大學本科機械類熱工基礎課程建設與教學改革思考

摘 ?要 分析熱工基礎課程教學過程中存在的問題，提出熱工基礎課程建設與教學改革的相應措施，以期為熱工基礎課程教學改革提供參考和借鑒。

關鍵詞 機械大類專業;熱工基礎;課程建設;教學改革;翻轉課堂

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）19-0097-03

1 前言

熱工基礎是本科院校機械大類專業（機械工程、機械電子工程、材料成型及控制工程等）開設的一門專業必修課程[1]。本課程主要研究熱能和其他能量相互轉換以及能源有效合理利用的基本規律，使學生掌握熱力學和傳熱學的基本規律，并能正確運用這些規律進行各種熱現象、熱力過程、熱力循環和傳熱特性的分析，為培養學生的工程實踐和創新能力打好堅實的熱力學和傳熱學基礎，在機械大類專業中占有重要地位。但是，該門課程內容晦澀，理論性強，邏輯要求較高，在授課過程中發現一些問題，在此作思考并對課程教改與建設提出一些建議。

2 熱工基礎課程教學過程中存在的問題

教學大綱設置 ?熱工基礎研究熱能轉化為機械能的規律、方法以及提高轉化效率和熱能利用經濟性的途徑，并探究結構傳熱特性。本課程以能量傳遞、轉移過程中數量守恒和質量蛻變為主線，闡述工程熱力學的基本概念、基本定律，氣體及蒸汽的熱力性質，各種熱力過程和循環的分析計算等內容，根據熱力學基礎，闡述傳熱相關知識，掌握傳熱特性和規律。通過相關理論講授，使學生理解熱力學和傳熱學相關基礎知識和理論，掌握工質的性質及不同熱力過程（包括循環過程）的能量變化特征，培養學生運用抽象簡化的方法，從紛繁復雜的工程問題中抽出熱力學和傳熱學問題本質，進而解決問題。

熱工基礎的開課學期為本科第五學期，一般設置36學時的理論教學，知識點多、理論性強、概念晦澀，涉及大量的理論公式推導和工程應用參數查表，要在較短的課時內上完該課程所有內容，節奏較為倉促，因此選擇重要、核心的章節進行講授。同時，由于該課程理論性極強，上課過程較為枯燥，沒有實物參考，因此，對于基礎薄弱、注意力不容易集中的學生，學習效率欠佳，導致教學效果不理想。

師資及教學方式 ?擔任該門課程授課的教師師資較為雄厚，任課教師均為具有博士學位或高級職稱的教師，但是一些年輕教師缺乏教學經驗。在教學方式上，目前所運用到的教學方式較為單一，主要是運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習等方法，因此，學生學習積極性不高，課堂主動學習能力較差。基于本門課程概念多且抽象，公式多且應用條件復雜，內容多且分散，又具有極強的應用性的特點，純理論授課方式教學效果較為一般。

評價方式 ?目前，本門課程的評價方式主要為平時出勤、作業及理論考核相結合的形式。課程總評成績包括三部分：出勤、課堂表現及平時作業（20%）;期中理論考核成績（20%）;期末理論考核成績（60%）。其中，出勤、平時作業與課堂表現的評價主要是根據學生提交的練習完成情況評分、作業質量以及全部作業成績與課堂問答、課堂出勤率等情況。總體而言，評價方式較為單一，過程考核比例較小。

教學效果 ?當前，熱工基礎的教學與實際生產生活距離較遠，導致學生無法將所學知識與實踐相聯系，無法活學活用，最終導致紙上談兵的效果。因此，除了習題及考試之外，還應該有更加多樣的教學形式與教學效果評價方式，以期將理論知識與實踐相聯系，提高學生的應用能力，最終提高本課程的教學質量。

3 熱工基礎課程建設與教學改革的相應措施

教學大綱最優化 ?熱工基礎課程內容繁雜，理論艱深，如果課時較少，授課時間倉促，難免會導致學生無法充分理解本課程的內容。因此，建議課時數至少為36學時，48學時則更為恰當。同時，本課程應當根據課后作業和相關習題內容安排適當的作業、習題講評課，以提高學生對知識的綜合、靈活運用能力。

熱工基礎課程教學中應側重對知識點背景和應用的介紹，降低對于部分不常用概念和公式推導的要求[2]。如熱力學第一定律能量方程及第二定律中熵流、熵產、熵方程等計算公式較多，應用條件復雜，較難掌握，在教學中應當對基本概念和基本定律進行重點講解，將抽象問題具體化，讓學生重點掌握熱力學第一定律解析式、卡諾定理、邁耶公式等公式的推導過程，初步掌握從概念出發推導定理的能力，不僅有助于培養學生對關鍵公式和定理的掌握能力，也能夠增強學生的邏輯思維能力。此外，應系統整理與總結衍生公式的應用條件，幫助學生記憶和應用紛繁復雜的公式，從而提升學習效率。

針對機械大類專業的特點和培養目標，針對壓氣機、活塞式內燃機等工程問題實例，應讓學生掌握提高熱力設備和系統能量利用的經濟性的基本原則和途徑，這在理論學習和生產實踐中均具有重要意義。對于熱力學三定律的學習，引導學生自己運用熱力學第一定律、第二定律及相關原理知識對生活和生產中的熱力循環過程進行分析，提出能夠提高熱力循環效率的方法，做到理論與實際相結合，從而加深對課程內容的理解。

