“卓越計劃”創新模式的工程熱力學課程教學改革與實踐

張宏遠　陳克　岳峰麗　吳凈

[摘 要]以教育部卓越工程師教育培訓計劃為平臺，以培養學生創新能力和工程實踐能力為目標，從教學內容、教學方法和教學手段幾個方面對能源與動力工程專業工程熱力學課程教學方法進行了改革。實踐證明，教學改革提高了學生學習的興趣，有效培養了學生的專業知識、創新能力、工程意識和科研素質，并為相關專業的卓越計劃的實施提供了有益的借鑒。

[關鍵詞]卓越計劃；創新；工程熱力學；教學改革

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）07-0155-02

卓越工程師教育培訓計劃是教育部于2010年開始實施的高等工程教育改革措施，是貫徹《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的一項重要改革項目。[1]“十二五”期間國家實施“本科教學工程”，已將大學生創新創業訓練作為主要建設內容，大學生創新創業訓練計劃（以下簡稱“大創計劃”）包括創新訓練項目、創業訓練項目和創業實踐項目三類。該計劃具有綜合性、自主性、創新性、實踐性等特點，能夠激發學生學習興趣，促進學生自主學習，并帶動課程內容、教學方式方法的改革和創新。實施大學生創新創業訓練計劃是創新人才培養模式的重要途徑，是培養大學生創新意識和能力的有效手段，是提高人才培養質量的務實舉措。[2]

沈陽理工大學于2011年9月正式入選教育部第二批國家卓越工程師教育培訓計劃實施高校，能源與動力工程專業正式列入沈陽理工大學卓越工程師培訓計劃和創新創業計劃專業。工程熱力學課程作為能源與動力工程專業的一門重要專業基礎課，是能源與動力工程專業的必修主干課。工程熱力學是研究熱能有效利用以及熱能與其已能量轉換規律的科學。本課程不僅為學生學習有關內燃機方面的專業課程提供必要的基礎理論知識，也為從事相關專業技術工作和科學研究工作提供重要的理論基礎。通過學習本課程，學生應掌握熱力學的基本規律，并能正確運用這些規律進行熱工過程和熱力循環分析。本課程同時還能培養學生的科學抽象、邏輯思維能力。工程熱力學是能源與動力工程專業學生首先接觸的專業課程，其課程概念復雜抽象，公式適用的范圍不一，內容繁多且聯系工程實際廣泛，這些都給學生學習該門課程來帶困難。目前，從對工程熱力學課程的教學反來看，教師不好教，學生不容易理解。隨著國家和學校對卓越工程師教育培訓計劃的實施，從專業培養目標和定位上也對課程教學提出了新的要求?？紤]到以上因素，我們對工程熱力學課程從以下幾方面進行了改革。

一、教學內容改革

（一）確立實踐創新型教學目標

工程熱力學課堂的教學重點在“工程”，在以往的教學目標設計中，都是重理論輕實踐，大量的學時都用在了公式的推導和計算中，對學生的工程實踐能力和創新能力培養不夠。在卓越工程師教育培訓計劃和創新創業訓練計劃的指導下，將每一章的教學目標分解為基本目標和重點目標。基本目標是在課堂上通過講解使所有學生都能理解接受的基本知識、基本理論和基本應用。重點目標是通過課下組織的工程實踐活動和創新創業小組，將課堂所學的知識應用到工程實踐和創新中去，以培養學生的工程實踐能力和創新能力。

（二）強化專業方向，優化課程內容

2012年教育部在新版高校本科專業目錄中，調整熱能與動力工程為能源與動力工程。能源與動力工程致力于傳統能源的利用及新能源的開發利用，專業方向包括熱能動力及控制工程方向、熱力發動機及汽車工程方向、制冷低溫工程與流體機械方向和水利水電動力工程方向等。沈陽理工大學能源與動力工程專業為車用內燃機方向，在有限的學時下，在保證學科基本理論體系系統性和完整性的前提下，優化課程內容，強化專業所需內容。例如，基本理論方面，重點講解理想氣體的性質和熱力過程；基本理論的應用方面，詳細講解活塞式內燃機的循環，并對燃氣輪機裝置循環、蒸汽動力循環和制冷循環做介紹。

（三）注重理論聯系實際

在教學過程中，注重將實際生活中與熱力學相關的問題引入到課程中，通過課程所學的知識來解釋發生在身邊的事和物。在講解的過程中讓學生明白，通過工程熱力學課程所學的知識可以解決本專業所涉及的實際專業問題，提高學生對課程重要性的認識。

二、教學方法改革

（一）啟發式+對比式教學

啟發式教學是指教師在教學過程中根據教學任務和學習的客觀規律，從學生的實際出發，采用多種方式，以啟發學生的思維為核心，調動學生學習的主動性和積極性，促使他們學習的一種教學指導思想。啟發式教學的關鍵在于設置問題情境。在講解熱力學第一定律基本能量方程式時，我們分別以門窗關閉房間內的空調和冰箱為例，啟發學生利用基本能量方程式來解決判斷實際問題；以人吃飯、工作和變胖（瘦）與基本能量方程式做對比分析，加深學生對該方程的理解。

