2023年“工程热力学与传热学”课程教学改革探索.docx

天道酬勤 “工程热力学与传热学〞课程教学改革探索 李文涛 马永财 付晓明 摘    要：文章以黑龙江八一农垦大学农机专业为例，从“工程热力学与传热学〞课时缺乏、局部先修课程知识缺失、学习主动性缺乏、教学手段单一及实践教学薄弱等问题出发，结合工程教育专业认证的理念，提出“工程热力学与传热学〞课程教学改革的策略。 关键词：工程热力学与传热学;教学改革;农机 中图分类号：G642.0          文献标识码：A           文章编号：1002-4107〔2023〕09-0021-02 “工程熱力学与传热学〞的主要内容是研究热能利用的根本规律，提高热能利用率的方法及热能利用过程与其他热现象中的热量传递的根本规律[1]。掌握和了解能量转换的根本知识、工程传热问题计算的根本方法是农业机械化及其自动化专业学生从事本专业工作所必备的根本技能。由于其具有内容抽象、理论性强、公式繁多且复杂、涉及知识面大等特点，造成学生学习积极性不高、教师授课压力较大[2]。本文总结了教学过程中存在的主要问题，并从教学内容建设、教学方法和考评机制改革方面进行了探讨。 一、“工程热力学与传热学〞教学现状 〔一〕课时缺乏 农机专业现行培养方案中，“工程热力学与传热学〞总学时数为30，其中实验学时为6，课堂教学学时数较少，增加了学习和教学的难度。所用教材为张学学主编的热工根底，共十二章内容，笔者根据近几年的教学经验，用30学时讲授全部内容且保证教学质量难以实现，加之在理论分析时如开口系统的稳定流动能量方程、卡诺定理的证明熵的导出、导热微分方程等需要占用大量的学时，如何取舍讲授内容成为重中之重。 〔二〕先修课程知识缺失 “工程热力学与传热学〞与许多课程都有密切联系，涉及知识面大，在开设本课程之前，应已修并掌握高等数学、流体力学、大学物理等课程。农机专业的培养方案中并没有设置流体力学课程，学生在学习根本概念、理想气体的性质与热力过程等内容时没有困难，但在重点介绍对流换热的数学描述过程中的连续性微分方程、动量微分方程、能量微分方程和管内强迫对流换热的影响因素时，由于流体力学相关知识的缺失，导致学生难以完全理解。且该课程第五学期开设，此时学生在第一、二学期学习的高等数学知识逐渐模糊，加之掌握水平不一，导致学生对导热微分方程式的推导如其中泰勒级数展开不能很好地理解，涉及可逆过程的体积功、技术功对积分偏微分感到恐惧，甚至产生排斥心理，大大降低了学习“工程热力学与传热学〞的信心。 〔三〕学习主动性缺乏 首先，教学内容中理论分析涉及许多数学理论，经验公式繁多，难于理解和记忆，系统性较差，重点分散，同时课程学分少[3]。上述诸多问题造成学生主动学习的兴趣和积极性大大降低，上课前完成课程预习的学生很少，由于大三学生学习任务重，能够课后复习的学生更是微乎其微。其次，学生在本科学习阶段对所学该门课程内容在今后的实际工作过程中不确定是否能用到，造成主动学习的动力缺失。 〔四〕教学手段单一 授课是教学的中心环节，常规的授课方式多为教师授课为主，通过幻灯片和板书相结合的形式进行讲解，按照教学的内容分别介绍章节的根本概念、定律和复杂的计算公式，内容抽象晦涩，学生只能被动接受，与学生互动效果不理想，教学过程中缺少有效反响，难以激发学生学习的兴趣。 〔五〕实践环节薄弱 理论学习最终要以实践应用为落脚点，实践中发现的科学问题进而促进理论的提升，但在“工程热力学与传热学〞课程的学习过程中实践环节比拟薄弱，所开展的实验受多因素的限制，多为认知性、验证性实验，如本课程开设的二氧化碳临界状态观测及p-v-T关系测定实验、气体定压比热测定实验和自由对流横管管外放热系数测定实验，缺少综合设计性实验。限制了学生创新能力的开展，加之学生缺少相应的工程实践经验，更难以到达培养学生创新思维、发现问题、分析解决实际工程问题的目标。 二、“工程热力学与传热学〞教学改革策略 〔一〕整合教学内容 坚持以产出为导向、以学生为中心和持续改良为根本理念，根据学时调整课程的内容，修订教学大纲[4]。在教学中用精细的教学大纲控制教学开展，突出课程的系统性和逻辑性，注重讲解定理、根本假设和应用范围，简化或省略与今后工作联系不大的理论和公式的推导过程，重点培养学生解决实际工程问题的能力[5]。 教学内容调整如下：第一篇工程热力学局部，重点介绍根本概念，主要包括热力系统及其分类，平衡状态及状态参数、准平衡过程、可逆过程、热量和功量的计算;热力学第一定律的实质，闭口系统第一定律表达式、开口系统稳定流动能量方程式的推导;正向卡诺循环和卡诺定理、克劳修斯积分不等式、孤立熵增原理;理想气体的性质、理想气体的状态方程;水蒸气的产生过程和湿空气的性质、湿空气的焓—湿图。简单介绍理想气体的热力过程、逆向卡诺循环和水蒸气的根本热力过程。自学动力装置循环、制冷装置循环。