熱工基礎課程內容交叉滲透研究及其教學改革探索

王艷 周向葵 李瑩

摘 要：在工程教育認證的背景下，結合培養計劃的基本要求，針對熱工基礎課程中教學內容交叉滲透和教學方式存在的問題，本研究提出了合理優化教學內容、改革教學方式、改革考核方式和增加實驗類別四個方面的教學改革方法。該教學改革實踐將理論和工程應用結合起來，全面提升學生的創新能力和實踐能力，為培養機械類專業應用型創新人才奠定了基礎。

關鍵詞：熱工基礎;課程內容;交叉滲透研究;教學改革

熱工基礎課程的基本內容包括熱能的有效利用、轉換及傳遞規律等，在工科專業培養中具有重要的地位。課程內容可劃分為熱力學和傳熱學兩部分。其中，熱力學主要是研究熱能與其他形式能量（特別是機械能）之間的轉換關系及規律，傳熱學主要研究熱量傳遞的方式及過程。

鄭州輕工業大學機械設計制造及其自動化專業創建于1977年，2003年獲得碩士學位授予權，2008年所屬的機械工程一級學科被評為省級重點學科，2011年成為河南省特色專業。根據現代化建設和社會進步需要，鄭州輕工業大學機械設計制造及其自動化專業貫徹“全面素質提升與工程實踐能力培養相結合”的思想，培養具有機械設計、制造、電子技術和計算機CAD/CAM/CAE等方面的應用能力，從事機械裝備、制造工程自動化、工程設計研究等具有創新精神和實踐能力的高級工程技術人才。因此，提高熱工基礎等專業課程的教學要求勢在必行。為了加強課程建設，完善機械類專業應用型創新人才培養體系，滿足工程教育認證對人才培養的要求，根據鄭州輕工業大學的實際辦學條件和筆者對熱工基礎教學現狀的認知，本研究對該課程的教學內容與方法進行研究和探索，以提高教學質量。

一、熱工基礎教學現狀

（一）課程內容方面

首先，熱工基礎課程涉及面較廣。主要內容包括：熱力學第一定律和第二定律，理想氣體及蒸汽的熱力性質與過程，以及導熱、對流換熱、輻射換熱的基本傳熱理論等。此外，還包括活塞式內燃機循環、蒸汽動力循環、壓縮空氣制冷循環與壓縮蒸汽制冷循環等內容。鄭州輕工業大學機械類專業熱工基礎課程學時計劃為32學時，其中包含理論教學28學時和實驗教學4學時。就目前的教學學時安排，僅用28學時就講完上述內容，是非常緊張的。

其次，該課程是面向機械制造及其自動化、機械設計及其自動化、機械電子工程及車輛工程等專業開設，涉及多個不同專業。由于采用相同的教材和教案，有時甚至不同專業學生一起上課，導致授課脫離專業需求，使學生普遍感到枯燥乏味。因此，對于不同專業的培養需求，往往需要因材施教。例如，對于機械專業的學生，有些課程內容只需要了解;對于車輛工程專業的學生，則要求熟練掌握。但是，教學內容應如何刪減、側重均值得探索。

最后，熱工基礎課程中對流換熱部分教學內容涉及流體力學課程中的部分概念與理論，如邊界層、連續方程等。但是，在學習熱工基礎課程之前，學生并未學習流體力學課程。因此，在授課時教師還需增加相關的、必要的流體力學知識，使得原本不充足的教學學時更加緊張。另一方面，雖然熱力學與傳熱學在發展中互相滲透，且部分內容互為前提，但是，這種優勢在熱工基礎課程中并未體現出來。當熱力學與傳熱學被整合為熱工基礎后，熱力學與傳熱學并沒有很好地融合?，F在使用的教材中，仍將熱力學部分和傳熱學部分分開講授，內容也是相互獨立的，從而導致在講授過程中出現很多問題。例如，部分熱力學內容需要在了解傳熱學概念的基礎上進行講授，但是學生此前并未了解，因此，學生的聽課難度就會增加。

（二）教學方法方面

首先，熱工基礎的教學仍然采用被動授課方式，即教師通過PPT與少量板書對教學內容進行講述。這種單向灌輸方式和抽象概念的結合，致使課堂氛圍枯燥乏味，從而打擊學生學習的積極性和主動性，嚴重影響了熱工基礎課程的教學效果。

其次，講授過程中，如果過分強調對新知識的掌握，忽略了專業技能的培養，就會導致教學內容脫離學生專業及工程實際應用。另外，熱工基礎課程內容與實踐結合性較強，學生對應用環境了解較少，在現有的理論和實驗授課基礎上，學生就難以將該課程的理論知識與實踐相聯系，從而對該課程的學習失去興趣，降低學習效率。

