聚焦基礎知識點的專業課程知識體系設計與實踐
——以制冷原理與技術課程為例

孔祥強，李 瑛，衣秋杰

(山東科技大學 機械電子工程學院，山東 青島 266590)

大學教育能夠幫助學生構建特定的專業認知模型，形成各個專業自身的思維方式、專業語言和行為方式，而建構主義學習理論和知識整合教學理論對此具有很好的指導作用。在此過程中，課程基礎知識點作為知識傳遞的基本單元，是構成完整知識體系和架構的根本著力點，對知識點的凝練、理解和應用的深度與廣度直接影響著“教”和“學”的效果。

王瑜等在傳熱學課程教學中引入了“五問反思報告”體系，促使學生主動思考如何運用課程知識點，有力培育了學生科技創新能力。陳世強等在地下通風與空氣調節課程中通過溝通、點亮和突出共通的知識點，實現了知識點迭代和專業課程認知建構。朱林華等基于對高分子材料學課程知識點系統分析，建立了適用于情景教學模式知識點的典型素材庫，實現了知識場景化。周越等認為知識點是課程內容體系和教學目標直接對應的一個命題，提出了一種從教學材料中提取知識點的操作程序，包括分類、約束、萃取、選擇和延伸等5 個環節。楊東明等依托百科語料和遠程監督思想，研究了知識點間的關系提取算法，用來構建層次分明、關系明確的課程知識體系，能夠有效提升在線教育平臺的教學效果。龔龑等從思辨教學、知識點過程化、知其所以然等方面，對知識點與科學精神的關聯培養在工科課堂中進行了教學實踐。王麗清提出了一種面向特定目標的知識點關聯性量化分析和教學內容規劃設計方法，能夠實現知識點和目標的精準對應和完整覆蓋，使內容快速適應目標的變化。戚桂美等以章節知識點為出發點，以核心目標設計和實現為中心，提出了專業課程關鍵知識點設計方法，保證了課程之間的有效銜接和整體性。

以上研究均以課程知識點為切入點，從不同的角度和層面對課程教學改革提出了一些具體思路并進行了實踐，有力提升了教學質量。鑒于此，本文以制冷原理與技術課程為例，深入探討以課程知識點為關鍵點和著力點的課程知識體系設計的途徑與方法，充分體現概念清晰化、碎片網絡化、知識前沿化、課程思政化、資源多元化的特點。

一、制冷原理與技術課程性質和目標

制冷原理與技術是能源與動力工程專業的必修課程，也是建筑環境與能源應用工程專業的基礎課程。該課程與工程熱力學、傳熱學、工程流體力學等專業基礎知識緊密相關，同時又與工程實踐密切聯系。該課程有48 學時，其中理論授課44 學時、實驗4 學時。課程教學內容主要包括制冷熱力學基礎、制冷方法、制冷劑、蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、制冷循環的熱力學分析計算、制冷設備等。通過課程學習，學生應理解掌握制冷基礎知識和主要理論，了解當前制冷行業和領域的發展狀況與發展方向，具備先進的節能減排理念、創新精神和國際視野，為后續課程和從事制冷領域工作奠定堅實的基礎。尤其是學生能夠利用所學理論知識和技術手段識別、表達和分析制冷領域中的復雜工程技術問題，獲得有效結論，并理解其局限性。同時，在對制冷循環、設備或系統進行設計時，具有采用新理論、新技術、新材料的創新意識。

該課程的前修基礎課程、技術支撐課程和后續應用課程見表1。前修基礎課程在傳熱性能、熱力循環、節能經濟性評價、流動特性等方面為制冷原理與技術課程內容奠定了基礎。比如，制冷系統中蒸發、冷凝是傳熱學中典型的沸騰換熱過程，蒸氣噴射式制冷的核心部件噴嘴是流體力學的重要知識點，工程熱力學中的熱力學第一定律和第二定律是制冷系統熱性能評價的根本依據。技術支撐課程主要體現在控制、測試、設備、性能提升技術等方面。后續應用課程及實踐環節主要面向制冷、熱泵、復合能量系統等技術應用領域。

