新能源科學與工程專業熱工類課程的教學模式研究

（南京林業大學 材料科學與工程學院，江蘇 南京 210037）

摘要：《工程熱力學》和《傳熱學》是為新能源科學與工程專業學生開設的兩門專業必修課，也是該專業大學生所必須掌握的熱工類課程。該課程具有知識豐富、專業性強、課時多等特點。在《工程熱力學》和《傳熱學》課程教學中，大學生創新能力的培養是很重要的一環。本文對該課程的教學內容、教學方法和考核方式等方面進行了探討，并對大學生創新精神與創新思維的培養進行了研究。

關鍵詞：工程熱力學；傳熱學；新能源；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0176-02

能源是現代社會賴以生存和發展的物質基礎，是國民經濟和社會發展的先決條件。新能源專業的畢業生，肩負著為國家能源發展貢獻力量的重要責任。為達到培養專業知識面廣、基本功扎實和創新能力強的本科人才的目標，作為新能源專業非常重要的必修課——《工程熱力學》和《傳熱學》的課程設計和教學方法探索就顯得尤為重要[1，2]。此前的相關文獻中報道了《工程熱力學》和《傳熱學》教學的優秀經驗[3-6]。本文在此教學經驗的基礎上，對熱工課程的教學內容和教學方法進行優化和探索，以更好地提高學生的創新精神和創新思維。

一、教學內容的優化

教學內容的優化和精選是教學改革的關鍵。作為專業必修課，在學時有限的情況下，如何最大程度地講授最有價值的知識點成為教學的關鍵。

熱工類課程由《工程熱力學》和《傳熱學》兩門課組成。《工程熱力學》按熱力學基本概念、熱力學第一定律、理想氣體的性質與過程、熱力學第二定律與熵、氣體動力循環、水蒸氣、蒸汽動力循環、制冷循環、理想混合氣體和濕空氣、實際氣體的性質等內容分為若干章節；《傳熱學》按照傳熱基本概念、穩態熱傳導、非穩態熱傳導、對流換熱、熱輻射及輻射換熱、傳熱過程與換熱器等分為若干章節。由于新能源科學與工程專業屬于新興產業專業，學科領域廣泛，涉及能源類（如生物質能、太陽能、風能）、化工類（如基礎化學、物理化學、新能源材料）、力學類（如工程力學、流體力學）等多門課程和領域。

在實際的教學過程中，教學內容必須有所側重，應充分考慮到不與新能源科學與工程專業開設的其他相關課程的知識點產生重復。另外由于《工程熱力學》和《傳熱學》課程難度較大，在教學過程中要講清課程中的要點和基礎知識。可以以“基本原理—公式推導—影響因素—實際應用”為主線介紹該課的有關知識，建立每章知識結構圖，讓學生清楚該門課程的知識體系結構。對重點的熱力學第一和第二定律進行原理介紹，仔細推導相關公式，讓學生夯實基礎，使學生在進一步的學習中不會混淆概念，相對輕松地應對課程。此外，注重理論與實踐相結合，例如介紹空調在夏天與冬天的工作原理、冰箱開門對室內的影響，積極引導學生利用熱力學定律進行分析，增加課程的趣味性以提高學生的創新能力。通過優選教學內容，使教學內容始終能反映本學科的專業特點和學術水平，加強學生對后續專業方向的把握。

二、教學方法的探索

（一）以創新性地教帶動創新性地學

科學技術是第一生產力。要想發展經濟，需要加大科研力度、提高科技含量。這已被證明是一種行之有效的道路。與此對應的是，要促進教學質量、提高教學效率，必須加大教學與科研的力度、提高教學與科研互動水平。在當今大力發展科學技術的大背景下，如何提高身為未來科學技術發展主力軍的大學生的學習熱情和創新能力，成為目前高校教學的難題和重點。傳統的直白講課和搜集各種習題以供學生練習只會讓課程變得生硬和枯燥，導致學生的學習效率和學習熱情越來越低，甚至出現了普遍的抄襲作業和遲到早退等不良現象。為了改變這些不良現象，就需要在教學手段上進行創新。教師通過對平時科研工作成果的再學習，并結合對教材的研究，創造性地運用某些方法，使學生對重要問題達到本質上的領悟。在這種途徑中，教師的創新思維方式以及從中體現的一言一行，讓學生耳濡目染、潛移默化，對帶動學生進行創新學習、開發創新思維起到積極的作用。

