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高等工程熱力學(xué)教學(xué)改革初探

2018-09-25 09:42張濤
教育教學(xué)論壇 2018年31期
關(guān)鍵詞:研究型教學(xué)教學(xué)改革

張濤

摘要:高等工程熱力學(xué)在內(nèi)容的深度和廣度上應(yīng)高于本科工程熱力學(xué)教材,其改革重點(diǎn)是提高研究生的科研綜合能力。本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、課后溝通及考核模式方面給出了高等工程熱力學(xué)研究型教學(xué)方式的改革思路,有助于實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)生的共同提高。

關(guān)鍵詞:高等工程熱力學(xué);研究型教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2018)31-0242-02

一、教學(xué)改革背景

高等工程熱力學(xué)是上海電力學(xué)院動力機(jī)械、工程熱物理等相關(guān)專業(yè)研究生的重點(diǎn)專業(yè)基礎(chǔ)課程。要求在本科已學(xué)工程熱力學(xué)的基礎(chǔ)上,從深度和廣度兩方面進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱功轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)理論和研究方法,尋求熱功轉(zhuǎn)化的最大化,同時結(jié)合實(shí)際工程或關(guān)鍵設(shè)備,掌握正確評價熱力系統(tǒng)及其能量轉(zhuǎn)換效率的方法[1]。

現(xiàn)新入學(xué)的研究生大多為“90后”,“90后”研究生大都為獨(dú)生子女,成長環(huán)境較好,獨(dú)立性較強(qiáng),但也存在思想穩(wěn)定性差、學(xué)習(xí)態(tài)度不端正、無危機(jī)意識及學(xué)習(xí)方法不科學(xué)等現(xiàn)象,給他們的科研學(xué)習(xí)帶來了較大問題。而目前中國社會處于社會轉(zhuǎn)型期,經(jīng)濟(jì)發(fā)展及文化素養(yǎng)提升具有明顯的不匹配性,同時網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將功利主義和非理性主義的思潮擴(kuò)大化,深刻影響著“90后”的世界觀、人生觀和價值觀,使得“90后”在躁動的同時增添了更多的功利性色彩[2]。

“90后”功利性的學(xué)習(xí)學(xué)風(fēng),再加上高等工程熱力學(xué)課程概念多、理論性強(qiáng)、覆蓋面廣的特點(diǎn),采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式,很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。為此,國內(nèi)一些院校在積極探索本課程的教改工作[3-5]。

研究型教學(xué)模式是指“教學(xué)與科研相統(tǒng)一”,使研究生在課堂上學(xué)習(xí)掌握一些科研技能,為后續(xù)開展科研課題奠定基礎(chǔ),目前已有許多大學(xué)把科研引入研究生教學(xué)之中[6]。研究型教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)對學(xué)生科研能力的訓(xùn)練。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程,并在探究的過程中獲取知識、發(fā)展技能、培養(yǎng)能力。研究型教學(xué)與“90后”獨(dú)立性強(qiáng)的特點(diǎn)相契合。但研究型教學(xué)培養(yǎng)的是綜合能力,需結(jié)合多種考核方式來綜合評價教學(xué)效果。

二、研究性教學(xué)改革

(一)課程教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

現(xiàn)在已有的高等工程熱力學(xué)教材及參考書大都內(nèi)容較多,但全面講解分析的很少,只能根據(jù)所在學(xué)校學(xué)科特點(diǎn),講授其框架及精髓部分,梳理課程的教學(xué)內(nèi)容及思路是教改中首先需要完成的工作。上海電力學(xué)院是以電力為特色的綜合性大學(xué),因此本課程的教學(xué)內(nèi)容也是為電力專業(yè)服務(wù),側(cè)重?zé)峁D(zhuǎn)換過程中基礎(chǔ)理論的講授。主要包括熱力學(xué)基礎(chǔ)、純凈流體的熱力性質(zhì)、多組分系統(tǒng)的熱力學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)反應(yīng)及燃燒系統(tǒng)、熱力循環(huán)及其性能評價。各部分教學(xué)內(nèi)容具體如下:

