少学时热工基础课程教学探索

2022-12-31河北农业大学机电工程学院李建平王鹏飞刘洪杰赵晓顺霍晓静梁杨

河北农机 2022年1期

河北农业大学机电工程学院李建平王鹏飞刘洪杰赵晓顺霍晓静梁杨

热力学或传热学作为机械类专业知识体系的学科基础知识，是21 世纪工科各类专业人才工程素质的重要组成部分[1]，将机械设计制造与自动化、车辆工程、工程装备与控制工程、机械电子工程、材料成型及控制工程等专业作为必修课程进行开设，设置48～64 学时。随着工程教育认证的推进，为满足工程教育认证的标准，热工基础课程正逐步进入各专业的课程体系[2]。我校机械类专业受专业总学分及总学时限制，开设了16 学时的《热工基础》课程，重点讲授热功转换、热能的有效利用和热量传递规律，培养学生的热工思维、解决机电产品中热工问题能力；在少学时情况下，为使学生更透彻地掌握课程知识点，基于超星学习通平台[3]开展热工基础课程的混合式教学探索，通过学生自学、慕课学习、讲授重难点，学生和教师联动，以解决如何在少学时条件下高质量地完成热工基础课程教学任务，以期达到树立节约能源、合理用能的观念和思辨方法。

1 教学内容调整与优化

《热工基础》作为一门理论性较强的专业课，具有授课内容丰富、知识面广、概念和公式多等特点，通过整理优化课程知识点，可便于理清学生自学和教师讲授的各自侧重点，加强学生自我学习的主观能动性，提升教师授课方式的灵活性和知识点聚焦性，达到较好的学习效果。在教学过程中将包含机械、车辆等各个研究方向最基本的原理作为公共模块，并作为所有学生的必学内容；根据各个不同专业的侧重点再进行专业模块化的教学[4]。

基于少课时的教学特点，选择高等教育出版社张学学主编的《热工基础》教材，根据机械类专业特点和培养目标对课程内容进行合理取舍，以内燃机的热功转换及工质换热为目标牵引，重点讲解热力学第一定律和第二定律、理想气体及蒸汽的热力性质与过程、活塞式内燃机循环，以及导热、对流换热、辐射换热的基本传热理论等。通过工程案例或生活案例将各章节知识点串联起来，保持课程内容学习的连续性和完整性，使学生明晰和掌握课程重难点。

对课程知识点进行专业针对性的分类与精简，根据专业特点、目标要求、重点难点，将知识点按层次划分为掌握型、理解型和了解型[5]。通过讲解绪论内容，使学生明确课程的性质、任务及重要性，宏观了解课程整体内容、章节间的关联关系，课程内容与前续和后续课程知识点间学习的关系，介绍课程特点及其学习方法。通过对热力学第一定律的讲解，使学生能够运用热力学第一定律分析闭口和开口系统的热能——机械能转换过程，对内燃机循环等基本动力循环掌握循环热效率及循环功量的计算分析方法[6]。

通过分析理想气体的定容、定压、定温、定熵、多变的基本热力过程，将热力学能、焓、膨胀功、技术功、比热容、热力学第一定律等知识点串联成知识链；将热力循环的正向循环、卡诺循环等基本理论与活塞式内燃机循环相关联，逆向循环与空气压缩式制冷循环相关联；利用两平行平壁的传热过程将热传导、热对流、热辐射的传热方式关联起来，使各章节知识点有机融合在一起，形成一条明晰的知识点链条，以便于学生对知识点的掌握和复习。

2 教学方式改革与实践

作为应用型本科院校，在本科培养时注重对学生实践应用能力的培养，教学内容依据机械、车辆等机械类专业人才培养目标和行业就业知识需求进行取舍，有针对性地进行合理的删减。工程热力学从热能如何高效转化为机械能角度考虑，掌握热力学第一定律、热力学第二定律，讲解理想气体的性质及热力过程，分析以理想气体为工质的活塞式内燃机循环的理论基础；传热学从热能的传递方式考虑，讲授热阻、传热的三种基本方式、对流换热的牛顿冷却公式、导热的傅里叶定律及黑体辐射的四次方定律[7]。

