研究生示范課程《高等工程熱力學(xué)》建設(shè)與實踐

盧春萍 牛建會

摘?要：《高等工程熱力學(xué)》作為省級研究生示范課程，課程組結(jié)合課程目標(biāo)定位、培養(yǎng)定位及課程設(shè)計理念，從教學(xué)方法、教學(xué)手段及教學(xué)模式入手進行教學(xué)改革與創(chuàng)新，利用課程教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)資源進行混合式教學(xué)，同時利用建設(shè)良好的研究生實踐基地進行實踐性教學(xué)，使課程建設(shè)具有特色性及創(chuàng)新性，力求將其建成省內(nèi)一流的教學(xué)示范課程。

關(guān)鍵詞：建設(shè)與實踐；方法與手段；總結(jié)與改進

1?概述

《高等工程熱力學(xué)》是“供熱、供燃?xì)狻⑼L(fēng)及空調(diào)工程專業(yè)”研究生所設(shè)的一門重要專業(yè)理論基礎(chǔ)課；該課程為“高效利用能源、節(jié)約能源以及開發(fā)新能源”等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域提供理論知識，為從事工程設(shè)計、施工和管理的應(yīng)用型人才提供理論基礎(chǔ)。課程組對課程體系深入研究、教學(xué)模塊調(diào)整改進，使學(xué)生基礎(chǔ)扎實，又提高了學(xué)生解決工程問題能力，同時采用了將課程教學(xué)與科研項目、實踐基地利用相結(jié)合，多渠道來加強學(xué)生創(chuàng)新能力與實踐能力培養(yǎng)。課程組對教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法進行改革，采用優(yōu)化教學(xué)方法，教學(xué)效果良好；對教學(xué)模式和教學(xué)手段進行創(chuàng)新性研究，并予以實踐。總之，取得了一些示范課程的建設(shè)成果與收獲。

2?課程目標(biāo)定位及培養(yǎng)定位、課程設(shè)計理念

2.1?課程目標(biāo)定位及培養(yǎng)定位

基于我校“人才培養(yǎng)定位”“建筑與土木工程專業(yè)碩士培養(yǎng)定位”的雙重目標(biāo)，制訂了“課程目標(biāo)定位及課程培養(yǎng)定位”。“高等工程熱力學(xué)”是一門專業(yè)理論基礎(chǔ)課，在本科課程“熱功轉(zhuǎn)換”理論基礎(chǔ)上，進一步講授“熱功轉(zhuǎn)換”過程中的熱力學(xué)完善程度、工質(zhì)熱力性質(zhì)、新工質(zhì)、熱力系統(tǒng)評價和化學(xué)熱力學(xué)等相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生掌握認(rèn)識和理解熱物理過程發(fā)生規(guī)律的基本方法，為從事相關(guān)科學(xué)研究打下良好基礎(chǔ)。該課程對能源高效利用、節(jié)能和新能源開發(fā)都具有重要的理論價值和指導(dǎo)意義，對培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實、專業(yè)知識面廣的技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計等人才，具有“重要理論基礎(chǔ)”的意義。作為供熱、供燃?xì)狻⑼L(fēng)及空調(diào)工程專業(yè)的核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生扎實熱工理論基礎(chǔ)、專業(yè)能力提高和實踐能力的提升。

2.2?課程設(shè)計理念

我們從培養(yǎng)“從事土木工程學(xué)科各領(lǐng)域設(shè)計、教學(xué)、施工、管理的高層次技術(shù)人才”和培養(yǎng)“具有獨立擔(dān)負(fù)相應(yīng)領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計、施工和管理能力，具備國家注冊執(zhí)業(yè)資格相關(guān)能力的高層次應(yīng)用型人才”目標(biāo)出發(fā)，提出“以學(xué)生為主體，夯實熱工基礎(chǔ)理論，重點培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用能力”的課程設(shè)計理念。

