大學(xué)本科機(jī)械類“熱工基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探討

蔣會(huì)明　孫首群

摘 要 《熱工基礎(chǔ)》是上海理工大學(xué)機(jī)械類本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程以研究熱能的有效利用及轉(zhuǎn)換與傳遞規(guī)律為其基本內(nèi)容，在機(jī)械學(xué)科人才培養(yǎng)中具有重要地位。課程的學(xué)習(xí)以大學(xué)物理課程為基礎(chǔ)，將其中的熱學(xué)和力學(xué)部分向工程領(lǐng)域進(jìn)行延伸，主要內(nèi)容包含工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分。本文就助教我校機(jī)械類“熱工基礎(chǔ)”課程中所發(fā)現(xiàn)的一些現(xiàn)象和問題進(jìn)行探討和分析，旨在為課程的改進(jìn)和提升提出相應(yīng)的建議，為學(xué)生更好地學(xué)習(xí)本課程提供有效的方法。

關(guān)鍵詞 熱工基礎(chǔ) 本科機(jī)械類 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.02.054

Abstract "Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer" is an important professional course for mechanical undergraduates of University of Shanghai for Science and Technology. This course is based on the study of the effective utilization and transfer of heat energy， and plays an important role in the training of mechanical students. The course is based on the university physics course， which extends the thermodynamics and mechanics to the field of engineering. The main contents include engineering thermodynamics and heat transfer. This paper discusses and analyzes some phenomena and problems found in the course of "Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer" of mechanical engineering in our college， aiming to put forward corresponding suggestions for the improvement and promotion of the course， and to provide effective methods for students to study this course better.

Keywords Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer； Mechanical Undergraduates； teaching reform

“熱工基礎(chǔ)”課程以研究熱能的有效利用及轉(zhuǎn)換與傳遞規(guī)律為其基本內(nèi)容，在機(jī)械類本科生人才培養(yǎng)中具有重要地位。[1]課程內(nèi)容包含工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分，其中工程熱力學(xué)篇主要研究熱能與其他形式能量（特別是機(jī)械能）之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系、轉(zhuǎn)換規(guī)律及其應(yīng)用；傳熱學(xué)篇主要研究熱量傳遞的基本方式及其傳遞過程。[2]隨著現(xiàn)代化程度的不斷提升和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，熱相關(guān)科學(xué)技術(shù)已經(jīng)深入關(guān)乎國(guó)家建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域如航空航天、冶金、電子工程等。同時(shí)，我校的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)于2017年 10 月通過了工程認(rèn)證專家組的現(xiàn)場(chǎng)考察，結(jié)合工程認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，提高熱工基礎(chǔ)等專業(yè)課程的教學(xué)要求勢(shì)在必行。[3]陶文銓教授和何雅玲教授曾就國(guó)內(nèi)熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)情況展開調(diào)研和分析，從教材編撰、內(nèi)容對(duì)學(xué)科與工程技術(shù)發(fā)展的結(jié)合、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革、對(duì)學(xué)生能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)、新型熱工課程的開展、雙語授課及中青年教師隊(duì)伍建設(shè)等方面提出許多值得思考和借鑒的方面。[1]在此基礎(chǔ)上，本文針對(duì)我校“熱工基礎(chǔ)”的教學(xué)過程，提出以下幾個(gè)值得思考的問題。

1 “熱工基礎(chǔ)”教學(xué)過程中存在的問題

1.1 教學(xué)大綱方面

在當(dāng)前的教學(xué)大綱中，課程總設(shè)置32學(xué)時(shí)，全部為理論教學(xué)課時(shí)。教材使用的是上海交通大學(xué)出版的《熱工基礎(chǔ)》第三版。教學(xué)內(nèi)容包括工程熱力學(xué)篇和傳熱篇。其中工程熱力學(xué)篇包含6章基本內(nèi)容，其中熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律作為工程熱力學(xué)篇的基礎(chǔ)，需要重點(diǎn)安排課時(shí)；而傳熱學(xué)篇也包含5章的內(nèi)容。因此，課時(shí)安排非常緊張。另外，由于對(duì)流傳熱涉及流體力學(xué)的一些基礎(chǔ)概念，因此課程開始前還需要給大家介紹一些流體力學(xué)的內(nèi)容。這樣，整體的課時(shí)安排更加緊張，因此需要對(duì)課程大綱進(jìn)行修改。

1.2 教師隊(duì)伍方面

教師隊(duì)伍中有很大比例的青年教師，能夠擔(dān)任本課程的授課教師，大多具有該方面的科研背景。青年教師剛剛從高校畢業(yè)，科研熱情高，熟悉當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。然而，本科教學(xué)與做研究截然不同。如何實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)的良好結(jié)合至關(guān)重要，因此這方面也值得我們深思。

1.3 學(xué)生學(xué)習(xí)效果方面

“熱工基礎(chǔ)”作為本科生的專業(yè)課，理論性較強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來具有一定的難度。[4]當(dāng)前的課堂教學(xué)方式采用的傳統(tǒng)的傳遞—接受式，課程中有多個(gè)章節(jié)都涉及大量的公式推導(dǎo)和概念介紹，學(xué)生的積極性不高，學(xué)習(xí)效果也會(huì)大打折扣。因此，需要采用更加靈活的授課方法來提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

