機械類專業熱工基礎課程教學探討

李享 李子騰 張亞豪

摘 要：近年來教育體制的改革，教育方式也在不斷深化改革。熱現象是自然界和科學技術領域最普遍的物理現象，熱能是人類利用自然界能源的一種最主要的能量形式?！盁峁せA”就是專門研究如何提高熱功轉換效率、熱能轉換及傳遞基本規律的一門專業基礎課，在工程教育中占有舉足輕重的地位。本文就機械類專業熱工基礎課程教學展開探討。

關鍵詞：機械類專業;熱工基礎;教學方法

引言

“熱工基礎”課程以研究熱能的有效利用及轉換與傳遞規律為其基本內容，在機械類本科生人才培養中具有重要地位。課程內容包含工程熱力學和傳熱學兩部分，其中工程熱力學篇主要研究熱能與其他形式能量（特別是機械能）之間的轉換關系、轉換規律及其應用;傳熱學篇主要研究熱量傳遞的基本方式及其傳遞過程。

1熱工基礎課程改革背景及意義

熱工基礎課程由兩門專業基礎課程合并而成，包含工程熱力學部分和傳熱學部分，知識組成與兩門獨立的工程熱力學和傳熱學課程相同，但是只有32學時。熱工課程內容繁多，課程體系復雜，而課程開設學時較少。這就形成了內容多與學時少的鮮明矛盾，如何在原有學時基礎上達到很好的教學效果就成了一個值得關注的話題。目前，機械類專業包括機械自動化、機核、機電、過控、車輛等專業方向均開設了熱工基礎課程，如何在達到基本教學效果的基礎上，進一步滿足不同專業方向的要求也是需要考慮的問題。經幾年教學實踐發現，機械類專業熱工基礎課程存在以下問題：（1）傳統教學方法和手段與“互聯網+教育”之間的矛盾;（2）課程學時少與內容多的矛盾;（3）大類專業統一授課與兼顧各個專業特點的矛盾;（4）教師自身工程經驗不足與學生工程能力培養的矛盾;（5）實驗內容少且單一與學生實踐創新能力培養的矛盾。工程教育專業認證對機械專業提出了新的人才培養要求，因此，為解決課程存在的問題及適應工程教育專業認證的要求，迫切的需要對熱工基礎課程實施改革。

2機械類專業熱工基礎課程教學探討

2.1教學內容調整和優化

在機械類專業中開設“熱工基礎”首先遇到的就是理論學時不足的問題。因為課時數的限制，在機械類專業中開設“熱工基礎”課程不可能像能源動力類專業那樣教學內容和知識點面面俱到，必須要結合機械類專業的特點和知識需求有所取舍。根據工程教育專業認證中對本科生的畢業要求，針對課程內容多、概念多、公式多、既重理論又具有較強實踐性的特點，采用主線式教學，梳理課程目標、課程內容與畢業生畢業要求的對應關系。其基本指導思想是：以能量守恒為線索將課程內容融會貫通，以形成一個有機的整體，以基本概念、基本定律為主要知識點，重基礎、重應用、避免死記硬背，改變傳統教學中將“熱工基礎”課程當作兩個獨立部分的做法。基于以上思想，構筑起以能量守恒定律及其方程為基礎，學科知識有機結合的課程內容體系，在保證“工程熱力學”和“傳熱學”自身特點的同時，加強學科間的內在聯系;同時，把學生從記憶繁雜的定義和公式中解放出來，把更多的精力放在對概念的理解和應用上。這樣一來教學內容更具條理性，學生能夠站在學科高度上看待具體問題，教學也更為系統、高效。突出學科前沿及社會熱點問題，圍繞機械類專業后續課程及機電產品設計所必備的專業知識組織教學，比如節能問題、新能源問題、與機電產品設計緊密聯系的熱設計問題等，提高學生的學習興趣與積極性，增加學生解決工作中所遇到的熱工工程領域實際問題的能力。