熱力學(xué)基礎(chǔ)部分:需要做好與本科階段課程工程熱力學(xué)的銜接工作。主要講述基本概念,熱力學(xué)第一、第二定律,重點(diǎn)是講解熵、有效能分析法。通過熵、有效能的講解引出平衡穩(wěn)定的判據(jù)、功函數(shù)及 損的計算,加深基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)及理解。

純凈流體熱力性質(zhì)部分:重點(diǎn)講述熱力學(xué)基本關(guān)系式和麥克斯韋方程,指導(dǎo)學(xué)生合理設(shè)計實(shí)驗(yàn);深入講解實(shí)際氣體的狀態(tài)方程、工質(zhì)熱力性質(zhì)的計算及常用的熱力性質(zhì)推算方法,使學(xué)生掌握實(shí)際流體的熱力學(xué)性質(zhì),從事相關(guān)方向研究的同學(xué)可以學(xué)以致用。

多組分系統(tǒng)熱力學(xué)基礎(chǔ)部分:重點(diǎn)講述多組分單相混合物、氣液兩相的相平衡,以及基于逸度、活度等參數(shù)的多元混合物的熱力性質(zhì)計算;同時掌握偏摩爾參數(shù)在多組分單相混合物系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)主要是著眼于熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀熱量變化,不考慮其微觀變化過程,這里主要講解化學(xué)反應(yīng)過程中生成焓、燃燒焓的含義,同時結(jié)合蓋斯定律和基爾霍夫定律進(jìn)行反應(yīng)過程的計算及分析。另外,重點(diǎn)講解化學(xué)反應(yīng)常數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的指導(dǎo)。

熱力循環(huán)及其性能評價部分:一方面重點(diǎn)講述利用熱力學(xué)第一定律和第二定律?分析法評價熱力循環(huán)的能量利用效率;另一方面簡單講述更多與本領(lǐng)域相關(guān)的熱力循環(huán),擴(kuò)展學(xué)生視野。此外,在教學(xué)過程中,結(jié)合學(xué)校學(xué)科專業(yè)特色,以電廠中實(shí)際的設(shè)備如風(fēng)機(jī)、換熱器等為例進(jìn)行相關(guān)的熱力循環(huán)或熱力系統(tǒng)評價及優(yōu)化的計算及分析。如有可能,可結(jié)合實(shí)際的工程改造案例進(jìn)行分析講解,增強(qiáng)學(xué)生的代入感。

(二)教學(xué)方式改革

為增強(qiáng)實(shí)際教學(xué)效果,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力,同時與研究型教學(xué)相呼應(yīng),需在教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,積極探索相適宜的教學(xué)方法。

1.學(xué)生PPT授課。熱力學(xué)基礎(chǔ)部分內(nèi)容學(xué)生有本科階段的學(xué)習(xí)基礎(chǔ),另外每個新章節(jié)核心內(nèi)容引入之前的背景介紹相對簡單,以上內(nèi)容可以以研究生授課,老師進(jìn)行補(bǔ)充的形式進(jìn)行。根據(jù)選課學(xué)生人數(shù),將學(xué)生分成若干組。學(xué)生進(jìn)行PPT授課過程中,學(xué)生與老師可對其授課內(nèi)容進(jìn)行提問,檢查其對授課內(nèi)容的理解程度。同時評分由學(xué)生評分及老師評分兩部分組成,主要包括PPT制作、授課過程、內(nèi)容精彩度等方面。PPT的制作過程是資料收集、整理、吸收、理解的綜合過程,PPT授課增強(qiáng)了學(xué)生的參與度,可有效融洽課堂氣氛,在培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神的同時鍛煉了學(xué)生的口才并提高了學(xué)生對授課內(nèi)容的理解。

2.綜述論文。模擬研究生課題研究的方式進(jìn)行綜述論文的寫作。要求學(xué)生根據(jù)自己課題組的研究方向,查找相關(guān)方向的關(guān)于熱力學(xué)系統(tǒng)的文獻(xiàn),并完成文獻(xiàn)綜述。學(xué)生在文獻(xiàn)查閱過程中,可及時了解學(xué)科前沿動態(tài);綜述論文的寫作可鍛煉學(xué)生分析、理解及歸納能力。綜述論文要求格式正確,內(nèi)容能夠反映所在課題組的研究方向,并且內(nèi)容豐富,具有一定的前沿性及前瞻性。綜述論文的寫作貫穿于整個學(xué)期,一般是學(xué)期初布置下去,中期可以交一個初稿給授課老師,之后按照授課老師給出的意見進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐晟菩薷摹?/p>