（1）從知識、能力與素質(zhì)三個維度設(shè)計教學(xué)目標(biāo)。基礎(chǔ)理論知識扎實、學(xué)以致用，將知識內(nèi)化成能力是重點，素質(zhì)培養(yǎng)貫穿教學(xué)的各個方面。

（2）以學(xué)生為主體，構(gòu)架基于研究性教學(xué)的“三段式”教學(xué)模式。以研究性學(xué)習(xí)為理念，構(gòu)建課前自主學(xué)習(xí)、課堂研討、課后拓展和創(chuàng)新的“三段式”教學(xué)模式。

（3）結(jié)合課程內(nèi)容，抓重點難點，夯實熱工基礎(chǔ)。梳理課程教學(xué)內(nèi)容，匹配以適合的教學(xué)方法及考核方法，提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到研究生培養(yǎng)目標(biāo)。

（4）教學(xué)內(nèi)容突出前沿性和應(yīng)用性。關(guān)注熱工學(xué)科新理論、最新動態(tài)與最新成果，密切聯(lián)系工程實踐，重點培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用能力。

3?課程講授模塊及主要內(nèi)容，布置的課程論文

3.1?課程講授模塊及主要內(nèi)容

3.2?布置的課程論文

（1）結(jié)合自己的研究方向或研究內(nèi)容，針對某一熱力循環(huán)實例，選取熱力循環(huán)運行參數(shù)，對循環(huán)過程進行熱力分析及有效能“”分析，指出熱力循環(huán)改進途徑及措施。

（2）利用虛擬火電機組仿真系統(tǒng)，對300MW火力發(fā)電機組進行虛擬仿真及運行調(diào)節(jié)，結(jié)合多種汽輪機運行蒸汽參數(shù)及熱力循環(huán)的運行數(shù)據(jù)，對熱力系統(tǒng)的運行特性進行分析，為優(yōu)化運行提供技術(shù)指導(dǎo)。

（3）模擬某一單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)，對熱力系統(tǒng)進行熱力計算及性能分析，包括如下內(nèi)容：自學(xué)“二元溶液特性”“溴化鋰溶液特性”；利用具有工程背景的模擬參數(shù)，對熱力系統(tǒng)“整體”“各部件”進行能量平衡、質(zhì)量平衡分析等熱力計算；改變某些參數(shù)，如“熱源溫度”“冷卻水溫度”等，試分析對系統(tǒng)性能的影響。

學(xué)生完成課程論文情況較好，對所學(xué)理論難點“分析”有了深入理解；對“溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)”工程問題予以解決，既學(xué)習(xí)“二元溶液性質(zhì)”，又對復(fù)雜熱力設(shè)備進行熱力分析，教學(xué)效果良好。但也有些問題反映出來，特別是“虛擬火電機組仿真系統(tǒng)運行特性分析”，需要學(xué)生花些時間學(xué)習(xí)“虛擬火電機組仿真系統(tǒng)”，結(jié)果是“課程學(xué)時緊，教學(xué)任務(wù)繁重”。

4?采用的主要教學(xué)方法；信息化教學(xué)手段的運用；體現(xiàn)課程特點與教學(xué)風(fēng)格的教學(xué)方法創(chuàng)新與探索

4.1?主要教學(xué)方法

為了增強教學(xué)效果，充分調(diào)動學(xué)生積極性，提高課堂效率，增大教學(xué)信息，探索與教學(xué)內(nèi)容相適宜的教學(xué)方法，教學(xué)實踐如下：

（1）改變“專業(yè)基礎(chǔ)課采用板書”傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用“PPT課件+板書”授課，制作中采用“超鏈接”等彌補基礎(chǔ)課“公式推導(dǎo)”等特殊性。

（2）采用翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)模式，對課程教學(xué)內(nèi)容及組織實施做一些變革，采用課下預(yù)習(xí)自修、課上深入討論等教學(xué)模式。