2.2教學方法與手段

學習熱工基礎課程的最終目的是解決：（1）能量傳遞與轉換;（2）傳熱有關的工程實際問題。在制定教學計劃、設置課堂、選擇課程內容時，必須考慮以應用型教學為主。同時，教師在講授熱工基礎知識的過程中，要避免照本宣科，注重學生對基本概念的理解，強化工程實際應用，將復雜的東西簡單化，弱化數學推導和邏輯證明，最終讓學生在理解相對深奧的理論知識后，能夠快速轉入實際應用。例如工程熱力學篇的基本概念、基本定律的論述都是以熱能利用、熱機工作原理為背景展開的，那么可以利用第一類、第二類永動機的例子引出熱力學第一定律、第二定律的教學內容;結合P-v圖和T-s圖講解功量和熱量以及理想氣體的典型4個熱力過程，包括定容、定壓、定溫和定熵。傳熱學篇中，在探討熱量傳遞的方式及定律時，可參照“一個概念、一個公式、兩個定律、三種方式”展開。一個概念指熱阻的概念，類似于高中物理的電阻，由此可引入溫差、熱流量（或熱流密度）、熱阻（或單位熱阻）的熱網絡圖;一個公式指對流換熱過程的牛頓冷卻公式。其中，熱對流與對流換熱的聯系和區別是學生在實際應用中需要理解的一個要點。兩個定律分別指導熱的傅里葉定律和黑體輻射的四次方定律。三種方式指三種基本的傳熱方式，即熱傳導、熱對流和熱輻射。在講解這三類傳熱方式時，可從具體的工程實例出發，避免復雜的公式推導。

2.3倡導學生自主學習

學生在課堂上的參與程度是影響其課堂效果的重要因素。從頭至尾的灌輸式教育使得學生在理論教學中參與度低、積極性差。針對這個問題，在課時安排上已經對授課內容進行改進，突出應用實例的趣味性、吸引力;在學生方面，如果能夠調動他們自主學習的意識將有效促進最終的教學效果。教不嚴，師之惰。在日常的教學環節中，教師巧妙設置需要學生自主參與的環節。針對每個章節安排學生在課外進行小課題研究，調研近期的研究熱點，尋找生活中應用的實例，對自然現象進行科學解釋。在這種自主結隊、自主研究和自主總結成文的過程中，鍛煉學生的自學能力，提高學生對于課程的熟悉程度，增加課程學習的趣味性，最終培養學生自主學習的習慣。該措施不僅有利于本課程的學習，同時助于培養學生終生學習的能力。

2.4建立合理的質量考核指標，評價反饋教學效果

熱工基礎課程為必須專業基礎課程，課程學生總評成績由期末考試成績和平時成績組成，而平時成績包括課堂表現，作業和課程實驗。期末考試成績能從一定程度上反映學生對課程知識點的掌握情況，而班級成績平均值能反映出學生的平均掌握情況，因此將各個班級考試平均成績作為考核的一個指標點。為適應專業認證要求，對課程設定了兩個課程目標，通過計算課程目標的達成度來評價對于每個目標要求的滿足情況，其課程目標達成度結果作為另一個考核指標點。通過對兩個指標點的對比分析，可得出學生對于知識點的掌握情況，以及工程知識的分析運用情況，并把考核結果反饋于教學的每個環節，從而改進教學手段，提高教學質量。

結語

大多機電類產品在設計時都要進行熱設計或者考慮熱控制的問題，“熱工基礎”課程已成為機械類專業學生的知識體系中不可缺少的部分?！盁峁せA”作為機械類專業的一門重要的專業基礎課，包括“工程熱力學”和“傳熱學”兩部分，但又不是兩部分的簡單累加，教師在教學中應將這兩部分有機的融合在一起，科學規劃教學內容，改革傳統的教學方法和考核方式，結合多媒體和網絡教學平臺等新興教學手段改善理論教學效果;同時，通過建立“熱工基礎”實驗平臺和科技創新項目，改進實踐教學，提高學生的動手實踐能力和創新性，并對其進行綜合實踐訓練。

參考文獻：

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