最后，目前的熱工基礎課程比較注重講授理論知識，忽視了對學生實踐能力和創新能力的培養。在學時安排上，實驗教學只有4學時，且均為驗證性實驗。通常，實驗前由指導教師做好實驗的準備工作，實驗過程中由學生進行數據的記錄，這種操作會使學生失去對實驗的興趣，且難以培養學生的動手能力。此外，實驗課程的教學質量缺乏硬性考核指標，對學生參加實驗情況缺乏有效監督。

二、教學改革的探索與實踐

（一）教學內容調整與優化

由于學時的限制，結合機械類專業的特點、培養目標和需求等，我們對熱工基礎課程的教學內容進行了取舍與刪減。在制訂新版大綱與教案時，充分考慮了工程教育認證對人才培養的要求。在教學過程中，針對本課程特點，從熱力學與傳熱學教學內容中尋找主線，對兩部分內容進行融合，從而形成一個有機整體。例如，流體力學中黏性流體流動過程是講解對流換熱過程的前提，涉及邊界層、雷諾數、連續方程等。此外，以能量守恒為主線，對熱工基礎內容進行了融合，在保證熱力學和傳熱學自身特點的同時，加強了兩者間的內在聯系，使熱工基礎教學更加系統與高效。

（二）教學方式改革

在熱工基礎課程的教學過程中，摒棄了灌輸式的教學模式，采用啟發式和互動式的授課方式，將課堂中心轉向學生，結合日常生活及工程應用背景，引導學生主動思考，培養學生邏輯思維能力和自主學習能力。在每次教學結束時，結合本次課程內容和生活實際或者工程問題，提出幾個問題供學生思考。在下次上課時，引導學生主動回答問題。例如，在講到熱對流與熱輻射時，提出“在晴朗無風的夜晚（溫度為2℃左右），草地上出現白霜，但在陰天或者有風的夜晚，草地上卻未出現白霜”類似問題，充分調動學生的學習積極性，鼓勵學生思考并主動回答問題，帶著問題去學習。該過程有利于學生把相關的知識點串聯起來，從而掌握并靈活應用課程內容。

此外，在教學過程中，教師結合自身的科研工作，將科研現象引入課堂，幫助學生了解相關科研領域的前沿工作。筆者主要研究方向之一是摩擦學行為研究，摩擦熱量的釋放與傳遞是其中一個不可或缺的因素。在講解熱傳遞過程時，從現有機械設備的摩擦、磨損現象入手，介紹熱傳遞的過程及其對機械設備壽命的影響，從而對熱傳遞過程展開講述，讓學生意識到科研的魅力與價值，進而引導學生獨立思考，逐步提升其將理論知識應用到實際工程中的能力。

（三）考核方法改革

以往熱工基礎課程的考核包括平時成績和期末考試成績兩部分，其中期末考試成績占70%，導致很多學生平時不認真學習，期末考試前臨時抱佛腳?？梢姡@種考核方法不能對學生的學習過程進行合理評價，這也與課程的培養目標背道而馳。參考其他高校的課程評價方法，我們對熱工基礎課程的考核方法進行了改革與探索。目前，該課程的考核成績由期末考試成績、實驗成績、課堂表現與作業三個方面組成，其所占比例分別為50%、30%和20%。如此，課程考核的重點傾向于教學過程，期末考試成績僅占總評成績的50%，有效避免了學生突擊式的學習方式。此外，在考試內容中還增加了開放性、綜合性的試題，并適當引入工程應用案例分析題，為培養具有創新精神和實踐能力的高級工程技術人才奠定了基礎。

（四）增加實驗，加強工程應用

實驗教學服務于理論教學，為此，我們適當增加了實驗學時和項目，由原來的4學時增加至6學時，實驗項目也在驗證性實驗的基礎上，增加了開放性實驗和綜合性實驗，這類實驗具有探索性和創新性。例如，提高循環效率實驗，要求學生對實驗過程進行設計，并擬定相應的實驗方案;指導教師對其進行審核和指導，從而促進對學生創新性和探索性能力的培養。而實驗成績在考核中的比例提升至30%，加強了教師對實驗過程的管理與考核，提升了實驗教學效果，有助于培養學生理論與實踐相結合的能力。

三、結語

熱工基礎課程是機械類專業必修專業基礎課程之一，對學生后續的課程設計、畢業設計等都具有重要的作用。在教學中將傳熱學和熱力學進行有機融合，因材施教，改革傳統的教學方法與考核方式，有助于培養學生自主學習以及發現問題、分析問題、解決問題的能力，從而為培養機械類專業應用型創新人才奠定基礎。

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責編：艾 和