（二）注意工程實踐和創新意識的建立和培養

為了培養學生的創新能力，構建理論教學和實踐環節相結合的創新創業教育培養體系，在課程教學中引導學生用工程熱力學知識來解釋生活中的現象，引導學生進行獨立思考，培養學生獨立思考和解決問題的能力，注重學生工程實踐和創新意識的培養。

（三）積極開展課外創新訓練

鼓勵學生開展創新訓練小組，讓學生通過所學到的工程熱力學的知識，自己完成創新設計作品，或者根據教師給定的方向，申請校級及以上級別的大學生創新創業訓練計劃項目，培養學生的創新能力。在實踐環節上，結合挑戰杯、汽車創新設計大賽、機械創新設計大賽、大學生創業創新訓練等，鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，鼓勵學生采用發散性思維來思考問題。

三、教學手段改革

（一）多媒體教學

在傳統板書教學的基礎上，將多媒體技術引入教學中。多媒體技術實現了文字、圖片和動畫等信息的融合，使教學內容能更加生動地展示給學生，以增加學生的學習興趣。

（二）虛擬仿真演示平臺

在多媒體教學的基礎上制作了工程熱力學虛擬仿真演示平臺來輔助教學。例如，在講解熱能和機械能相互轉換過程時，先用虛擬仿真演示平臺以動畫的方式演示內燃機、燃氣輪機、蒸汽動力裝置、壓氣機和壓縮制冷裝置的工作原理，然后再分析其熱能轉化為機械能的過程，以提高學生的注意力，激發學生的興趣。在虛擬仿真演示平臺上還集成了常用的工質的熱力學參數和熱力性質表、濕空氣的焓濕圖、水蒸氣的焓熵圖等，并能夠實現常用工質的熱力學參數的快速查詢。

（三）網絡教學

課堂教學迫使學生在有限的時間內接受大量的教學信息，部分學生因各人能力的原因不能夠充分消化所學內容。網絡教學提供了多種方式進行師生互動，能提高學生學習的積極性。從網絡平臺可以下載教學課件、參考書、習題庫等資料，學生可以利用課余時間學習；在線測試等相關功能可讓教師及時了學生學習的掌握程度，提高學生成績。

搭建課程的網絡教學實施平臺，將課程每一章的教學目標、知識內容、學習指南、案例、練習、拓展學習和在線測試等諸多教學要求固化在網絡教學實施平臺中，為教師提供教學助手和工具，給學生提供探究平臺，變封閉式課堂為開放式課堂，引入外部教學能量和教學資源。

（四）建立并及時更新課程的資料庫

工程熱力學課程是一門實踐性比較強的課程，其中的很多理論目前都已經用于實際產品。因此在一些課程內容中可引入一些實際應用例子進行介紹，以加深學生對知識的理解。同時，課后也要以布置學生收集工程力學應用的新技術，分析其所應用的理論，提交報告，并將其作為成績考核的一部分，以這樣的方式來激發學生的學習興趣，提高學生自主學習的能力和理論聯系實際的能力。

四、課程改革實踐效果

（一）學習成績

改革后學生對基本概念和基本理論的理解較好，特別是對實際應用計算題解答比改革前有大幅度改善。

（二）創新能力

學生參加挑戰杯、汽車創新設計大賽、機械創新設計大賽獲獎和獲批大學生創業創新訓練等項目的數量和等級都有所增加，并有多人發表論文，獲得專利。

五、結束語

工程熱力學是能源與動力工程專業的一門經典課程，為培養學生工程實踐能力和創新能力提供重要的基礎知識。結合教育部卓越工程師教育培訓計劃和創新創業訓練計劃，通過工程熱力學課程教學改革，提高了學生的工程實踐能力和創新能力。這不僅使能源與動力工程專業的學生受益，對于在新版教學計劃中新開設熱工基礎課程的車輛工程和裝甲車輛工程專業的學生也可以從中受益。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 林健.面向“卓越工程師”培養的課程體系和教學內容改革[J].高等工程教育研究，2011（5）：1-9.

[2] 匡德舜，陳禹娜，于旭蓉.大學生創新創業訓練計劃培養模式探究[J].中國教育技術裝備，2014（10）：132-134.

[3] 祝立萍，錢付平，陳光，黃志甲.工程熱力學課程教學改革與實踐[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2012（1）：116-117.

[4] 譚羽飛.運用遷移規律進行《工程熱力學》教學改革的實踐[J].黑龍江高教研究，2002（6）：61-62.

[5] 裘薇，朱群志，沈坤全，張莉. “工程熱力學”課程教學改革研究[J].中國電力教育，2012（21）：62-63.

[責任編輯：陳 明]