2 課程優(yōu)化改進(jìn)辦法

2.1 內(nèi)容精簡(jiǎn)、課時(shí)增加

上海理工大學(xué)的機(jī)械本科教育的目標(biāo)是：培養(yǎng)知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的 “工程型、創(chuàng)新性、國(guó)際化”的機(jī)械工程高級(jí)技術(shù)人才。因此，“熱工基礎(chǔ)”課程的教學(xué)中應(yīng)該側(cè)重對(duì)知識(shí)點(diǎn)背景和應(yīng)用的介紹，降低對(duì)于概念和公式推導(dǎo)的要求。例如，在熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律章節(jié)，增加應(yīng)用實(shí)例解析，通過實(shí)例來應(yīng)用和理解熱力學(xué)定律；氣體的熱力過程章節(jié)中，減少對(duì)過程方程的詳細(xì)推導(dǎo)，側(cè)重對(duì)熱力過程中參數(shù)變化趨勢(shì)的分析；傳熱學(xué)篇增加生活實(shí)例的介紹，來分析生活中常見的傳熱方式和所采取的保溫措施的科學(xué)依據(jù)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)概念和公式的理解等等。同時(shí)，課程的展開需要連續(xù)性和完整性。建議新的教學(xué)大綱中添加對(duì)流體力學(xué)基本概念的介紹，使得學(xué)生在傳熱學(xué)篇的學(xué)習(xí)難度降低。如此對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整后，建議將課時(shí)從32學(xué)時(shí)增加為48學(xué)時(shí)。

2.2 青年教師借科研助教學(xué)

教師隊(duì)伍的質(zhì)量對(duì)于熱工課程的教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。教師需要扎實(shí)的理論教學(xué)功底，又需要對(duì)當(dāng)前最新研究熱點(diǎn)的了解。在教學(xué)過程中對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，融入當(dāng)前科技發(fā)展的前言技術(shù)和自己的研究工作，將書本上的內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)樯钪械膶?shí)例，有助于提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣和啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。教學(xué)和科研是青年教師工作中缺一不可的兩項(xiàng)內(nèi)容，我們應(yīng)當(dāng)努力探索合適的平衡方法，使得兩者相互促進(jìn)、共同發(fā)展。

2.3 倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

學(xué)生在課堂上的參與程度是影響其課堂效果的重要因素。[5， 6]從頭至尾的灌輸式教育使得學(xué)生在理論教學(xué)中參與度低、積極性差。針對(duì)這個(gè)問題，在課時(shí)安排上已經(jīng)對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，突出應(yīng)用實(shí)例的趣味性、吸引力；在學(xué)生方面，如果能夠調(diào)動(dòng)他們自主學(xué)習(xí)的意識(shí)將有效促進(jìn)最終的教學(xué)效果。教不嚴(yán)，師之惰。在日常的教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師巧妙設(shè)置需要學(xué)生自主參與的環(huán)節(jié)。針對(duì)每個(gè)章節(jié)安排學(xué)生在課外進(jìn)行小課題研究，調(diào)研近期的研究熱點(diǎn)，尋找生活中應(yīng)用的實(shí)例，對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)解釋。在這種自主結(jié)隊(duì)、自主研究和自主總結(jié)成文的過程中，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力，提高學(xué)生對(duì)于課程的熟悉程度，增加課程學(xué)習(xí)的趣味性，最終培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。該措施不僅有利于本課程的學(xué)習(xí)，同時(shí)助于培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的能力。

3 結(jié)束語

熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)改革對(duì)于完善機(jī)械類本科生教學(xué)、助力學(xué)生未來發(fā)展意義重大。課程內(nèi)容的精煉、課時(shí)的增加，青年教師借科研助教學(xué)的思路，倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)對(duì)于促進(jìn)課程的發(fā)展、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有很大的幫助。教師不僅要在課堂上全力投入，更需要不時(shí)在課外進(jìn)行思考和學(xué)習(xí)，從平時(shí)教學(xué)工作中不斷尋求改進(jìn)和優(yōu)化，促進(jìn)高等教育的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 何雅玲，陶文銓.對(duì)我國(guó)熱工基礎(chǔ)課程發(fā)展的一些思考[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2007（3）：12-15.

[2] 張濤.非熱動(dòng)專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)改革初探[J].教育教學(xué)論壇，2018（23）.

[3] 王福生，張琳，李三平.機(jī)械類專業(yè)“熱工基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革與探索[J].科教文匯（上旬刊），2018（6）.

[4] 張紅霞.從《熱工基礎(chǔ)》課程實(shí)踐看“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011.13（2）：67-69.

[5] 席新明，閆小麗.基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2011（9）：46-48.

[6] 張紅霞.從《熱工基礎(chǔ)》課程實(shí)踐看“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011.13（2）：67-69.