除了課程基本內容的學習之外，應著力培養學生的邏輯思維能力，發現、分析和解決問題的能力，創新思維和創造能力，特別是運用熱力學和傳熱學基本定律和理論進行演繹、推論，解決實際工程問題的能力，使學生能夠將理論與實踐緊密聯系，并形成解決實際問題的能力。

教學方法多樣化 ?在教學方法上，應綜合運用案例引入、課堂講授和演示、小組討論與匯報、分組練習、實際操作等方法。通過引入問題和生活中的案例，使理論知識變得生動形象，使學生更加明確教學內容與教學目標。強調以學生為中心，通過翻轉課堂，使更多的學生加入課堂討論中，從而引導學生主動學習，激發學生的學習動機，提高學生上課的積極性。在目前教學條件的基礎上，更多地結合生產和生活中的實例，讓學生帶著興趣和目標學習，強化所學知識，增加對知識及原理的理解，提高對理論的運用能力，培養學生解決實際問題的能力。

在實際執行授課的過程中，課程設計的每一個教學環節都應具有明確的目的性[3]，并根據教學目的制定不同的教學方法。在授課過程中，教學方法需要根據教學過程中的實際效果進行適當調整。如教學效果一般、學生對所授知識點難以理解時，可采用講授法、演示法相結合的方式。由于圖表具有形象、生動、直觀的優點，無論是在教學還是工程實踐中，利用各類熱力圖表可以幫助學生理解所學內容;若有多媒體內容的輔助，將取得更加良好的效果。

例如，在講授熱力學第一定律和熱力學第二定律的時候，一個典型的例子是當前在抖音、微博等自媒體賬號中大量存在號稱可以實現的“永動機”，可以在課堂中適當引入這樣的典型實例，讓學生利用所學知識對其荒謬性進行分析和批判。當學生對知識點掌握程度較好時，可以增加教學內容的難度，適度拓展，設置具體應用問題，引導學生探索解決方案，增加小組討論與匯報，提高學生課堂參與度。同時，在講授新的教學內容時，引導學生前后聯系，結合已學的難點內容進行討論，從而不斷強化、復習知識點，更好地掌握知識。

此外，根據課程內容布置與實踐緊密相關的開放性大作業，對于學生所學知識的綜合運用與實踐應用能力的提高具有重要作用。例如，讓學生觀察實際生活中的熱力學過程，對該過程進行建模、分析，并提出提高該過程熱效率的方法。這樣的大作業是對學生綜合能力的一個極大的挑戰，不僅需要有優秀的觀察能力、抽象能力、邏輯思維能力，還需要對所學知識充分了解，對前后知識點融會貫通，并能夠用于分析實際問題。經過兩年的實驗，有約30%的學生能夠發現日常生活中的熱力學過程，并對其進行精確分析，如自行車打氣、冰箱制冷、冬天空調制熱等，取得良好的效果。

評價方式多元化 ?目前的評價方式為結合了平時成績（20%）、期中考核成績（20%）和期末考核成績（60%）的綜合加權，建議改革為綜合評價和過程評價相結合的評價方式，增加過程考核，如完成開放性大作業（20%）、班級分組匯報演示（10%）等，從而使得評價方式多元化。開放性大作業、分組匯報演示等形式對于學生對該課程的掌握比習題和考試更具有促進作用。另外，這種形式可以提升平時分數占比，減少期末考試分數比例，取消一考定終身的現象，降低學生臨時抱佛腳的概率，減輕學生期末考試負擔，從而使學生把學習精力與學習激情平均到整學期的學習中。同時，通過多種教學手段與評價方式的結合，以期提高學生的學習質量。

教學效果實際化 ?當前，對于教學效果的評價基本上是通過期末成績分析、教師打分等形式開展。期末考試成績分析具有重要的作用，但是所能反映的問題僅僅局限于學生考試情況，并不能真正體現教學效果;而學生對教師上課情況進行打分的形式主要反映教師的教學能力，以及學生對教師的喜好程度，也并不能完全體現本課程的教學效果。因此，有必要對熱工基礎課程教學效果的評估方式進行修正，以學生的實際應用能力為導向，修正課程教學過程中存在的偏差。上文提到的開放性大作業與實際生產生活具有緊密的聯系，因此可提高其所占分值，以提升其重要性。此外，可設計若干熱工基礎相關的實驗課，讓學生在實驗中實踐所學知識，并對其進行精準評價，可望取得較好的效果。

4 總結

作為本科院校機械大類專業學生的專業必修課程，熱工基礎課程的教學改革對培養機械大類專業學生的創新思維和邏輯思維能力及發現問題、分析問題和解決問題的能力，解決實際工程問題的能力和創造能力等意義重大。教師也要多思考與學習，多與學生交流，尋求教學方法的改進與優化，推進教學改革，為促進高等教育發展作出自己的貢獻。

參考文獻

[1]王成，來永斌，伍廣.新工科背景下過程裝備與控制工程專業的《熱工基礎》課程教學改革與探索[J].科技視界，2019（12）：109-110.

[2]王崧全，李達漢.淺談本科院校《熱工基礎》課程的改革[J].教育教學論壇，2019（13）：103-104.

[3]蔣會明，孫首群.大學本科機械類“熱工基礎”課程教學改革探討[J].科教導刊，2019（2）：126-127.

作者：楊浩，蘇州大學，副教授，博士，主要從事微納機器人方面的研究（215000）。