聚焦基础知识点的专业课程知识体系设计与实践——以制冷原理与技术课程为例

孔祥强，李 瑛，衣秋杰

(山东科技大学 机械电子工程学院，山东 青岛 266590)

大学教育能够帮助学生构建特定的专业认知模型，形成各个专业自身的思维方式、专业语言和行为方式，而建构主义学习理论和知识整合教学理论对此具有很好的指导作用。在此过程中，课程基础知识点作为知识传递的基本单元，是构成完整知识体系和架构的根本着力点，对知识点的凝练、理解和应用的深度与广度直接影响着“教”和“学”的效果。

王瑜等在传热学课程教学中引入了“五问反思报告”体系，促使学生主动思考如何运用课程知识点，有力培育了学生科技创新能力。陈世强等在地下通风与空气调节课程中通过沟通、点亮和突出共通的知识点，实现了知识点迭代和专业课程认知建构。朱林华等基于对高分子材料学课程知识点系统分析，建立了适用于情景教学模式知识点的典型素材库，实现了知识场景化。周越等认为知识点是课程内容体系和教学目标直接对应的一个命题，提出了一种从教学材料中提取知识点的操作程序，包括分类、约束、萃取、选择和延伸等5 个环节。杨东明等依托百科语料和远程监督思想，研究了知识点间的关系提取算法，用来构建层次分明、关系明确的课程知识体系，能够有效提升在线教育平台的教学效果。龚龑等从思辨教学、知识点过程化、知其所以然等方面，对知识点与科学精神的关联培养在工科课堂中进行了教学实践。王丽清提出了一种面向特定目标的知识点关联性量化分析和教学内容规划设计方法，能够实现知识点和目标的精准对应和完整覆盖，使内容快速适应目标的变化。戚桂美等以章节知识点为出发点，以核心目标设计和实现为中心，提出了专业课程关键知识点设计方法，保证了课程之间的有效衔接和整体性。

以上研究均以课程知识点为切入点，从不同的角度和层面对课程教学改革提出了一些具体思路并进行了实践，有力提升了教学质量。鉴于此，本文以制冷原理与技术课程为例，深入探讨以课程知识点为关键点和着力点的课程知识体系设计的途径与方法，充分体现概念清晰化、碎片网络化、知识前沿化、课程思政化、资源多元化的特点。

一、制冷原理与技术课程性质和目标

制冷原理与技术是能源与动力工程专业的必修课程，也是建筑环境与能源应用工程专业的基础课程。该课程与工程热力学、传热学、工程流体力学等专业基础知识紧密相关，同时又与工程实践密切联系。该课程有48 学时，其中理论授课44 学时、实验4 学时。课程教学内容主要包括制冷热力学基础、制冷方法、制冷剂、蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、制冷循环的热力学分析计算、制冷设备等。通过课程学习，学生应理解掌握制冷基础知识和主要理论，了解当前制冷行业和领域的发展状况与发展方向，具备先进的节能减排理念、创新精神和国际视野，为后续课程和从事制冷领域工作奠定坚实的基础。尤其是学生能够利用所学理论知识和技术手段识别、表达和分析制冷领域中的复杂工程技术问题，获得有效结论，并理解其局限性。同时，在对制冷循环、设备或系统进行设计时，具有采用新理论、新技术、新材料的创新意识。

该课程的前修基础课程、技术支撑课程和后续应用课程见表1。前修基础课程在传热性能、热力循环、节能经济性评价、流动特性等方面为制冷原理与技术课程内容奠定了基础。比如，制冷系统中蒸发、冷凝是传热学中典型的沸腾换热过程，蒸气喷射式制冷的核心部件喷嘴是流体力学的重要知识点，工程热力学中的热力学第一定律和第二定律是制冷系统热性能评价的根本依据。技术支撑课程主要体现在控制、测试、设备、性能提升技术等方面。后续应用课程及实践环节主要面向制冷、热泵、复合能量系统等技术应用领域。