4.2?信息化教學(xué)手段的運用

（1）借助現(xiàn)有學(xué)校教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，如雨課堂，將制作多媒體課件、教學(xué)講義等教學(xué)資料上傳網(wǎng)絡(luò)；對精品課程網(wǎng)站的教學(xué)資源，課程組分類匯總后上傳于網(wǎng)絡(luò)。

（2）利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可以進行在線答疑、網(wǎng)上討論，促進師生間的教學(xué)交流，有利于教學(xué)效果提高。

（3）本課程理論性強、概念多而抽象，按講授模塊作為節(jié)點，對重點難點知識制作成微課等視頻，發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)平臺，作為課堂教學(xué)的補充。

4.3?課程特點與教學(xué)風(fēng)格的教學(xué)方法創(chuàng)新與探索

（1）針對理論性強、學(xué)時少的特點，探究“高效”的教學(xué)方法。該課程理論性強，學(xué)時較少，如何高效教學(xué)，總思路：“重點難點詳細(xì)講解”+“理論應(yīng)用部分指導(dǎo)性學(xué)習(xí)”+“課堂討論、學(xué)生匯報”。

（2）借助計算機編程，提高學(xué)習(xí)動力，增強學(xué)習(xí)效果。對于“流體工質(zhì)熱力性質(zhì)計算”授課模塊，編程求解實際氣體狀態(tài)方程，將程序運行結(jié)果與實測比對，加強理論基礎(chǔ)的掌握。

教學(xué)中做法：描述實際氣體p、V、T關(guān)系的狀態(tài)方程式很多，比較常用有范德華方程、維里方程、RK方程等，已知T、p，求解實際氣體的Vm，最終都?xì)w結(jié)為求解三次方程的根；求解三次方程的根，一般采用牛頓迭代法。利用計算機編程可以在極短的時間內(nèi)完成不同物質(zhì)在不同T、p條件下的精確計算，從編寫程序的實際運行結(jié)果看，計算結(jié)果與實測值吻合度較好，計算精度較高。

（3）將動態(tài)仿真實驗教學(xué)引入課程，為課程教學(xué)及科研工作奠定基礎(chǔ)。發(fā)揮虛擬火電機組仿真系統(tǒng)的優(yōu)點，對多種典型發(fā)電機組的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，掌握蒸汽初參數(shù)、終參數(shù)等參量對發(fā)電廠發(fā)電效率具有相關(guān)性進行研究。

（4）積極探索“理論教學(xué)與科研相結(jié)合”教學(xué)模式。結(jié)合課程組省級課題《分析方法研究填埋氣供暖技術(shù)應(yīng)用》，將分析方法的理論教學(xué)應(yīng)用于科研；結(jié)合建設(shè)部項目《太陽能—空氣源熱泵的系統(tǒng)研究及應(yīng)用》中，將“熱力循環(huán)”理論授課內(nèi)容應(yīng)用于科研項目。

（5）積極探索“理論教學(xué)與實踐教學(xué)結(jié)合”教學(xué)模式。“河北建筑工程學(xué)院可再生能源中心”是省級教學(xué)實踐研究示范中心，特別是“空氣源熱泵機組”等實驗教學(xué)平臺的搭建，為該課程“理論教學(xué)與實踐教學(xué)”相結(jié)合提供了很好的基礎(chǔ)。

5?研究生實踐基地的建設(shè)與利用

5.1?實踐基地的建設(shè)情況

目前，能源工程系研究生實踐基地有三個：張家口市市政公用熱力公司、河北建筑工程學(xué)院可再生能源示范中心、張家口市可再生能源儲熱裝備與利用重點實驗室。下面分別對后兩個實踐基地建設(shè)做一說明：

（1）河北建筑工程學(xué)院可再生能源示范中心：屬于能源應(yīng)用技術(shù)、熱力與建筑節(jié)能行業(yè)。中心研發(fā)人員34人，目前中心面積4540平方米，設(shè)備總價值1200萬元。目前圍繞風(fēng)光儲能供熱相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性和共同性技術(shù)問題開展攻關(guān)，進行系統(tǒng)化、配套化和工程化研究，提供可規(guī)模化生產(chǎn)的成套技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、工藝、裝備。

