王有镗 何芳 郑斌 李成宇 孙鹏

[摘 要] 工程热力学是能源与动力学科的一门专业基础课，合理利用能源以及创新能力是未来能动领域从业人员应具备的重要素质。本文首先总结了技术领域常用的创新理论，而后将相关方法具体化融合到教学团队建设、教学内容强化、教学条件优化和教学方法改进过程中，以此探索建立一种提高大学生创新能力的教学模式。

[关键词] 工程热力学;创新方法;教学模式;创新项目

工程热力学是能源与动力工程专业的一门重要专业基础课，其教学与研究的主要对象是热能与其他形式能之间的转换关系、转换规律及应用。近年来，为提高教学质量并紧跟理论、方法和装备更新的步伐，一线教师已经针对该课程进行了大量的改革实践，已经在教学方法[1]、内容[2]、手段[3]以及课程体系[4]方面取得了明显的成效。

一、创新理论

1.发明问题解决理论（TRIZ）。该方法于1946年由苏联专家阿奇舒勒提出，该方法表明技术系统的开发创新是有规律可循的。TRIZ基于物理矛盾和四大分离原理，采用物—场模型分析方法，提供了具有普遍意义的40条发明原理，给出了发明问题的76种标准解法。近年来，TRIZ理论被各国所接受，基于该理论的创新系统方法不断被推广[5]。

2.形态分析法。这是一种系统搜索和程式化求解的创新方法，该方法以建立形态学矩阵为基础，通过对创造对象进行因素分解，找出因素可能的全部技术手段，再通过形态学矩阵进行方案设计，得到多种可行方案，从中选择最佳方案。

3.奥斯本检核表法。根据研究对象特点提出问题，形成检核表，逐一讨论。检核表涉及9个方面，能否改变、能否借用、能否他用、能否扩大、能否缩小、能否替代、能否调整、能否颠倒和能否组合。该方法以直观方法激发思维，在产品开发方面比较适用，被誉为“创造技法之母”。

4.和田十二法。这是在认识一个系统时可以考虑能否从12个方面提出改进并加以解决的思维方法，由我国学者许立言和张福奎提出。十二法为加、减、扩、缩、变、改、联、学、代、搬、反和定，按顺序对研究对象进行思考，就能从中得到启发，产生创造性设想。

以上创新方法对于本课程、对于培养大学生创新思维而言，具有一定的操作性，可在具体教学环节灵活应用。

二、创新方法在教学环节的应用

（一）教学团队建设

1.团队成员定期进行创新方法理论学习，共同探讨理论与创新实践结合的方法，分析授课对象知识体系，结合已有教学经验，开发新型教学模式。

2.增强团队协作意识，共享教学成果。团队成员相互交流在课程改革项目中取得的成果，对于成熟的虚拟实验平台、信息化的教学活动、典型的创新案例以及科学的考核评价体系，可进行应用推广。

3.积极联系校外相关企业的工程师或管理人员，主动聘请其作为创新导师，每年至少邀请一位企业创新导师进行专题讲座，形成创新型教学团队。

（二）教学内容强化

1.创新意识的渗透。创新意识是创新能力的前提和必要条件，只有具有强烈的创新意识，才能产生创新动机，从而达到培养创新能力的目的。工程热力学教学主要是使学生掌握并运用工程热力学理论知识解决工程实际问题，如在讲授制冷循环知识点时，向学生讲解压缩空气制冷循环的基本原理和四大基本部件，引导学生思考将工质空气换成低沸点制冷剂，将降压设备膨胀机换成节流阀，则得到压缩蒸汽制冷循环;在压缩蒸汽制冷循环的基础上，引导学生进一步思考将增压设备压缩机换成高压发生器、低压发生器和节流阀，引入吸收式制冷循环。这样，可在教学过程中激发学生创新意识，提高学生的学习兴趣。

2.创新案例库的建设。与课程知识点相结合的创新应用案例，对于增强学生的理论认知程度和创新能力培养具有重要意义。案例库建设主要包括知识点筛选、案例选取、案例呈现、案例分析等四个环节。首先，知识点筛选主要针对可在实践中直接应用的定律、公式、理论，如热力学第一定律、第二定律、理想气体状态方程、卡诺定理、朗肯循环、帕尔帖效应等，以此为基础选取创新应用的案例。

（三）教学条件优化

1.教学实验环节的优化。实验教学是发现和验证知识的教学方法，是培养创新能力的重要阵地，目前我校工程热力学实验教学主要为验证性和综合设计性两种类型，整合重复性实验，适当降低验证性实验的数量，增加综合设计性实验，鼓励学生利用实验室已有设备，通过查阅相关资料，自行设计实验方案。

2.网络教学平台的应用。网络教学平台中新设两个创新模块，其一为作品展示，专门展示国家级大学生创新竞赛中的获奖作品;其二为创新训练，教师通过定期介绍能量转换与开发理论，让学生提出创新应用方法，将理论应用于日常生活或工业生产领域，并将其思路以图和文字的形式在该模块中展示。

（四）教学方法改进

1.直观教学方法的尝试。目前的“传递—接受”教学模式担负不了高素质创新人才培养的重担，项目拟在课堂授课过程中加入实体模型展示环节。展示模型的来源主要包括前期创新项目的作品以及购置原材料进行自制。如在讲授制冷原理知识点时，可利用前期项目组所指导的大学生创新作品“新型半导体制冷车载冰箱”展示热电制冷原理;在讲授气体动力循环时，可利用创新训练作品“小型斯特林发动机太阳能发电充电装置”，展示外燃机的工作循环过程;在讲授湿空气性质时，可通过自制干湿球温度计让学生观察干湿球温度的差异;在讲授水蒸气的定压汽化过程时，可通过自制蒸汽定压发生器让学生直观理解状态参数的变化。以此来提高学生的学习兴趣，并激发其创新的热情。

2.创新项目驱动式教学方法的探索。通过网络教学平台中创新训练模块的引导，让学生成立创新小组，集思广益地将能源利用方法、节能原理应用到实践中去，同时锻炼学生的团队协作和图文表达能力，指导学生修改完善创新方案，最终可将创新立意较好的作品申报“国家级大学生创新计划项目”。

3.考核方案中体现创新能力的评价。改革现有考核模式，将创新方法的训练纳入最终评价体系。原有课程评价体系为期末成绩70%，实验成绩15%，平时表现15%;在进行创新化课程改革后可改为期末成绩60%，实验成绩（包含虚拟设计）15%，创新训练15%，平时表现10%，体现出对学生创新能力的考察。

三、结语

工程熱力学涉及能源、化工和冶金等学科，是在能源转换与利用领域中进一步创新的基础课程。将创新方法引入各个教学环节，不仅让抽象、枯燥的原理知识变得更加具体、生动，还让学生潜移默化地学习技术创新规律，培养他们的创新思维。

参考文献

[1]许伟伟，黄善波，张克舫.工程热力学形象化教学方法探讨与实践[J].实验室研究与探索，2018（5）：191-194.

[2]常金秋.工程热力学课程教学探讨[J].高等建筑教育，2018（2）：61-63.

[3]尤彦彦，刘永启.“工程热力学”课程改革的探索与实践[J].中国电力教育，2014（3）：80-82.

[4]陈贵堂，张忠进.外界分析法的理论意义及实用价值[J]吉林工业大学学报，1993（70）：37-43.

[5]李梅芳，赵永翔.TRIZ创新思维与方法：理论及应用[M].北京：机械工业出版社，2016.