表1 制冷原理與技術的前后銜接課程

二、制冷原理與技術課程教學存在問題分析

作為專業核心課程之一的制冷原理與技術課程，具有理論邏輯性強、實踐應用性強、知識綜合性強的特點。為了更好地完成課程目標，切實支撐相應的畢業要求指標點，需要著力解決以下一些問題。

1.學生對于基本概念的內涵和外延表述不清楚、理解不全面準確、應用能力不足。概念是思維的基本單位，也是學科知識的基礎。概念不清晰會導致整個知識體系的基礎不牢固，往往成為許多問題的根源。

2.課程知識點零散呈現碎片化，知識結構不能形成系統化和整體化。知識點的凝練和相互銜接關系是完成知識網絡架構的基礎，知識點的不連貫和不系統會直接影響學生的應用知識能力和拓展創新能力。

3.教材內容更新速度難以契合制冷技術的新發展，新理論、新技術、新產業、新應用的融入度較小。書本知識與當前學科發展最新水平、工程實際之間的偏差較大，間接導致學生課堂學習積極性降低。

4.課程思政教學資源不足，思政教育內容與課程專業知識深度融合不夠。將思政教育有機融入專業教育教學全過程，是高校實現立德樹人的重要途徑。要高效發揮課堂主陣地作用，有賴于課程思政元素的深度挖掘并與時俱進。

三、聚焦基礎知識點的課程知識體系設計

(一)制冷原理與技術課程知識點

根據課程教學大綱要求，基于學生現狀、發展需求以及專業知識應用能力培養，全面分析凝練出30 個知識點，如圖1 所示。可以看出，課程講授內容總體分為5 大模塊：緒論、制冷方法、蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、制冷設備。其中，緒論內容包括制冷的定義、研究內容、應用和發展歷史等，制冷方法內容包括現有各種制冷方法的基本原理、結構組成和應用領域等，蒸氣壓縮式制冷內容包括理想/理論/實際壓縮式制冷循環、兩級壓縮式制冷循環、復疊式制冷循環、CO跨臨界制冷循環、制冷劑等，吸收式制冷內容包括溶液熱力學基礎、單效/雙效/兩級溴化鋰吸收式制冷、氨吸收式制冷等，制冷設備內容包括壓縮機、蒸發器、冷凝器、節流機構等。

圖1 制冷原理與技術課程知識點匯總

各模塊的授課學時和所含知識點數量見表2。從分配比例來看，蒸氣壓縮式制冷和吸收式制冷兩個模塊的授課共計33 學時，占總授課學時的75%，其間要講授19 個知識點，這兩個模塊的內容是制冷原理與技術課程的核心知識內容。

表2 制冷原理與技術課程授課學時和知識點分配

課程模塊的每個知識點在內容上具有相對的整體性和獨立性，知識點之間又有著橫縱向的緊密銜接。在教學設計環節，每個知識點內容都有相應的重點和難點。圖2 為蒸氣壓縮式制冷模塊的部分知識點的具體內容，其中符號“☆”代表講授內容重點，符號“◎”代表講授內容難點。

圖2 蒸氣壓縮式制冷模塊的部分知識點內容

如圖2 所示，第12 個知識點“理想循環”是講授內容重點，其中如何通過理想循環特性來指導并引出當前的節能技術是講授難點。又如，理論循環是第13 個知識點“理論循環/實際循環”的講授內容重點，其中的難點為壓焓圖(p-h 圖)和循環特性熱力計算。p-h 圖在蒸氣壓縮式制冷模塊中具有非常重要的作用，是進行循環性能分析、熱力計算的基礎。

(二)課程知識體系的教學內容設計

在制冷原理與技術課程的教學內容的編排設計環節，全過程、全方位聚焦課程知識點。從不同層面和角度深刻闡述基本概念和專業術語的來源、內涵、外延和工程應用，實現專業知識概念清晰化和知識理解應用精準性；同時，充分挖掘知識點之間的橫縱向聯系，形成具有目標引領、功能明確的知識點群，實現知識碎片網絡化和知識體系培養連貫性；而且，注重將工程現實性和方向前瞻性的理論知識與技術應用融入到教學中，實現知識技術前沿化和知識綜合應用實踐性。

