安排非常緊湊，導致學生不能夠很好的理解和消化課堂所學內(nèi)容。又由于3個部分都涉及到大量的專業(yè)術(shù)語及復雜繁多得公式，這導致了《熱工基礎(chǔ)及流體力學》這門課程不僅知識體系邏輯性強、概念抽象，還需要學生掌握數(shù)量龐大的公式以及學會必要的工程參數(shù)查表，因此課堂教學抽象枯燥，導致學生對知識的掌握難度大，缺乏熱情。在《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課堂教學中，在課程涵蓋內(nèi)容多而學時量少的情況下，教師注重的是學生對知識點的掌握程度，很少關(guān)注學生工程實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，授課過程中缺乏工程實例的引用，很難激發(fā)學生的課上學習興趣，達不到預計的教學效果[6-7]。

由于《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程具有極強的理論性、實踐性、應(yīng)用性和工程性，培養(yǎng)和提高學生解決實際工程問題的能力的途徑，主要依賴于《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程的實踐教學環(huán)節(jié)來實現(xiàn)的。但是在實際的教學活動中實驗課學時量不足，甚至由于實驗條件和學時安排的原因一些高校不開展“熱工基礎(chǔ)”實驗課程，開設(shè)實驗課程也僅僅被作為理論教學的輔助，實驗課授課方式仍然采用傳統(tǒng)的“教師在實驗課上講解設(shè)備結(jié)構(gòu)，操作流程，注意事項，并給學生演示實驗操作步驟，學生輪流模仿操作，課后寫實驗報告”的實踐教學形式，《熱工基礎(chǔ)及流體力學》實驗教學還面臨著實驗設(shè)備缺乏或不足的問題，因此實驗教學過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)少數(shù)學生有機會操作，多數(shù)學生只能圍觀的現(xiàn)狀，這使得大多數(shù)學生沒有掌握實驗操作步驟，甚至不了解設(shè)備或儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，大幅度降低了學生的學習興趣和學習熱情，忽視了學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。導致學生很難將所學到的《熱工基礎(chǔ)及流體力學》相關(guān)知識與生活和工程實踐相關(guān)聯(lián)，不能做到理論聯(lián)系實際，更無法達到學以致用的教學目的。

3?《熱工基礎(chǔ)及流體力學》教學改革措施的研究與討論

針對《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程內(nèi)容特點以及理論和實踐教學過程中存在的不足，對課程教學方法和手段進行總結(jié)和思考，在注重學生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，提出“熱工基礎(chǔ)”課程的教學改革措施和實施方案。

3.1基于專業(yè)需求的理論教學方案調(diào)整

在機械類專業(yè)中開設(shè)《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程，首先遇到就是課程涵蓋內(nèi)容多，而課時不足的問題，這直接導致教學內(nèi)容和知識點的傳授難以實現(xiàn)面面俱到，因此解決課程內(nèi)容多而學時少的矛盾是首要問題。首先以工程認證為標準制定本科生畢業(yè)要求，對課程目標和課程內(nèi)容進行梳理，結(jié)合專業(yè)特點對課程教學內(nèi)容進行調(diào)整和優(yōu)化。針對《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程特點，采用一條主線貫穿始終的教學思路。以能量守恒為線索將課程內(nèi)容融會貫通，形成一個整體。改變傳統(tǒng)教學中將《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程當作三個獨立部分的做法，在確?！豆こ虩崃W》《傳熱學》《流體力學》三個篇章各自特點的同時，將三個篇章聯(lián)系起來，即統(tǒng)一又保持相對立性，使教學內(nèi)容更具系統(tǒng)性。以社會熱點以及學科前沿為導引進行討論，提高學生學習主動性，建立科學思維方式，進一步提升學生解決工程領(lǐng)域中與熱科學及流體力學相關(guān)問題的能力[4，7-8]。

3.2《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程教學方法和手段的改革

《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程主要是以教師為主引導課堂教學，學生被迫接受的模式，教學模式并沒有得到根本的轉(zhuǎn)變。由于《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程內(nèi)容涵蓋面廣，學時設(shè)置少，單位時間學生接受信息量過大，學生被動學習，很難快速的理解和消化所學內(nèi)容，在這樣的情況下，學生失去了學習和探索的興趣。為了讓學生積極參與到課堂教學過程中，有效的改善教學效果，達到提高學生綜合素質(zhì)的目的，對《熱工基礎(chǔ)及流體力學》教學方法和手段進行改進。

3.2.1教學中加強教師的導學作用，以學生為主體，重視理論聯(lián)系實際。

按照專業(yè)特點調(diào)整和安排教學內(nèi)容和教學環(huán)節(jié)，針對難理解和難消化的知識點，安排習題課，在精講多練的過程中對知識點進行反復強化和吸收。采用引導式教學，在教學過程中教師根據(jù)知識點精心設(shè)計問題，在知識點傳授的過程中適當?shù)臅r間提出相關(guān)問題，引導學生深入思考，帶動學生才遇到課堂中來，即從傳統(tǒng)的教師主導講授的課堂轉(zhuǎn)變?yōu)橛袉栴}、有思考、有講解、有總結(jié)的互動式和啟發(fā)式課堂教學模式。最大程度的調(diào)動學生學習的積極性和主動性，促使學生能夠做到理論聯(lián)系實際，針對實際問題進行思考并給出解答。