2.1 板书、多媒体授课与超星学习通自学相结合

采用板书讲解表达出课程的精髓和框架，对热力过程等课程内容理论性强、抽象知识点进行讲解；采用多媒体教学，以图片、视频、动画等形式将卡诺循环等难于理解的课程内容形象生动地表达出来；通过超星学习通平台将课程的电子教材、习题集、课后作业等教学资源发布，以限时完成知识学习和章节作业，达到及时巩固课堂的目的；利用学习通的签到、抢答、分组讨论、随堂测试、在线直播、问卷调查等功能，单间交流互动平台，促进学生与教师、学生与学生间的讨论交流与沟通互助，进而提高学习效率。

2.2 改变传统灌输式教学模式，采用启发式和互动式授课模式

对于非热能工程专业的学生，在讲授热工基础课程内容时，教学内容中要注重热力学基本定律、常见工质的基本热力过程及工程应用、热量传递基本理论和规律的教学[8]，对一些较为繁琐复杂的推导可以略讲或不讲，以学生为中心，鼓励学生主动参与课堂，结合日常生活及专业方向加强工程实际应用的例题，培养学生的自主学习能力和逻辑思维能力。

2.3 以学生为中心，聚焦学生应该学会什么

从专业基础课开始培养学生的学习思维方法和工程意识，发挥时间和空间的灵活性，整合慕课、翻转课堂、移动学习等各种学习模式，加强学生作为主体参与教学活动的积极性，以获得满意的学生学习满意度和学业成功率。

2.4 加强课下习题练习，以训练反馈知识点掌握情况

教学内容根据章节内容衔接和学生的接受程度，依据循序渐进的原则进行知识讲解；在授课过程中，在突出基本理论、基本原理和基本方法的基础上，以章节思考题和习题为导向，掌握应用知识点解决工程应用问题；在每次课程结束后，结合课堂内容及章节重难点知识，选择相应的习题供学生练习训练。通过学生自主讲述练习题，锻炼学生的知识学习能力、沟通表达能力以及运用理论知识解决实际问题的能力，启发学生学——懂——用的思维。

2.5 与专业发展相融合，提升授课内容系统性

随着新能源技术在机电产品中的应用越来越广泛，在课程内容讲授时穿插新能源发电、氢能利用等相关知识；在专业前期实习阶段，要加深对机加工设备等各种热动力机械认识，鼓励同学通过互联网等技术提前了解或熟悉四冲程内燃机的工作过程；在教学过程中要把工程热力学、传热学、流体力学等内容相结合，形成少学时热工基础课程的系统教学内容；根据专业方向学习重点不同，授课老师需对各学科专业有基本了解，找到热学基本理论与学生专业知识的有机契合点[9]。

3 考核方法变革

课程考核以全过程、全方位评价为依据，对学生的作业、笔记、课堂互动等整个学习过程和能力进行量化指标评价，减少人为因素，避免一张试卷定“终身”[10]。通过课程考核全面评价学生的基础理论掌握情况、分析解决问题的能力、思维能力与创造能力，综合评定学生学习过程中的学习态度、探究精神、创新意识和学习能力[11]。

热工基础课程的考核评价主要包括平时过程评价和期末考试评价两部分，其中期末考试评价占70%；而平时过程评价包括作业、课堂互动、慕课学习、课堂签到等，考核主要通过超星学习通平台的成绩管理模块，根据课前设定好的模块权重值进行自动统计，从而加强了对平时学习的考核，避免了学生期末突击式应试的习惯。

为适应专业认证要求，可通过计算课程目标的达成度来评价对于每个目标要求的满足情况[12]，得出学生对于知识点的掌握情况，进而把考核结果反馈于教学环节，实现不断改进教学手段、达到提高教学质量的目的。