第二篇传热学，重点介绍热量传递的根本方式，导热稳态导热计算、单向流体强迫对流换热特征数关联式、辐射换热的根本概念根本定律，传热的过程及换热器。简化对流换热的数学描述，辐射换热的计算方法，自学非稳态导热有关内容和对流换热的实验研究方法。同时合理优化实验教学，引导学生根据所学原理，分组自行设计实验方案及步骤，如开展翅片管束管外放热传热实验，培养学生利用所学理论知识开展创新活动，激发学生创新意识。 〔二〕创新教学方法 针对局部学生先修课程知识缺失的问题，改变传统“工程热力学与传热学〞的教学模式，课前利用MOOC、微信群等平台，将该次课程所涉及的相关数学公式如微分、偏微分、定积分、泰勒级数，流体力学的重要内容发布给学生，鼓励学生提前复习和补充所欠缺的知识点，以便提高课堂的学习效率同时也缓解课时缺乏的矛盾。 以学生为中心，突出学生的主体地位，引导学生利用所学理论知识讨论、分析和解释日常生活中的问题和现象，增加互动环节，提高学生的学习兴趣[6]。在课程教学过程中应用问题讨论法、类比比照法、案例分析法，培养学生获得信息的能力[7]。如在介绍热力学第二定律的表述时设定热机在某一特定条件下工作，引导学生分析该过程能否实现，又如在学习稳态导热时，以教室为例如何布置暖气，如何确定传热面积等实际应用问题，激发学生的学习热情和主动性，逐步培养學生发现并解决实际工程传热等问题的能力。对于教学内容中的闭口系统的热力学第一定律表达式和开口系统稳定流动能量方程、热量传递的三种根本方式、平壁传热和圆筒壁传热等内容，采用比照法教学，强化学生的记忆和理解，清晰之间的联系与区别，在教学的过程中，结合学生的实际情况适时引入案例进行分析，拉近理论与实际应用的距离，注重难点疑点的解答。同时鼓励学生分组讨论汇报，加强课程的随堂测验，锻炼了学生自主学习能力，培养团队协作精神，稳固学习成果[8]。 为开拓学生的国际视野并培养学生获取专业前沿信息的能力，对教学的局部内容逐步开展双语教学。双语教学有助于学生熟悉专业术语的英文表述，为学生未来查阅英文科技资料、阅读英文科技文献和进行国际交流打下良好的根底[9-10]。鉴于学生英语水平参差不齐的情况，实时调整英语授课的比例，以此激发学生进行国际学术交流的兴趣和积极性。 〔三〕改革考评机制 课程考评是对教师教学理念、教学内容和教学方式的直接反响，也是对学生掌握该课程的检验[11]。以往的课程考核效果很不理想，尤其是综合类型的计算，学生普遍反映计算公式忘记或混淆导致空白或错答。而课程学习的最终目的是运用所学知识、原理解决实际的工程应用问题，并非考察学生的记忆力，仅依据闭卷考核和平时成绩不能反映教学的真实性和客观性。针对上述问题，课程考核方式已采用过程考核与考试考核相结合的方式。过程考核包括课堂出勤、课堂讨论及互动、课堂测验、课程实验，考试考核仍采用闭卷考试形式，对根本概念、根本原理的考核，无相关资料参考，对于综合类试题，考试时提供相关的资料参考，要求学生选用正确的理论和公式来分析解决问题，实现考查学生根本理论知识的掌握和解决工程问题的能力。 三、结论 “工程热力学与传热学〞是农机专业学生进一步学习“谷物枯燥原理及设备〞和“农副产品加工设备〞等课程的根底，结合工程教育专业认证的背景，改变传统的教学模式，通过总结现有问题、调整教学内容、改革教学方法及建立多元化考评机制，充分调动学生的学习积极性、主动性，逐步培养学生发现并解决实际工程传热等问题的能力，进而增强创新意识、提高创新能力。 参考文献： [1]张学学.热工根底[M].北京：高等教育出版社，2023：4-6. [2]林郑忠.热力学根本理论教学实践与思考[J].集美大学学报：教育科学版，2023，〔3〕. [3]张彭岗，张墨，唐爱坤.工程认证背景下机械类专业“传热学〞课程教学的探索与改革[J].教育教学论坛，2023，〔40〕. [4]胡元闯，王凤领，张波，等.工程教育认证背景下地方高校网络工程专业人才培养模式探索[J].当代教育实践与教学研究，2023，〔6〕. [5]田娟荣.高职“传热学〞课程教学改革探讨[J].中国电力教育，2023，〔3〕. [6]杨昆，王嘉冰.“以学生为中心〞的传热学教学研究[J].化工高等教育，2023，〔6〕. [7]阮芳，龙激波，王平，等.传热学课程教学方法的研究与实践[J].高等建筑教育，2023，〔6〕. [8]曲明璐，王丽慧.基于工程人才培养的传热学教学改革策略[J].西部素质教育，2023，〔21〕. [9]赵占勇，李玉新，梁敏洁，等.高校实验班传热学双语教学模式研究与实践[J].化工高等教育，2023，〔5〕. [10]史波，单勇，张勃，等. 传热学双语教学的实践与思考[J]. 教育教学论坛，2023，〔30〕. [11]张吉军，曹龙奎，代洪庆，等.农业高校工程类专业课程多元化评价的实证研究——以黑龙江八一农垦大学工程学院工程类专业为例[J].高等农业教育，2023，〔6〕. [责任编辑  包玉红]