新工科背景下過程裝備與控制工程專業的《熱工基礎》課程教學改革與探索

王成 來永斌 伍廣 李雪斌 李坤 周毅鈞 王龍

【摘 要】《熱工基礎》是過程裝備與控制工程專業一門重要的專業基礎課，在新工科的背景和要求下，從教學方法和考核模式兩個方面對該課程的教學改革進行了思考和探索，提出了的具體的改革方案。

【關鍵詞】熱工基礎;新工科;教學改革

中圖分類號： G642.0 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0109-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.052

【Abstract】"Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer" is an important professional basic course of process equipment and control engineering specialty. Under the background and requirements of new engineering， the teaching reform of this course is considered and explored from two aspects of teaching method and assessment mode， and the concrete reform scheme is put forward.

Keywords： Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer; new engineering; teaching reform

2017年2月以來，國家教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》、《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設[1-3]。清華大學教育研究院林建教授認為，新工科中，“工科”是指工程學科，“新”包含三方面含義：新興、新型和新生。其中，“新型”指的是對傳統的、現有的（舊）學科進行轉型、改造和升級。例如機械、土木、化工等傳統工科，由于互聯網、人工智能對傳統行業的顛覆性影響，這些學科需要針對當前和未來產業發展的急需進行轉型改造成為新型工科。過程裝備與控制工程是一門具有鮮明中國特色的傳統工科專業，為了適應電子信息技術時代的發展，響應新工科的需求，我校對本專業進行轉型、改造和升級。《熱工基礎》[4-5]是過程裝備與控制工程專業的一門十分重要的專業基礎課，在新工科的背景下，對該課程的傳統教學模型進行與時俱進的改革，充分利用快速發展的電子計算機技術，基于“互聯網+”[6-7]各種現代科技技術的教學模式，培養適合我國工業發展的高素質創新人才，應對新一輪科技革命與產業變革。

1 課程教學方法的改革探索

《熱工基礎》是過程裝備與控制工程專業的一門專業基礎課，課程包含“工程熱力學”和“傳熱學”兩部分，知識點多、理論性強、概念晦澀，涉及大量的理論公式推導和工程應用參數查表，并且我校只安排40學時的理論教學，如果按照傳統的教學方法，在有限的課時內上完該課程所有的內容，上課的節奏比較倉促，再加上沒有實物參考，對于一些基礎薄弱或者上課容易分散注意力的學生，學習效率欠佳，嚴重影響教學效果。

為了提高學生們的上課積極性和課堂上的興奮度，首先充分利用快速發展的電子計算機技術，設計和制作《熱工基礎》的多媒體課件，通過動畫、實驗視頻和數值仿真等手段將熱工轉化、熱傳遞等現象展示給學生，通過抽象轉為形象，幫助學生在大腦中建立相關的概念，以期獲得事半功倍的效果;其次，我們在講一個新的知識點之前，會在網上找一下有關該知識點的具體工程應用實例，課堂上基于此開展15分鐘的討論，指引學生提出一些科學問題，并且我們要求學生將他們提出的問題以及與之相關的因素和解決的方法寫在紙上;然后，我們開展新知識點的授課，在授課的同時，學生可以不斷地提出新問題和新的解決思路，但為了保持課程的完整性和邏輯性，我們要求學生在課上提出的問題和解決思路只能寫在紙上，不能相互交流;課后，我們要求學生對于他們提出的問題在網上找相關材料和文獻，對我們學習的內容進行歸納和補充;最后，在該知識點或者章節結束時，再進行一次15分鐘的討論。這些都作為學生們的課堂作業，作為其課程考核的一項指標。

《熱工基礎》是一門偏理論課，含有大量的理論公式推導，例如工程熱力學篇中的理想氣體的功量和熱量的計算、傳熱學篇中的導熱微分方程和對流換熱微分方程等。在課上傳授這些章節的時候，主要還是以傳統教學模式中的板書推導為主。然而，如果同學上課沒有跟老師一同思考，公式推導過程就會很枯燥，上課效率嚴重下降。因此為了提高公式推導的趣味性，我們利用互聯網找到傳熱學中相關公式的發展歷程，上課的時候一邊推導公式，一邊根據公式講一下熱力學先驅的傳記，例如克勞修斯、卡諾、普朗特等名人。另外，我們將公式的推導與自身的科研相結合，一方面向同學們介紹一下有關該公式知識點的最新發展現狀，另一方面我們也通過一些數值軟件，例如ANSYS、ABAQUS和COMSOL等，模擬一些機械、化工設備的熱力過程，增加學生的學習興趣。