以知識點“制冷定義”為例。制冷的通常定義：用人工的方法在一定時間和一定空間內將物體冷卻，使其溫度降低至環境溫度以下，并保持這個溫度。此定義描述字數雖然不多，但其內涵很豐富，在課堂上可以從5個方面予以清晰闡釋。一是制冷研究的對象是熱量，根據溫度高低又可區分為熱和冷兩種表現形式，由此關聯到前修課程的熱量、傳熱方式、傳熱過程等概念；二是制冷與自然冷卻的不同，涉及到熱量傳遞方向、自發過程和非自發過程、能量補償等知識，并可簡要引出實際應用的電驅動制冷技術和熱驅動制冷技術；三是制冷溫度分類，適當引出制冷方法模塊；四是采用循環的方式能夠保持這個溫度，引出制冷領域的熱力循環；五是一定時間和一定空間的表述引出制冷能力，與課程后面的相應知識點銜接。

又如，在講解制冷系數COP 的概念時，將其理論意義和當前的節能技術緊密聯系，包括：國家提倡的公共建筑夏季室內空調溫度設置不低于26℃，將地下水、海水、土壤作為高溫熱匯、熱濕解耦技術等。在講解多級蒸氣壓縮制冷循環和復疊式制冷循環時，深入分析兩種循環之間的內在聯系，形成知識點之間的銜接。在講解兩級吸收式制冷循環時，相對于單級吸收式循環，增加了1 個中間壓力，從循環構造角度來看，這與兩級蒸氣壓縮制冷循環是相似的，這種知識點之間的類比能夠強化知識理解和應用創新。同時，結合知識點專題講解制冷技術在能效提升、環保制冷和應用拓展方面的研究現狀與發展趨勢，介紹當前的制冷技術研究和應用熱點問題，如空氣取水、數據中心冷卻、電動車熱管理、太陽能制冷等。

圖3 顯示出課程全部30 個知識點的大體順序關聯。可以看出，各知識點之間均有直接或間接的相互關聯，形成了一個有機的整體架構，也即課程知識體系。比如，緒論模塊的2 個知識點貫穿所有模塊中，制冷設備模塊與蒸氣壓縮式制冷模塊、吸收式制冷模塊之間相互依托交融；知識點3(熱力循環)緊密對接知識點12(理想循環)、知識點13(理論循環/實際循環)和知識點24(吸收式制冷概述)；知識點18 的制冷劑熱物性是知識點16 和20 的熱力計算基礎和依據，也是知識點21 與22 的制冷循環設計和分析的基礎。

圖3 課程知識點之間的順序關聯

在教學內容設計環節，充分體現課程思政育人理念，發揮課堂主渠道在“三全育人”體系中的協同效應。基于課程知識點整合教學資源，深入挖掘思政元素，在課程教學過程中全面提升學生的綜合素質和能力。比如，介紹我國能源動力類專業發展歷史、動力工程及工程熱物理學科和制冷領域的著名專家學者及主要貢獻等；介紹北京2022 年冬奧會采用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術，成為首次大規模使用二氧化碳制冷劑的奧運會，這些能夠很好地激發學生的愛國主義情懷和民族自豪感，并使學生深刻理解創新是引領發展的第一動力內涵。基于國家重大戰略需求和社會熱點，結合學生的認知和興趣點設定思政案例元素，如當前碳達峰碳中和背景下，制冷與新能源、儲能、新材料之間的交叉融合理論研究和工程應用案例。

教學資源多元化是實現上述教學內容設計的有效途徑和基本保證。充分學習、研究和利用各類教學資源，包括國內外教材和參考書、學術研究論文、在線教育平臺、專業網站、工程設計手冊、規范和標準等，將教學資源和課程知識體系有機銜接在一起。

四、結束語

聚焦課程知識點的教學內容和知識體系設計，能夠使得課程知識點所承載的內容和功能更加豐富多元。教學實踐表明，學生在掌握基本理論知識的同時，專業素養、科技素養、工程素養、信息素養、知識應用能力、創新思維、職業素養等都得到了有效培養和提升。基于此，制冷原理與技術課程被評為山東科技大學本科“精彩課堂”。本文提出的專業課程知識體系設計方法具有良好的實踐可操作性，適用于工科類專業課程教學，能夠更好地助力大學生素質教育發展。