3.2.2有效利用信息化教學手段，采用多樣化授課方法相結(jié)合的授課方式

由于《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程具有大量的專業(yè)術(shù)語以及復雜繁多的公式，知識體系理論性和邏輯性強、概念抽象難懂，還涉及到大量公式推導等特點，在實際教學過程中，需要采用多媒體教學和板書相結(jié)合的方法進行授課，充分利用信息化教學手段的直觀性和生動性，設(shè)計并制作生動而豐富的多媒體教案，通過視頻、虛擬仿真技術(shù)等手段，將像卡諾循環(huán)、熱功轉(zhuǎn)換、熵等抽象難懂的內(nèi)容生動的展示給學生，使學生更容易接受、消化和理解晦澀難懂的知識點，以取得良好的教學效果。

3.2.3充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學平臺的優(yōu)勢，實現(xiàn)多平臺互補的課堂結(jié)構(gòu)的改革

網(wǎng)絡(luò)教學平臺不但有課程教學大綱、教學進度、考核方式等教學資料，方便學生了解和查閱。教學平臺還為學生提供教學課件、試題庫等資源，學生可以根據(jù)自己的需要通過網(wǎng)絡(luò)教學平臺隨時進行學習。學生可以通過網(wǎng)絡(luò)教學平臺對《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程進行課前預習和課后復習，在學習過程中遇到的難以理解和消化的問題在平臺上可以隨時向教師提問，實現(xiàn)學生和教師的良好互動，教、學雙方都參與到教學過程中來，發(fā)揮了學生的學習的自主性。

3.3基于科技創(chuàng)新項目及競賽的實踐教學改革

在應(yīng)用型本科教育的大背景下，實驗教學是高校實踐教育的重中之重，實驗教學效果的優(yōu)劣直接體現(xiàn)了高校人才培養(yǎng)的質(zhì)量[9]。在新工科建設(shè)的背景下，開設(shè)《熱工基礎(chǔ)及流體力學》這門課程目的在于培養(yǎng)學生在工程設(shè)計過程中，采用熱科學的思維方式，保證機械類工業(yè)設(shè)計的可靠性?！稛峁せA(chǔ)及流體力學》實驗課程也同時保證了學生對所學習的理論知識進一步的理解以及鞏固，鍛煉學生實踐設(shè)計能力和工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計水平，以達到培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力的目的。

為了提高實驗教學的效果，促使學生將理論知識與實踐相結(jié)合，將科技創(chuàng)新類的活動以及科技競賽加入到學生的實踐學習中，將《熱工基礎(chǔ)及流體力學》與其他機械及電子類專業(yè)基礎(chǔ)課程相結(jié)合，完成一個完整的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計，系統(tǒng)化的培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手能力，最終提高工程教育教學質(zhì)量。學生通常以小組形式開展科技創(chuàng)新活動及競賽活動，推動教學、科技創(chuàng)新、比賽相結(jié)合的實踐教學改革。

3.3.1開設(shè)創(chuàng)新型綜合實踐課程

面向全校開展科技創(chuàng)新型綜合實訓課程選修課，組織多學科及多專業(yè)的學生共同參與到科技創(chuàng)新項目中來，多學科交叉，可以實現(xiàn)知識互通互助的目的，共同完成課程設(shè)置的訓練題目。以機電專業(yè)的工業(yè)機器人設(shè)計與應(yīng)用為例，為了增加機器人的可靠性很穩(wěn)定性，往往驅(qū)動電機設(shè)計時需要在保證散熱的前提下，同時為了防止粉塵和液體進入需要對電機進行密閉，這時可以通過材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計以及傳熱學相關(guān)計算，將機器人結(jié)構(gòu)進一步簡化，避免增加過多的散熱系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^將熱工知識和實際應(yīng)用相結(jié)合的訓練過程中，達成綜合實踐訓練的效果和目的。

3.3.2鼓勵學生積極參加學校組織的各類競賽活動

2019年教育部發(fā)布文件《關(guān)于深化本科教育教學改革，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》，文中提到要實現(xiàn)以賽促教，同時以賽促學的目標，但是要理性參賽。選擇與機械類專業(yè)具有較大相關(guān)性的比賽，例如互聯(lián)網(wǎng)+大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，中國教育機器人大賽等等，在競賽過程中涉及到《計算機輔助設(shè)計》《機電一體化技術(shù)》《熱工基礎(chǔ)及流體力學》《機器人技術(shù)》《單片機》等課程，能過達到以賽促學的綜合實踐實訓的目的。一般參與競賽的學生以大學二年級和大學三年級為主，大學一年級打好專業(yè)基礎(chǔ)，大學二年級和大學三年級可以對所學的知識進行綜合運用，這非常符合學生的學習規(guī)律。在整個競賽過程中，學生需要學習和深化大量的相關(guān)專業(yè)知識，在團隊中各自發(fā)揮作用，在這個過程中學生構(gòu)建自身的優(yōu)勢，并確定自身的特長，在這一過程中，不但提高了學生的動手能力和邏輯思維能力，還大大激發(fā)了學生進行綜合技能訓練的積極性，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，最終達成提高學生創(chuàng)新能力和實踐動手能力的目的。

4?結(jié)語

綜上所述，該文針對機械大類專業(yè)《熱工基礎(chǔ)及流體力學》課程在教學中出現(xiàn)的問題，提出理論課程和實踐課程改革方案。通過理論教學內(nèi)容的優(yōu)化及教學方法的改進，有利于提高教學效果和建立學生自主學習習慣，讓學生在實踐的過程中進一步理解和掌握所學內(nèi)容。通過創(chuàng)新性實踐教學讓學生掌握熱科學的思考方式，創(chuàng)新性完成基礎(chǔ)知識學習與實踐技術(shù)相結(jié)合的學習過程，引導學習學習的自主性，為學生今后從事相關(guān)科研工作和解決實際工程問題奠定必要的熱工理論基礎(chǔ)。

參考文獻