摘 ?要 分析熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出熱工基礎(chǔ)課程建設(shè)與教學(xué)改革的相應(yīng)措施，以期為熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)改革提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 機(jī)械大類專業(yè);熱工基礎(chǔ);課程建設(shè);教學(xué)改革;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）19-0097-03

1 前言

熱工基礎(chǔ)是本科院校機(jī)械大類專業(yè)（機(jī)械工程、機(jī)械電子工程、材料成型及控制工程等）開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)必修課程[1]。本課程主要研究熱能和其他能量相互轉(zhuǎn)換以及能源有效合理利用的基本規(guī)律，使學(xué)生掌握熱力學(xué)和傳熱學(xué)的基本規(guī)律，并能正確運(yùn)用這些規(guī)律進(jìn)行各種熱現(xiàn)象、熱力過(guò)程、熱力循環(huán)和傳熱特性的分析，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力打好堅(jiān)實(shí)的熱力學(xué)和傳熱學(xué)基礎(chǔ)，在機(jī)械大類專業(yè)中占有重要地位。但是，該門(mén)課程內(nèi)容晦澀，理論性強(qiáng)，邏輯要求較高，在授課過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，在此作思考并對(duì)課程教改與建設(shè)提出一些建議。

2 熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

教學(xué)大綱設(shè)置 ?熱工基礎(chǔ)研究熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的規(guī)律、方法以及提高轉(zhuǎn)化效率和熱能利用經(jīng)濟(jì)性的途徑，并探究結(jié)構(gòu)傳熱特性。本課程以能量傳遞、轉(zhuǎn)移過(guò)程中數(shù)量守恒和質(zhì)量蛻變?yōu)橹骶€，闡述工程熱力學(xué)的基本概念、基本定律，氣體及蒸汽的熱力性質(zhì)，各種熱力過(guò)程和循環(huán)的分析計(jì)算等內(nèi)容，根據(jù)熱力學(xué)基礎(chǔ)，闡述傳熱相關(guān)知識(shí)，掌握傳熱特性和規(guī)律。通過(guò)相關(guān)理論講授，使學(xué)生理解熱力學(xué)和傳熱學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和理論，掌握工質(zhì)的性質(zhì)及不同熱力過(guò)程（包括循環(huán)過(guò)程）的能量變化特征，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用抽象簡(jiǎn)化的方法，從紛繁復(fù)雜的工程問(wèn)題中抽出熱力學(xué)和傳熱學(xué)問(wèn)題本質(zhì)，進(jìn)而解決問(wèn)題。

熱工基礎(chǔ)的開(kāi)課學(xué)期為本科第五學(xué)期，一般設(shè)置36學(xué)時(shí)的理論教學(xué)，知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、概念晦澀，涉及大量的理論公式推導(dǎo)和工程應(yīng)用參數(shù)查表，要在較短的課時(shí)內(nèi)上完該課程所有內(nèi)容，節(jié)奏較為倉(cāng)促，因此選擇重要、核心的章節(jié)進(jìn)行講授。同時(shí)，由于該課程理論性極強(qiáng)，上課過(guò)程較為枯燥，沒(méi)有實(shí)物參考，因此，對(duì)于基礎(chǔ)薄弱、注意力不容易集中的學(xué)生，學(xué)習(xí)效率欠佳，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。

師資及教學(xué)方式 ?擔(dān)任該門(mén)課程授課的教師師資較為雄厚，任課教師均為具有博士學(xué)位或高級(jí)職稱的教師，但是一些年輕教師缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在教學(xué)方式上，目前所運(yùn)用到的教學(xué)方式較為單一，主要是運(yùn)用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習(xí)等方法，因此，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，課堂主動(dòng)學(xué)習(xí)能力較差。基于本門(mén)課程概念多且抽象，公式多且應(yīng)用條件復(fù)雜，內(nèi)容多且分散，又具有極強(qiáng)的應(yīng)用性的特點(diǎn)，純理論授課方式教學(xué)效果較為一般。

評(píng)價(jià)方式 ?目前，本門(mén)課程的評(píng)價(jià)方式主要為平時(shí)出勤、作業(yè)及理論考核相結(jié)合的形式。課程總評(píng)成績(jī)包括三部分：出勤、課堂表現(xiàn)及平時(shí)作業(yè)（20%）;期中理論考核成績(jī)（20%）;期末理論考核成績(jī)（60%）。其中，出勤、平時(shí)作業(yè)與課堂表現(xiàn)的評(píng)價(jià)主要是根據(jù)學(xué)生提交的練習(xí)完成情況評(píng)分、作業(yè)質(zhì)量以及全部作業(yè)成績(jī)與課堂問(wèn)答、課堂出勤率等情況?？傮w而言，評(píng)價(jià)方式較為單一，過(guò)程考核比例較小。

