工程教育專業認證體系下的熱工基礎教學大綱及教學改革實踐

王剛，蘭向軍，馮志華，倪俊芳

（蘇州大學 機電工程學院，江蘇 蘇州）

熱工基礎是一門融合工程熱力學和傳熱學的基礎課程，在機械工程專業學生的學習中扮演了承前啟后的重要作用，該課程是高等數學和力學的延伸課程，并且為后續的機械結構課程設計奠定專業基礎，因此在本專業的教學中扮演了重要作用。隨著我國的高等教育加入《華盛頓體系》[1]，參加工程教育專業認證是每一個工科專業所向往的目標[2]，但參加該認證則對專業教育提出了更高的挑戰，即不僅需要在原有的基礎上進一步完善課程的大綱，還需要針對專業認證的要求，對本專業的教學提出新的改革方案并不斷反饋分析。

熱工基礎雖然融合了工程熱力學和傳熱學兩門課程，但是課程深度相對于這兩門單獨的課程較淺，然而為了適應新時代的教學要求，熱工基礎需要在較少的教學課時下具有較高的教學深度，這對于教師提出了新的挑戰[3-7]。熱工基礎包含熱力學第一定律、第二定律、 氣體做功等熱力學知識，同時包含了簡單的熱傳導等 知識，單純的數學公式這一看似枯燥的教學內容雖具有一定的教學意義，但是如何提高學生的學習興趣，并能利用最新的科學進展解決實際問題，則顯得尤為重要。本課程在教學中，逐步提出理論加仿真實踐的教學方法，及在理論公式的基礎上，采用有限元商用軟件（ANSYS-Workbench），建立生活中常見的實際問題，通過采用軟件仿真，分析求解實際模型，并進行優化，軟件中豐富的功能及鮮艷的云圖顯示形式，提高了學 生的學習積極性，為該課程的進一步深化改革指明了 方向。

一 針對工程教育專業認證的熱工基礎教學大綱設計及修訂

通過對工程教育專業認證的深入解讀，并結合本校機械工程專業的實際教學及畢業生工作情況，設計并制定了熱工基礎教學大綱。

（一）課程目標

針對熱工基礎在本專業的課程定位，該課程共設置四個課程目標，各目標內容及其同畢業要求的支撐關系見表1所示。

（二）課程目標與教學內容支撐關系

該門課程共計36課時，每周講授一次課，每次2課時，教學組織形式包括課堂教學、習題課、實驗、軟件仿真環節。由于《熱工基礎》這本課程較偏理論，學生學起來存在枯燥或反感等主觀情緒，且由于所學理論以公式為主，模型簡單、生活中不常見，因此所學的內容實際情況略有差異。為了提高學生的學習熱情并提高學習效果，本課程引進了基于有限元的軟件仿真環節，一方面通過軟件的應用，極大的提高了學生的學習積極性，并且貼近了實際科研或設計中所涉及的研究工具。本課程的教材選用童鈞耕、趙鎮南主編的《熱工基礎》。本課程的教學目標、教學內容以及教學組織形式的支撐關系見表2。

表1 熱工基礎課程目標及其與畢業要求對應關系

表2 課程目標、教學內容以及教學組織形式的支撐關系

（三）課程考核及成績評定

課程考核以考核學生對課程目標的達成為主要目的，以檢查學生對教學內容的掌握程度為重點。課程成績包括三個部分：平時成績、期中考試成績和期末考試成績。為提高學生的寫作及總計能力，本課程引入了課程論文撰寫環節，主要是利用所學熱工知識，系統性的分析生活中所見的某些現象，可以從理論公式分析，也可通過軟件仿真進行探究，其中需要查找學術文獻，借鑒寫作方式，最終總結歸納成一篇學術論文。這種學術論文的撰寫雖然沒達到發表到學術期刊的水平，但是在論文撰寫的過程中，需要不斷的查找學術文獻，分析所建立模型的合理性和可行性，并給出分析結構，該過程對于學生的研究、分析、探究具有重要意義，能綜合提高學生的整體學術素質和科研素養，為學生以后的學術深造或工作研究奠定良好的學術基礎，具有重要的實用意義。本課程成績的評定方式如下表3所示。

表3 《熱工基礎》成績評定方式

二 具有實際意義的教學改革及成效分析

本課程在傳統的教學方法中，主要是以教師講授理論、學生操作簡單實驗為主要授課手段，但是隨著科學技術手段的進步，發現學生在學習理論知識的同時，有更大的欲望想通過所學知識同生活結合或解決或分析生活中所遇見的規律現象，因此本課程引進了基于有限元（ANSYS-Workbench）的軟件仿真分析課時。并且由于熱工基礎是一門理論同實踐結合的課程，因此本課程的一個考核方式即撰寫學術小論文。

（一）基于有限元的軟件仿真課程改革

隨著科學技術的進步，有限元軟件的應用在學術研究或工程設計中扮演者越來越重要的作用，為緊貼時代步伐，并提高《熱工基礎》的學習熱情，本課程引入了基于有限元的軟件仿真課時，本環節一共4課時，分兩周授課，主要以講授有限元的初步理論以及基于有限元的傳熱學相關的應用案例。針對應用案例，最常用的兩個案例分別是冬天情況下房間同室外環境的熱傳遞仿真分析和倒入開水水杯的熱模型，這兩個模型將分別用到熱傳遞和熱輻射理論，對學生的知識掌握和分析工具的應用提供了手段，通過建立熱工基礎課程同生活間的關系，進一步提高了學生學習的積極性和成就感，從而為夯實的學生的理論基礎。

（二）圍繞《熱工基礎》同生活案例的學術論文 撰寫

通過分析近年來大學生的學業水平和他們的反饋情況，發現在大學生培養過程中普遍存在的一個嚴重問題：學術性文章、報告的撰寫能力嚴重不足。針對這一普遍現象，最好的解決方式及加強學生對學術性論文的

撰寫要求及強度，通過多寫、多總結來逐步提高學生的歸納總結能力。本課程作為該改革方向的一個探路課程，率先引入課程論文撰寫環節，從熱工角度分析生活或工作中所遇到的物理現象及規律，并將其以學術論文的形式展現出來。該學術論文撰寫的過程將逐步提高學生對問題的分析、歸納、總結能力，為學生后期的學術深造或工作研究奠定良好的學術素養基礎。

三 總結

《熱工基礎》課程作為機械類學生的一門理論基礎課程，對學生整體課程學習具有承上啟下的重要作用，并且該課程對理論及實踐的結合性較強，因此如何提高學生對該課程的學習掌握程度對學生整體課程的學習具有重要意義。本文給出了針對本校實際情況的教學大綱，并提出了具有實際意義是兩項改革措施。根據近兩年的課程講授，發現這兩項改革舉措能提高學生的整體水平，具有較高的改革意義，并且這兩項改革措施對其它課程的改革具有借鑒意義。