少學時熱工基礎課程教學探索

河北農業大學機電工程學院 李建平 王鵬飛 劉洪杰 趙曉順 霍曉靜 梁楊

熱力學或傳熱學作為機械類專業知識體系的學科基礎知識，是21 世紀工科各類專業人才工程素質的重要組成部分[1]，將機械設計制造與自動化、車輛工程、工程裝備與控制工程、機械電子工程、材料成型及控制工程等專業作為必修課程進行開設，設置48～64 學時。隨著工程教育認證的推進，為滿足工程教育認證的標準，熱工基礎課程正逐步進入各專業的課程體系[2]。我校機械類專業受專業總學分及總學時限制，開設了16 學時的《熱工基礎》課程，重點講授熱功轉換、熱能的有效利用和熱量傳遞規律，培養學生的熱工思維、解決機電產品中熱工問題能力；在少學時情況下，為使學生更透徹地掌握課程知識點，基于超星學習通平臺[3]開展熱工基礎課程的混合式教學探索，通過學生自學、慕課學習、講授重難點，學生和教師聯動，以解決如何在少學時條件下高質量地完成熱工基礎課程教學任務，以期達到樹立節約能源、合理用能的觀念和思辨方法。

1 教學內容調整與優化

《熱工基礎》作為一門理論性較強的專業課，具有授課內容豐富、知識面廣、概念和公式多等特點，通過整理優化課程知識點，可便于理清學生自學和教師講授的各自側重點，加強學生自我學習的主觀能動性，提升教師授課方式的靈活性和知識點聚焦性，達到較好的學習效果。在教學過程中將包含機械、車輛等各個研究方向最基本的原理作為公共模塊，并作為所有學生的必學內容；根據各個不同專業的側重點再進行專業模塊化的教學[4]。

基于少課時的教學特點，選擇高等教育出版社張學學主編的《熱工基礎》教材，根據機械類專業特點和培養目標對課程內容進行合理取舍，以內燃機的熱功轉換及工質換熱為目標牽引，重點講解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、活塞式內燃機循環，以及導熱、對流換熱、輻射換熱的基本傳熱理論等。通過工程案例或生活案例將各章節知識點串聯起來，保持課程內容學習的連續性和完整性，使學生明晰和掌握課程重難點。

對課程知識點進行專業針對性的分類與精簡，根據專業特點、目標要求、重點難點，將知識點按層次劃分為掌握型、理解型和了解型[5]。通過講解緒論內容，使學生明確課程的性質、任務及重要性，宏觀了解課程整體內容、章節間的關聯關系，課程內容與前續和后續課程知識點間學習的關系，介紹課程特點及其學習方法。通過對熱力學第一定律的講解，使學生能夠運用熱力學第一定律分析閉口和開口系統的熱能——機械能轉換過程，對內燃機循環等基本動力循環掌握循環熱效率及循環功量的計算分析方法[6]。

通過分析理想氣體的定容、定壓、定溫、定熵、多變的基本熱力過程，將熱力學能、焓、膨脹功、技術功、比熱容、熱力學第一定律等知識點串聯成知識鏈；將熱力循環的正向循環、卡諾循環等基本理論與活塞式內燃機循環相關聯，逆向循環與空氣壓縮式制冷循環相關聯；利用兩平行平壁的傳熱過程將熱傳導、熱對流、熱輻射的傳熱方式關聯起來，使各章節知識點有機融合在一起，形成一條明晰的知識點鏈條，以便于學生對知識點的掌握和復習。

2 教學方式改革與實踐

作為應用型本科院校，在本科培養時注重對學生實踐應用能力的培養，教學內容依據機械、車輛等機械類專業人才培養目標和行業就業知識需求進行取舍，有針對性地進行合理的刪減。工程熱力學從熱能如何高效轉化為機械能角度考慮，掌握熱力學第一定律、熱力學第二定律，講解理想氣體的性質及熱力過程，分析以理想氣體為工質的活塞式內燃機循環的理論基礎；傳熱學從熱能的傳遞方式考慮，講授熱阻、傳熱的三種基本方式、對流換熱的牛頓冷卻公式、導熱的傅里葉定律及黑體輻射的四次方定律[7]。

