大学本科机械类热工基础课程建设与教学改革思考

摘  要 分析热工基础课程教学过程中存在的问题，提出热工基础课程建设与教学改革的相应措施，以期为热工基础课程教学改革提供参考和借鉴。

关键词 机械大类专业;热工基础;课程建设;教学改革;翻转课堂

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）19-0097-03

1 前言

热工基础是本科院校机械大类专业（机械工程、机械电子工程、材料成型及控制工程等）开设的一门专业必修课程[1]。本课程主要研究热能和其他能量相互转换以及能源有效合理利用的基本规律，使学生掌握热力学和传热学的基本规律，并能正确运用这些规律进行各种热现象、热力过程、热力循环和传热特性的分析，为培养学生的工程实践和创新能力打好坚实的热力学和传热学基础，在机械大类专业中占有重要地位。但是，该门课程内容晦涩，理论性强，逻辑要求较高，在授课过程中发现一些问题，在此作思考并对课程教改与建设提出一些建议。

2 热工基础课程教学过程中存在的问题

教学大纲设置  热工基础研究热能转化为机械能的规律、方法以及提高转化效率和热能利用经济性的途径，并探究结构传热特性。本课程以能量传递、转移过程中数量守恒和质量蜕变为主线，阐述工程热力学的基本概念、基本定律，气体及蒸汽的热力性质，各种热力过程和循环的分析计算等内容，根据热力学基础，阐述传热相关知识，掌握传热特性和规律。通过相关理论讲授，使学生理解热力学和传热学相关基础知识和理论，掌握工质的性质及不同热力过程（包括循环过程）的能量变化特征，培养学生运用抽象简化的方法，从纷繁复杂的工程问题中抽出热力学和传热学问题本质，进而解决问题。

热工基础的开课学期为本科第五学期，一般设置36学时的理论教学，知识点多、理论性强、概念晦涩，涉及大量的理论公式推导和工程应用参数查表，要在较短的课时内上完该课程所有内容，节奏较为仓促，因此选择重要、核心的章节进行讲授。同时，由于该课程理论性极强，上课过程较为枯燥，没有实物参考，因此，对于基础薄弱、注意力不容易集中的学生，学习效率欠佳，导致教学效果不理想。

师资及教学方式  担任该门课程授课的教师师资较为雄厚，任课教师均为具有博士学位或高级职称的教师，但是一些年轻教师缺乏教学经验。在教学方式上，目前所运用到的教学方式较为单一，主要是运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习等方法，因此，学生学习积极性不高，课堂主动学习能力较差。基于本门课程概念多且抽象，公式多且应用条件复杂，内容多且分散，又具有极强的应用性的特点，纯理论授课方式教学效果较为一般。

评价方式  目前，本门课程的评价方式主要为平时出勤、作业及理论考核相结合的形式。课程总评成绩包括三部分：出勤、课堂表现及平时作业（20%）;期中理论考核成绩（20%）;期末理论考核成绩（60%）。其中，出勤、平时作业与课堂表现的评价主要是根据学生提交的练习完成情况评分、作业质量以及全部作业成绩与课堂问答、课堂出勤率等情况。总体而言，评价方式较为单一，过程考核比例较小。

教學效果  当前，热工基础的教学与实际生产生活距离较远，导致学生无法将所学知识与实践相联系，无法活学活用，最终导致纸上谈兵的效果。因此，除了习题及考试之外，还应该有更加多样的教学形式与教学效果评价方式，以期将理论知识与实践相联系，提高学生的应用能力，最终提高本课程的教学质量。

3 热工基础课程建设与教学改革的相应措施

教学大纲最优化  热工基础课程内容繁杂，理论艰深，如果课时较少，授课时间仓促，难免会导致学生无法充分理解本课程的内容。因此，建议课时数至少为36学时，48学时则更为恰当。同时，本课程应当根据课后作业和相关习题内容安排适当的作业、习题讲评课，以提高学生对知识的综合、灵活运用能力。

热工基础课程教学中应侧重对知识点背景和应用的介绍，降低对于部分不常用概念和公式推导的要求[2]。如热力学第一定律能量方程及第二定律中熵流、熵产、熵方程等计算公式较多，应用条件复杂，较难掌握，在教学中应当对基本概念和基本定律进行重点讲解，将抽象问题具体化，让学生重点掌握热力学第一定律解析式、卡诺定理、迈耶公式等公式的推导过程，初步掌握从概念出发推导定理的能力，不仅有助于培养学生对关键公式和定理的掌握能力，也能够增强学生的逻辑思维能力。此外，应系统整理与总结衍生公式的应用条件，帮助学生记忆和应用纷繁复杂的公式，从而提升学习效率。

针对机械大类专业的特点和培养目标，针对压气机、活塞式内燃机等工程问题实例，应让学生掌握提高热力设备和系统能量利用的经济性的基本原则和途径，这在理论学习和生产实践中均具有重要意义。对于热力学三定律的学习，引导学生自己运用热力学第一定律、第二定律及相关原理知识对生活和生产中的热力循环过程进行分析，提出能够提高热力循环效率的方法，做到理论与实际相结合，从而加深对课程内容的理解。