3.增強(qiáng)課后溝通。課后溝通是教學(xué)的重要補(bǔ)充,要善于引導(dǎo)研究生與授課老師之間的思想碰撞及交流。隨著社會信息化及網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展,借助網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)課后溝通是新時代教學(xué)的要求。微博與微信具有成為教育載體的可能性和必要性。微博、微信具有“及時、互動、輿論多元”等特點(diǎn)和優(yōu)勢,可以借助微博、微信強(qiáng)大的傳播功能深化課后教育及溝通。授課老師可隨時將與本課程相關(guān)的內(nèi)容或是文獻(xiàn)分享給同學(xué)們,并與研究生進(jìn)行交流和溝通。

4.考核方式。高等工程熱力學(xué)期末的考核方式以閉卷考試為主,主要原因是由于高等工程熱力學(xué)更注重基礎(chǔ)理論,公式推導(dǎo)及演變多且復(fù)雜;工程應(yīng)用部分涉及的復(fù)雜公式和工質(zhì)熱力性質(zhì)圖表也相對較多。死記硬背公式及圖表會消耗掉大量的時間,學(xué)生很難理解,更難靈活運(yùn)用,這使得閉卷考試的命題范圍受到了很大限制。此外,研究生的培養(yǎng)更注重其借助已有的工具分析問題、解決問題的能力。死記硬背這些公式對其后續(xù)的科研并沒有很大的幫助,同時也與研究生的培養(yǎng)目標(biāo)相違背。

本課程的考核根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式,采用半開卷+文獻(xiàn)綜述論文+PPT授課+平時考勤相結(jié)合的形式,所占比例分別為50%、30%、15%和5%。半開卷是指學(xué)生可以攜帶一張不超過A4大小的紙,通過這種方式讓學(xué)生在平時上課及復(fù)習(xí)準(zhǔn)備時更具有目的性,凝練課程的重點(diǎn)及難點(diǎn)。多種考核方式的綜合促使教師從教學(xué)內(nèi)容的講解者變?yōu)閷W(xué)生認(rèn)識、理解、掌握教學(xué)內(nèi)容的引導(dǎo)者。同時多種考核方式的綜合給了研究生更多展示自己綜合能力的機(jī)會。教師在講課的過程中要不斷地提高自身的專業(yè)水平和教學(xué)水平,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也不斷的積累專業(yè)知識及科研技能,實(shí)現(xiàn)老師、學(xué)生的共同提高。

三、總結(jié)

課程教學(xué)改革是研究生教育改革的重要組成部分,研究生教學(xué)時應(yīng)加入科研技能的培養(yǎng),同時研究生的教學(xué)過程應(yīng)是老師與學(xué)生交流過程。教育教學(xué)改革要與按照以上方式進(jìn)行高等工程熱力學(xué)課程改革之后,提高了對教師和學(xué)生的要求,教師需不斷學(xué)習(xí)以更好地教授、指導(dǎo)學(xué)生;同時考核方式多樣化,學(xué)生也可得到自身綜合能力的提升。

參考文獻(xiàn):

[1]楊思文.高等工程熱力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1988.

[2]呂斯思.“90后”研究生群體學(xué)生建設(shè)初探[J].現(xiàn)代物業(yè)旬刊,2013,12(3):82-85.

[3]李曉明,張國磊,李彥軍.研究型教學(xué)方法在《高等工程熱力學(xué)》課程中的實(shí)踐[J].中國校外教育,2010,(24):105-105.

[4]翟霄,陳叔平,余建平,等.研究型教學(xué)模式在高等工程熱力學(xué)課程教學(xué)中應(yīng)用的探索[J].廣東化工,2014,41(20):152-153.

[5]譚羽非.研究生高等工程熱力學(xué)課程教學(xué)中開卷測試的實(shí)踐探索[J].高等建筑教育,2006,15(1):94-96.

[6]葉國榮,陳達(dá)強(qiáng),吳碧艷.高校本科生教育中研究型教學(xué)模式探討[J].中國高等教育,2009,(3):90-91.

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