2.1 板書、多媒體授課與超星學習通自學相結合

采用板書講解表達出課程的精髓和框架，對熱力過程等課程內容理論性強、抽象知識點進行講解；采用多媒體教學，以圖片、視頻、動畫等形式將卡諾循環等難于理解的課程內容形象生動地表達出來；通過超星學習通平臺將課程的電子教材、習題集、課后作業等教學資源發布，以限時完成知識學習和章節作業，達到及時鞏固課堂的目的；利用學習通的簽到、搶答、分組討論、隨堂測試、在線直播、問卷調查等功能，單間交流互動平臺，促進學生與教師、學生與學生間的討論交流與溝通互助，進而提高學習效率。

2.2 改變傳統灌輸式教學模式，采用啟發式和互動式授課模式

對于非熱能工程專業的學生，在講授熱工基礎課程內容時，教學內容中要注重熱力學基本定律、常見工質的基本熱力過程及工程應用、熱量傳遞基本理論和規律的教學[8]，對一些較為繁瑣復雜的推導可以略講或不講，以學生為中心，鼓勵學生主動參與課堂，結合日常生活及專業方向加強工程實際應用的例題，培養學生的自主學習能力和邏輯思維能力。

2.3 以學生為中心，聚焦學生應該學會什么

從專業基礎課開始培養學生的學習思維方法和工程意識，發揮時間和空間的靈活性，整合慕課、翻轉課堂、移動學習等各種學習模式，加強學生作為主體參與教學活動的積極性，以獲得滿意的學生學習滿意度和學業成功率。

2.4 加強課下習題練習，以訓練反饋知識點掌握情況

教學內容根據章節內容銜接和學生的接受程度，依據循序漸進的原則進行知識講解；在授課過程中，在突出基本理論、基本原理和基本方法的基礎上，以章節思考題和習題為導向，掌握應用知識點解決工程應用問題；在每次課程結束后，結合課堂內容及章節重難點知識，選擇相應的習題供學生練習訓練。通過學生自主講述練習題，鍛煉學生的知識學習能力、溝通表達能力以及運用理論知識解決實際問題的能力，啟發學生學——懂——用的思維。

2.5 與專業發展相融合，提升授課內容系統性

隨著新能源技術在機電產品中的應用越來越廣泛，在課程內容講授時穿插新能源發電、氫能利用等相關知識；在專業前期實習階段，要加深對機加工設備等各種熱動力機械認識，鼓勵同學通過互聯網等技術提前了解或熟悉四沖程內燃機的工作過程；在教學過程中要把工程熱力學、傳熱學、流體力學等內容相結合，形成少學時熱工基礎課程的系統教學內容；根據專業方向學習重點不同，授課老師需對各學科專業有基本了解，找到熱學基本理論與學生專業知識的有機契合點[9]。

3 考核方法變革

課程考核以全過程、全方位評價為依據，對學生的作業、筆記、課堂互動等整個學習過程和能力進行量化指標評價，減少人為因素，避免一張試卷定“終身”[10]。通過課程考核全面評價學生的基礎理論掌握情況、分析解決問題的能力、思維能力與創造能力，綜合評定學生學習過程中的學習態度、探究精神、創新意識和學習能力[11]。

熱工基礎課程的考核評價主要包括平時過程評價和期末考試評價兩部分，其中期末考試評價占70%；而平時過程評價包括作業、課堂互動、慕課學習、課堂簽到等，考核主要通過超星學習通平臺的成績管理模塊，根據課前設定好的模塊權重值進行自動統計，從而加強了對平時學習的考核，避免了學生期末突擊式應試的習慣。

為適應專業認證要求，可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[12]，得出學生對于知識點的掌握情況，進而把考核結果反饋于教學環節，實現不斷改進教學手段、達到提高教學質量的目的。

4 結論

根據少學時熱工基礎課程授課和學生掌握工程分析與解決問題的應用能力要求，結合機械類專業特色，以學生能力訓練為中心，更新培養理念，合理取舍授課章節內容，提升學生自主學習能力和課程建設水平，探索出非熱工專業熱工基礎課程教育的有效方式。