表1 制冷原理与技术的前后衔接课程

二、制冷原理与技术课程教学存在问题分析

作为专业核心课程之一的制冷原理与技术课程，具有理论逻辑性强、实践应用性强、知识综合性强的特点。为了更好地完成课程目标，切实支撑相应的毕业要求指标点，需要着力解决以下一些问题。

1.学生对于基本概念的内涵和外延表述不清楚、理解不全面准确、应用能力不足。概念是思维的基本单位，也是学科知识的基础。概念不清晰会导致整个知识体系的基础不牢固，往往成为许多问题的根源。

2.课程知识点零散呈现碎片化，知识结构不能形成系统化和整体化。知识点的凝练和相互衔接关系是完成知识网络架构的基础，知识点的不连贯和不系统会直接影响学生的应用知识能力和拓展创新能力。

3.教材内容更新速度难以契合制冷技术的新发展，新理论、新技术、新产业、新应用的融入度较小。书本知识与当前学科发展最新水平、工程实际之间的偏差较大，间接导致学生课堂学习积极性降低。

4.课程思政教学资源不足，思政教育内容与课程专业知识深度融合不够。将思政教育有机融入专业教育教学全过程，是高校实现立德树人的重要途径。要高效发挥课堂主阵地作用，有赖于课程思政元素的深度挖掘并与时俱进。

三、聚焦基础知识点的课程知识体系设计

(一)制冷原理与技术课程知识点

根据课程教学大纲要求，基于学生现状、发展需求以及专业知识应用能力培养，全面分析凝练出30 个知识点，如图1 所示。可以看出，课程讲授内容总体分为5 大模块：绪论、制冷方法、蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、制冷设备。其中，绪论内容包括制冷的定义、研究内容、应用和发展历史等，制冷方法内容包括现有各种制冷方法的基本原理、结构组成和应用领域等，蒸气压缩式制冷内容包括理想/理论/实际压缩式制冷循环、两级压缩式制冷循环、复叠式制冷循环、CO跨临界制冷循环、制冷剂等，吸收式制冷内容包括溶液热力学基础、单效/双效/两级溴化锂吸收式制冷、氨吸收式制冷等，制冷设备内容包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流机构等。

图1 制冷原理与技术课程知识点汇总

各模块的授课学时和所含知识点数量见表2。从分配比例来看，蒸气压缩式制冷和吸收式制冷两个模块的授课共计33 学时，占总授课学时的75%，其间要讲授19 个知识点，这两个模块的内容是制冷原理与技术课程的核心知识内容。

表2 制冷原理与技术课程授课学时和知识点分配

课程模块的每个知识点在内容上具有相对的整体性和独立性，知识点之间又有着横纵向的紧密衔接。在教学设计环节，每个知识点内容都有相应的重点和难点。图2 为蒸气压缩式制冷模块的部分知识点的具体内容，其中符号“☆”代表讲授内容重点，符号“◎”代表讲授内容难点。

图2 蒸气压缩式制冷模块的部分知识点内容

如图2 所示，第12 个知识点“理想循环”是讲授内容重点，其中如何通过理想循环特性来指导并引出当前的节能技术是讲授难点。又如，理论循环是第13 个知识点“理论循环/实际循环”的讲授内容重点，其中的难点为压焓图(p-h 图)和循环特性热力计算。p-h 图在蒸气压缩式制冷模块中具有非常重要的作用，是进行循环性能分析、热力计算的基础。

(二)课程知识体系的教学内容设计

在制冷原理与技术课程的教学内容的编排设计环节，全过程、全方位聚焦课程知识点。从不同层面和角度深刻阐述基本概念和专业术语的来源、内涵、外延和工程应用，实现专业知识概念清晰化和知识理解应用精准性；同时，充分挖掘知识点之间的横纵向联系，形成具有目标引领、功能明确的知识点群，实现知识碎片网络化和知识体系培养连贯性；而且，注重将工程现实性和方向前瞻性的理论知识与技术应用融入到教学中，实现知识技术前沿化和知识综合应用实践性。