（2）張家口市可再生能源儲熱裝備與利用重點實驗室：實驗室主要針對各種可再生能源儲熱技術(shù)涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題進行系統(tǒng)研究。主要研究方向設(shè)為：水蓄熱設(shè)備及儲放熱性能研究、固體蓄熱設(shè)備及儲放熱性能研究，可再生能源儲能設(shè)備控制系統(tǒng)研究。

5.2?研究生實踐基地的利用

借助于研究生實踐基地的平臺，課程組從以下三個方面展開工作：

（1）“課程理論基礎(chǔ)+科研+實踐基地”的教學(xué)模式。將“理論教學(xué)、科研、實踐基地”三位融合、教學(xué)相長、相互促進。課程組教學(xué)實踐如下：“河北建筑工程學(xué)院可再生能源示范中心”包括“空氣源熱泵機組”實驗教學(xué)平臺的搭建，建立“空氣源熱泵的理論熱力模型”，對“空氣源熱泵機組”進行運行特性分析，為科研項目提供數(shù)據(jù)支持等。

（2）“深入實踐基地”為理論教學(xué)提供“實踐應(yīng)用”支持。組織學(xué)生深入實踐基地，對工程的熱力設(shè)備，如電蓄熱鍋爐、運行參數(shù)的數(shù)據(jù)采集等，為“理論教學(xué)中熱力設(shè)備的有效能分析”等理論教學(xué)提供支持。

（3）邀請企業(yè)專家培訓(xùn)指導(dǎo)，提高學(xué)生專業(yè)實踐背景和素養(yǎng)。在課程教學(xué)過程中，企業(yè)導(dǎo)師做專題講座、技術(shù)交流，多提教學(xué)中的寶貴意見，特別是“如何滿足企業(yè)人才需求的教學(xué)環(huán)節(jié)”“如何成為業(yè)務(wù)骨干等思政元素”“理論教學(xué)如何加強實踐”等給予指導(dǎo)。

6?課程建設(shè)主要特色及創(chuàng)新點；課程教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)資源；運用國內(nèi)相關(guān)教材情況；自編講義情況

6.1?主要特色及創(chuàng)新點

（1）利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，將教學(xué)資料上傳于網(wǎng)絡(luò)，采用在線答疑、網(wǎng)上討論等，作為課堂教學(xué)的補充，有利于教學(xué)效果的提高。

（2）課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，采用“重點難點詳細(xì)講解+理論應(yīng)用部分指導(dǎo)性學(xué)習(xí)”+課堂討論、學(xué)生匯報”的教學(xué)方法，探索適合于研究生“高效”的教學(xué)方法及手段。

（3）對某些授課模塊，借助計算機編程，更好掌握理論基礎(chǔ)，獲得掌握計算機編程等技能。

（4）將動態(tài)仿真實驗教學(xué)引入課程，為課程教學(xué)及科研工作奠定基礎(chǔ)。

（5）積極探索“理論教學(xué)+科研+實踐教學(xué)”相結(jié)合教學(xué)模式，將理論教學(xué)應(yīng)用于教學(xué)團隊的科研項目，深入研究生實踐基地，采集實驗參數(shù)等作為理論研究數(shù)據(jù)支持，使教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法達(dá)到多樣性及先進性。

6.2?課程教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)資源

河北建筑工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教學(xué)（如雨課堂）平臺建立，為推動混合式教學(xué)提供了教學(xué)條件。教學(xué)平臺功能模塊包括：個人信息及班級管理；公告、討論、歸檔等功能；課件制作及推送等；教師可以發(fā)布PPT課件、習(xí)題、重點難點等教學(xué)視頻。對于網(wǎng)絡(luò)平臺功能，如課件制作或推送、在線考試、討論答疑等，已應(yīng)用到教學(xué)實踐中，教學(xué)效果良好。