由于《熱工基礎》的課程內容多但學時有限，基于“互聯網+”的課后互動和交流十分必要，我們班基于騰訊QQ建立了一個“熱工基礎學習交流群”，主要用來討論上課講的難點，同學們可以自由闡述自己的理解，這樣對于之前理解的同學有助于加強和鞏固，對于之前不理解的同學有助于學習和理解，對于之前理解錯誤的同學有助于學習和改正。我們教師看到了學生們討論的內容，一方面便于二次教學和定向精準指導，另一方面也知道了學生難以理解的點偏向于哪里，在今后的教學過程中要注意偏重講授。另外，我們老師也可以利用這個QQ群向同學們發一些有助于學習的文獻和資料。

2 課程考核模式的改革探索

在《熱工基礎》傳統的課程考核模式中，一般都是以最后一張試卷來評定學生的成績，這便很容易導致學生“平時不學習，期末搞突擊”的現象。參考國內外一流大學的課程評價方法以及新工科的要求，我們對《熱工基礎》課程的考核模式也進行了改革和探索，將之前的期末閉卷考試評定模式改為綜合評價和過程評價為主的考核模式。

對于綜合評價，主要分為兩項：期末的閉卷考試和大作業，其中大作業是布置一道練習題：利用差分法計算非穩態傳熱，主要用于鞏固學生們的非穩態傳熱知識點和鍛煉學生們的計算機能力和利用數學軟件（MATLAB）編程的能力;

對于過程評價，我們主要以學生的課堂作業（包括討論稿和課堂作業練習）、課后作業（綜合考慮作業上交率、正確率和更改筆記）。具體的分配比例為：期末考試成績40%，大作業20%，課堂作業20%，課后作業20%。

這樣的課程考核模式更加看重學生們的平時學習效果，避免學生期末突擊式的應試學習。

3 結論

在新工科的背景下，充分利用快速發展的電子計算機技術，基于“互聯網+”多種現代科技技術相結合的教學模式，對過程裝備與控制工程專業的《熱工基礎》課程的教學方法和考核模式進行了改革和探討，進一步提高該課程的學習效率和學習興趣，更加重視課程的工程應用，培養適合我國工業發展的創新人才。

【參考文獻】

[1]周開發，曾玉珍.新工科的核心能力與教學模式探索[J]. 重慶高教研究，2017（5）：22-35.

[2]蔡映輝.新工科體制機制建設的思考與探索[J].高教探索，2019（1）：37-39.

[3]劉勇，王建紅，肖亞輝，等.新工科背景下化工儀表及自動化實驗教學改革與實踐[J].廣東化工，2019（46）：226-232.

[4]王福生，張琳，李三平.機械類專業“熱工基礎”課程教學改革與探索[J].科教文匯，2018（424）：73-75.

[5]蔣會明，孫首群.大學本科機械類“熱工基礎”課程教學改革探討[J].科教導刊（下旬），2019（2）.

[6]張巖.“互聯網+教育”理念及模式探析[J].中國高教研究，2016（2）：70-73.

[7]季長清，徐傳偉，王彥春，等.基于新一代互聯網技術的高校素質課教學改革研究[J].大連大學學報，2012（33）：115-119.

※基金項目：安徽理工大學教學研究項目（加強虛擬仿真教學促進專業人才培養、評估（認證）背景下專業定位及特色發展的探索與實踐—以過程裝備與控制工程專業為例、雙一流建設背景下地方高校教師綜合評價指標體系研究）;安徽省教育廳教研項目（過程裝備與控制工程專業教學團隊（2018jxtd019）;基于專業評估的本科教學持續發展與質量保障機制建設的研究（2017jyxm1205）;省屬本科院校工科專業評估標準與指標體系研究與實踐（2017jyxm1206）。

作者簡介：

王成（1988—），男，安慶人，博士研究生，主要研究方向為表面工程及表面納米化技術。