以知识点“制冷定义”为例。制冷的通常定义：用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低至环境温度以下，并保持这个温度。此定义描述字数虽然不多，但其内涵很丰富，在课堂上可以从5个方面予以清晰阐释。一是制冷研究的对象是热量，根据温度高低又可区分为热和冷两种表现形式，由此关联到前修课程的热量、传热方式、传热过程等概念；二是制冷与自然冷却的不同，涉及到热量传递方向、自发过程和非自发过程、能量补偿等知识，并可简要引出实际应用的电驱动制冷技术和热驱动制冷技术；三是制冷温度分类，适当引出制冷方法模块；四是采用循环的方式能够保持这个温度，引出制冷领域的热力循环；五是一定时间和一定空间的表述引出制冷能力，与课程后面的相应知识点衔接。

又如，在讲解制冷系数COP 的概念时，将其理论意义和当前的节能技术紧密联系，包括：国家提倡的公共建筑夏季室内空调温度设置不低于26℃，将地下水、海水、土壤作为高温热汇、热湿解耦技术等。在讲解多级蒸气压缩制冷循环和复叠式制冷循环时，深入分析两种循环之间的内在联系，形成知识点之间的衔接。在讲解两级吸收式制冷循环时，相对于单级吸收式循环，增加了1 个中间压力，从循环构造角度来看，这与两级蒸气压缩制冷循环是相似的，这种知识点之间的类比能够强化知识理解和应用创新。同时，结合知识点专题讲解制冷技术在能效提升、环保制冷和应用拓展方面的研究现状与发展趋势，介绍当前的制冷技术研究和应用热点问题，如空气取水、数据中心冷却、电动车热管理、太阳能制冷等。

图3 显示出课程全部30 个知识点的大体顺序关联。可以看出，各知识点之间均有直接或间接的相互关联，形成了一个有机的整体架构，也即课程知识体系。比如，绪论模块的2 个知识点贯穿所有模块中，制冷设备模块与蒸气压缩式制冷模块、吸收式制冷模块之间相互依托交融；知识点3(热力循环)紧密对接知识点12(理想循环)、知识点13(理论循环/实际循环)和知识点24(吸收式制冷概述)；知识点18 的制冷剂热物性是知识点16 和20 的热力计算基础和依据，也是知识点21 与22 的制冷循环设计和分析的基础。

图3 课程知识点之间的顺序关联

在教学内容设计环节，充分体现课程思政育人理念，发挥课堂主渠道在“三全育人”体系中的协同效应。基于课程知识点整合教学资源，深入挖掘思政元素，在课程教学过程中全面提升学生的综合素质和能力。比如，介绍我国能源动力类专业发展历史、动力工程及工程热物理学科和制冷领域的著名专家学者及主要贡献等；介绍北京2022 年冬奥会采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术，成为首次大规模使用二氧化碳制冷剂的奥运会，这些能够很好地激发学生的爱国主义情怀和民族自豪感，并使学生深刻理解创新是引领发展的第一动力内涵。基于国家重大战略需求和社会热点，结合学生的认知和兴趣点设定思政案例元素，如当前碳达峰碳中和背景下，制冷与新能源、储能、新材料之间的交叉融合理论研究和工程应用案例。

教学资源多元化是实现上述教学内容设计的有效途径和基本保证。充分学习、研究和利用各类教学资源，包括国内外教材和参考书、学术研究论文、在线教育平台、专业网站、工程设计手册、规范和标准等，将教学资源和课程知识体系有机衔接在一起。

四、结束语

聚焦课程知识点的教学内容和知识体系设计，能够使得课程知识点所承载的内容和功能更加丰富多元。教学实践表明，学生在掌握基本理论知识的同时，专业素养、科技素养、工程素养、信息素养、知识应用能力、创新思维、职业素养等都得到了有效培养和提升。基于此，制冷原理与技术课程被评为山东科技大学本科“精彩课堂”。本文提出的专业课程知识体系设计方法具有良好的实践可操作性，适用于工科类专业课程教学，能够更好地助力大学生素质教育发展。