除了课程基本内容的学习之外，应着力培养学生的逻辑思维能力，发现、分析和解决问题的能力，创新思维和创造能力，特别是运用热力学和传热学基本定律和理论进行演绎、推论，解决实际工程问题的能力，使学生能够将理论与实践紧密联系，并形成解决实际问题的能力。

教学方法多样化  在教学方法上，应综合运用案例引入、课堂讲授和演示、小组讨论与汇报、分组练习、实际操作等方法。通过引入问题和生活中的案例，使理论知识变得生动形象，使学生更加明确教学内容与教学目标。强调以学生为中心，通过翻转课堂，使更多的学生加入课堂讨论中，从而引导学生主动学习，激发学生的学习动机，提高学生上课的积极性。在目前教学条件的基础上，更多地结合生产和生活中的实例，让学生带着兴趣和目标学习，强化所学知识，增加对知识及原理的理解，提高对理论的运用能力，培养学生解决实际问题的能力。

在实际执行授课的过程中，课程设计的每一个教学环节都应具有明确的目的性[3]，并根据教学目的制定不同的教学方法。在授课过程中，教学方法需要根据教学过程中的实际效果进行适当调整。如教学效果一般、学生对所授知识点难以理解时，可采用讲授法、演示法相结合的方式。由于图表具有形象、生动、直观的优点，无论是在教学还是工程实践中，利用各类热力图表可以帮助学生理解所学内容;若有多媒体内容的辅助，将取得更加良好的效果。

例如，在讲授热力学第一定律和热力学第二定律的时候，一个典型的例子是当前在抖音、微博等自媒体账号中大量存在号称可以实现的“永动机”，可以在课堂中适当引入这样的典型实例，让学生利用所学知识对其荒谬性进行分析和批判。当学生对知识点掌握程度较好时，可以增加教学内容的难度，适度拓展，设置具体应用问题，引导学生探索解决方案，增加小组讨论与汇报，提高学生课堂参与度。同时，在讲授新的教学内容时，引导学生前后联系，结合已学的难点内容进行讨论，从而不断强化、复习知识点，更好地掌握知识。

此外，根据课程内容布置与实践紧密相关的开放性大作业，对于学生所学知识的综合运用与实践应用能力的提高具有重要作用。例如，让学生观察实际生活中的热力学过程，对该过程进行建模、分析，并提出提高该过程热效率的方法。这样的大作业是对学生综合能力的一个极大的挑战，不仅需要有优秀的观察能力、抽象能力、逻辑思维能力，还需要对所学知识充分了解，对前后知识点融会贯通，并能够用于分析实际问题。经过两年的实验，有约30%的学生能够发现日常生活中的热力学过程，并对其进行精确分析，如自行车打气、冰箱制冷、冬天空调制热等，取得良好的效果。

评价方式多元化  目前的评价方式为结合了平时成绩（20%）、期中考核成绩（20%）和期末考核成绩（60%）的综合加权，建议改革为综合评价和过程评价相结合的评价方式，增加过程考核，如完成开放性大作业（20%）、班级分组汇报演示（10%）等，从而使得评价方式多元化。开放性大作业、分组汇报演示等形式对于学生对该课程的掌握比习题和考试更具有促进作用。另外，这种形式可以提升平时分数占比，减少期末考试分数比例，取消一考定终身的现象，降低学生临时抱佛脚的概率，减轻学生期末考试负担，从而使学生把学习精力与学习激情平均到整学期的学习中。同时，通过多种教学手段与评价方式的结合，以期提高学生的学习质量。

教学效果实际化  当前，对于教学效果的评价基本上是通过期末成绩分析、教师打分等形式开展。期末考试成绩分析具有重要的作用，但是所能反映的问题仅仅局限于学生考试情况，并不能真正体现教学效果;而学生对教师上课情况进行打分的形式主要反映教师的教学能力，以及学生对教师的喜好程度，也并不能完全体现本课程的教学效果。因此，有必要对热工基础课程教学效果的评估方式进行修正，以学生的实际应用能力为导向，修正课程教学过程中存在的偏差。上文提到的开放性大作业与实际生产生活具有紧密的联系，因此可提高其所占分值，以提升其重要性。此外，可设计若干热工基础相关的实验课，让学生在实验中实践所学知识，并对其进行精准评价，可望取得较好的效果。

4 总结

作为本科院校机械大类专业学生的专业必修课程，热工基础课程的教学改革对培养机械大类专业学生的创新思维和逻辑思维能力及发现问题、分析问题和解决问题的能力，解决实际工程问题的能力和创造能力等意义重大。教师也要多思考与学习，多与学生交流，寻求教学方法的改进与优化，推进教学改革，为促进高等教育发展作出自己的贡献。

参考文献

[1]王成，来永斌，伍广.新工科背景下过程装备与控制工程专业的《热工基础》课程教学改革与探索[J].科技视界，2019（12）：109-110.

[2]王崧全，李達汉.浅谈本科院校《热工基础》课程的改革[J].教育教学论坛，2019（13）：103-104.

[3]蒋会明，孙首群.大学本科机械类“热工基础”课程教学改革探讨[J].科教导刊，2019（2）：126-127.

作者：杨浩，苏州大学，副教授，博士，主要从事微纳机器人方面的研究（215000）。