6.3?運用國內(nèi)相關(guān)教材情況

（1）課程教學(xué)所用教材：《高等工程熱力學(xué)》第2版，陳則韶編著，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社；該教材為高等教育“十一五”國家規(guī)劃教材；該教材特點：基本理論在深度、廣度上高于和寬于本科工程熱力學(xué)，適度體現(xiàn)“高等”的含義，內(nèi)容上體現(xiàn)工程特點，與實際相結(jié)合，與成熟的最新技術(shù)相結(jié)合。該教材已用了3屆，總體教學(xué)評價良好。

（2）教學(xué)參考教材：《高等工程熱力學(xué)》，童鈞耕等編著，科學(xué)出版社；該教材特點：考慮技術(shù)基礎(chǔ)類的課程，在內(nèi)容取舍、編排上以工程實用理論為主，同時兼顧熱工科技的新成果。該參考教材已用了3屆，總體教學(xué)評價良好。

6.4?自編講義情況

按講授模塊做節(jié)點，依據(jù)課程設(shè)置目標(biāo)“知識及應(yīng)用能力培養(yǎng)”等，編制教學(xué)講授講義。編寫講義著力點特別強調(diào)“結(jié)合工程案例、結(jié)合熱工新的科技成果”等。

7?總結(jié)與改進

通過“高等工程熱力學(xué)”示范課程建設(shè)與實踐，取得成果匯總?cè)缦拢海?）課程組深入教學(xué)內(nèi)容和方法的改革及研究，進一步完善現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法體系，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和水平；（2）課程組對教學(xué)模式、教學(xué)手段進行創(chuàng)新，制作與使用多媒體課件，課件制作精良，對重點章節(jié)制作微課等，進一步完善網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)等，都取得了一定教學(xué)成效；（3）課程組加強課教學(xué)團隊建設(shè)，提高教學(xué)師資水平，培養(yǎng)較高水平的教學(xué)團隊，加強省內(nèi)外教學(xué)經(jīng)驗的交流與合作；（4）加強理論教學(xué)、科學(xué)研究與實踐環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，跟蹤科技前沿，將最新的科技成果融入課程教學(xué)。

本課程建設(shè)存在問題與改進：（1）教學(xué)資源雖豐富，但網(wǎng)絡(luò)化工作開展較晚，需要進一步加強、完善；（2）用于促進研究性主動學(xué)習(xí)的擴充性資料等需要進一步豐富；（3）“理論教學(xué)+科研+實踐教學(xué)”相結(jié)合教學(xué)模式還有待于進一步研究探討，使其愈加完善成熟。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳則韶.高等工程熱力學(xué)［M］.第2版.中國科學(xué)技術(shù)出版社，2014.

［2］彥啟森，等.空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)［M］.第四版.中國建筑出版社，2010.

［3］童鈞耕，等.高等工程熱力學(xué)［M］.科學(xué)出版社，2006.

［4］廉樂明，等.工程熱力學(xué)［M］.第五版.中國建筑工業(yè)出版社，2007.

項目：河北省教育廳2022年省級研究生示范課程；課程名稱：高等工程熱力學(xué)（項目編號：KCJSX2022102）；2021年度中國建設(shè)教育協(xié)會教育教學(xué)科研課題“面向建設(shè)行業(yè)人才培養(yǎng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建研究與實踐”（項目編號：2021084）；2022年度河北建筑工程學(xué)院教育教學(xué)改革研究與實踐項目“新工科人才培養(yǎng)背景下創(chuàng)意創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革探索與實踐”（項目編號：2022JY001）

作者簡介：盧春萍（1966—?），女，漢族，河北懷來人，本科，教授，研究方向：供熱、節(jié)能技術(shù)。

*通訊作者：牛建會（1981—?），女，漢族，河北保定人，研究生，副教授，從事制冷空調(diào)熱泵技術(shù)研究。