教學(xué)效果 ?當(dāng)前，熱工基礎(chǔ)的教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)生活距離較遠(yuǎn)，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法將所學(xué)知識(shí)與實(shí)踐相聯(lián)系，無(wú)法活學(xué)活用，最終導(dǎo)致紙上談兵的效果。因此，除了習(xí)題及考試之外，還應(yīng)該有更加多樣的教學(xué)形式與教學(xué)效果評(píng)價(jià)方式，以期將理論知識(shí)與實(shí)踐相聯(lián)系，提高學(xué)生的應(yīng)用能力，最終提高本課程的教學(xué)質(zhì)量。

3 熱工基礎(chǔ)課程建設(shè)與教學(xué)改革的相應(yīng)措施

教學(xué)大綱最優(yōu)化 ?熱工基礎(chǔ)課程內(nèi)容繁雜，理論艱深，如果課時(shí)較少，授課時(shí)間倉(cāng)促，難免會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法充分理解本課程的內(nèi)容。因此，建議課時(shí)數(shù)至少為36學(xué)時(shí)，48學(xué)時(shí)則更為恰當(dāng)。同時(shí)，本課程應(yīng)當(dāng)根據(jù)課后作業(yè)和相關(guān)習(xí)題內(nèi)容安排適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)、習(xí)題講評(píng)課，以提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合、靈活運(yùn)用能力。

熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)中應(yīng)側(cè)重對(duì)知識(shí)點(diǎn)背景和應(yīng)用的介紹，降低對(duì)于部分不常用概念和公式推導(dǎo)的要求[2]。如熱力學(xué)第一定律能量方程及第二定律中熵流、熵產(chǎn)、熵方程等計(jì)算公式較多，應(yīng)用條件復(fù)雜，較難掌握，在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)對(duì)基本概念和基本定律進(jìn)行重點(diǎn)講解，將抽象問(wèn)題具體化，讓學(xué)生重點(diǎn)掌握熱力學(xué)第一定律解析式、卡諾定理、邁耶公式等公式的推導(dǎo)過(guò)程，初步掌握從概念出發(fā)推導(dǎo)定理的能力，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵公式和定理的掌握能力，也能夠增強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力。此外，應(yīng)系統(tǒng)整理與總結(jié)衍生公式的應(yīng)用條件，幫助學(xué)生記憶和應(yīng)用紛繁復(fù)雜的公式，從而提升學(xué)習(xí)效率。

針對(duì)機(jī)械大類專業(yè)的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)壓氣機(jī)、活塞式內(nèi)燃機(jī)等工程問(wèn)題實(shí)例，應(yīng)讓學(xué)生掌握提高熱力設(shè)備和系統(tǒng)能量利用的經(jīng)濟(jì)性的基本原則和途徑，這在理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐中均具有重要意義。對(duì)于熱力學(xué)三定律的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生自己運(yùn)用熱力學(xué)第一定律、第二定律及相關(guān)原理知識(shí)對(duì)生活和生產(chǎn)中的熱力循環(huán)過(guò)程進(jìn)行分析，提出能夠提高熱力循環(huán)效率的方法，做到理論與實(shí)際相結(jié)合，從而加深對(duì)課程內(nèi)容的理解。

除了課程基本內(nèi)容的學(xué)習(xí)之外，應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力，創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力，特別是運(yùn)用熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本定律和理論進(jìn)行演繹、推論，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)踐緊密聯(lián)系，并形成解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

教學(xué)方法多樣化 ?在教學(xué)方法上，應(yīng)綜合運(yùn)用案例引入、課堂講授和演示、小組討論與匯報(bào)、分組練習(xí)、實(shí)際操作等方法。通過(guò)引入問(wèn)題和生活中的案例，使理論知識(shí)變得生動(dòng)形象，使學(xué)生更加明確教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)。強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂，使更多的學(xué)生加入課堂討論中，從而引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高學(xué)生上課的積極性。在目前教學(xué)條件的基礎(chǔ)上，更多地結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實(shí)例，讓學(xué)生帶著興趣和目標(biāo)學(xué)習(xí)，強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)，增加對(duì)知識(shí)及原理的理解，提高對(duì)理論的運(yùn)用能力，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