例如，在進行《傳熱學》教學時，學生往往對傳熱的基本概念，尤其是二維與三維的導熱理論及方程很難理解。一般地教學方式是，教師在黑板上進行微觀導熱原理推導，得出一維傅里葉導熱定律和二維三維傅里葉導熱定律，并給出幾個常用的導熱方程。這種教學方式中，推導過程比較晦澀，給出的方程也較為難懂，學生們很可能只會死記硬背，不能靈活運用。針對以上問題，筆者建議將導熱理論與生活問題相結合，或者采取數學建模的方法，將導熱方程與實踐相結合，選取最適合該問題的模型，以達到課程有趣生動、富有創新性，激發學生們的創新思維。以創新性地“教”帶動創新性地“學”，學生收獲的不僅僅是知識點，更是如何去發現問題、解決問題的實際能力，為以后在新能源科學與工程專業領域的探索中打下良好基礎。

（二）板書教學與多媒體輔助教學相結合

多媒體技術以其圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的呈現使課堂教學達到了全新的境界。在《傳熱學》的講授中，一維的傳熱理論和公式很好理解和應用，但二維與三維牽扯到微觀傳熱理論，以至于推導過程較為復雜，傳熱方程較為抽象難懂。因此需要教師精心準備多媒體課件，通過動態描繪各向同性材料的微觀傳熱過程，讓學生理解不同形狀材料在具有不同位置的熱源時如何進行熱傳導。通過繪制動態的卡諾循環過程，使學生深入理解熱力學第二定律，并理解第二類永動機無法制成的原因。同時需要注意的是，對于工程熱力學和傳熱學，由于信息量大、內容廣，過多地依賴多媒體教學可能會讓學生在短時間內難以消化，因此在教學中對于難度較大的基礎理論部分和原理的學習，板書不可缺少，使學生能夠有充分時間緊跟老師的思維去理解每一個知識點。

（三）課程教學與科研活動相結合

教師可以將全班學生分為若干調研小組，每五個人為一組，選擇新能源與熱工基礎理論相結合的課題，通過查找國內外科技文獻，調研總結新能源專業前沿知識，形成調研報告，鍛煉學生閱讀科技文獻的能力，提前為畢業設計的開展奠定基礎。各小組也可以參與指導教師的科研項目，在實驗室做一些力所能及的科研活動，并通過文獻調研，形成工程熱力學和傳熱學知識系統。課程結束時，各小組以PPT形式向全班同學作匯報，授課老師根據報告提出問題，該組同學進行即時答辯，考查學生對相關知識點的掌握情況。

三、課程考核方式的探索

工程熱力學和傳熱學覆蓋面廣、知識點多，應該采取靈活多樣的考核辦法。在成績的評定方式上，可以設定了四項考核內容，第一部分是學生考勤、課堂互動表現和課堂筆記，通過此部分的考核，提高學生的聽課注意力，鍛煉學生提煉課程重點內容的能力；第二部分是根據每個小組的調研報告、PPT展示、答辯情況打分，鍛煉學生的團隊合作能力、口頭表達能力和應變能力；第三部分是每節課結束前的思考題，采取加分方式，鼓勵學生積極思考；第四部分是傳統的期末考試，考試內容為課程講授的基本內容，專業性強的理論部分強調定性了解，讓學生對熱工基礎有個整體的認識。

隨著新能源科學領域的不斷發展，熱工基礎理論散發出強大的活力。根據新能源科學與工程專業特點，教師還需要在教學過程中，不斷探索教學方法和考核方式，不斷優化課程內容，提升教學質量，使課程教學體系更加科學合理，更好地適應社會對新能源科學與工程專業人才的需求。

參考文獻：

[1]陳登宇.新能源科學與工程專業人才培養模式研究[J].科教文匯（下旬刊），2015，（1）：61-62.

[2]陳登宇.新能源科學與工程專業（生物質能方向）人才培養探索[J].課程教育研究，2015，（1）：236-237.

[3]武和全，姚永騰.對“工程熱力學及傳熱學”課程教學的幾點思考[J].科教導刊（下旬），2015，（4）：90-91.

[4]武和全，吳云強.提高“工程熱力學及傳熱學”課程教學質量的改革探討[J].教育教學論壇，2015，（23）：267-268.

[5]吳建松，秦躍平，楊小彬，劉偉.“工程熱力學與傳熱學”教學內容和方法的優化與實踐[J].中國電力教育，2014，（23）：41-43.

[6]武和全，阮振民.“工程熱力學及傳熱學”課程學習方法探討[J].課程教育研究，2015，（14）：253.