在實(shí)際執(zhí)行授課的過(guò)程中，課程設(shè)計(jì)的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)具有明確的目的性[3]，并根據(jù)教學(xué)目的制定不同的教學(xué)方法。在授課過(guò)程中，教學(xué)方法需要根據(jù)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)際效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。如教學(xué)效果一般、學(xué)生對(duì)所授知識(shí)點(diǎn)難以理解時(shí)，可采用講授法、演示法相結(jié)合的方式。由于圖表具有形象、生動(dòng)、直觀的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是在教學(xué)還是工程實(shí)踐中，利用各類熱力圖表可以幫助學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容;若有多媒體內(nèi)容的輔助，將取得更加良好的效果。

例如，在講授熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的時(shí)候，一個(gè)典型的例子是當(dāng)前在抖音、微博等自媒體賬號(hào)中大量存在號(hào)稱可以實(shí)現(xiàn)的“永動(dòng)機(jī)”，可以在課堂中適當(dāng)引入這樣的典型實(shí)例，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)對(duì)其荒謬性進(jìn)行分析和批判。當(dāng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握程度較好時(shí)，可以增加教學(xué)內(nèi)容的難度，適度拓展，設(shè)置具體應(yīng)用問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生探索解決方案，增加小組討論與匯報(bào)，提高學(xué)生課堂參與度。同時(shí)，在講授新的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生前后聯(lián)系，結(jié)合已學(xué)的難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行討論，從而不斷強(qiáng)化、復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，更好地掌握知識(shí)。

此外，根據(jù)課程內(nèi)容布置與實(shí)踐緊密相關(guān)的開(kāi)放性大作業(yè)，對(duì)于學(xué)生所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用與實(shí)踐應(yīng)用能力的提高具有重要作用。例如，讓學(xué)生觀察實(shí)際生活中的熱力學(xué)過(guò)程，對(duì)該過(guò)程進(jìn)行建模、分析，并提出提高該過(guò)程熱效率的方法。這樣的大作業(yè)是對(duì)學(xué)生綜合能力的一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，不僅需要有優(yōu)秀的觀察能力、抽象能力、邏輯思維能力，還需要對(duì)所學(xué)知識(shí)充分了解，對(duì)前后知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，并能夠用于分析實(shí)際問(wèn)題。經(jīng)過(guò)兩年的實(shí)驗(yàn)，有約30%的學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)日常生活中的熱力學(xué)過(guò)程，并對(duì)其進(jìn)行精確分析，如自行車(chē)打氣、冰箱制冷、冬天空調(diào)制熱等，取得良好的效果。

評(píng)價(jià)方式多元化 ?目前的評(píng)價(jià)方式為結(jié)合了平時(shí)成績(jī)（20%）、期中考核成績(jī)（20%）和期末考核成績(jī)（60%）的綜合加權(quán)，建議改革為綜合評(píng)價(jià)和過(guò)程評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式，增加過(guò)程考核，如完成開(kāi)放性大作業(yè)（20%）、班級(jí)分組匯報(bào)演示（10%）等，從而使得評(píng)價(jià)方式多元化。開(kāi)放性大作業(yè)、分組匯報(bào)演示等形式對(duì)于學(xué)生對(duì)該課程的掌握比習(xí)題和考試更具有促進(jìn)作用。另外，這種形式可以提升平時(shí)分?jǐn)?shù)占比，減少期末考試分?jǐn)?shù)比例，取消一考定終身的現(xiàn)象，降低學(xué)生臨時(shí)抱佛腳的概率，減輕學(xué)生期末考試負(fù)擔(dān)，從而使學(xué)生把學(xué)習(xí)精力與學(xué)習(xí)激情平均到整學(xué)期的學(xué)習(xí)中。同時(shí)，通過(guò)多種教學(xué)手段與評(píng)價(jià)方式的結(jié)合，以期提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

教學(xué)效果實(shí)際化 ?當(dāng)前，對(duì)于教學(xué)效果的評(píng)價(jià)基本上是通過(guò)期末成績(jī)分析、教師打分等形式開(kāi)展。期末考試成績(jī)分析具有重要的作用，但是所能反映的問(wèn)題僅僅局限于學(xué)生考試情況，并不能真正體現(xiàn)教學(xué)效果;而學(xué)生對(duì)教師上課情況進(jìn)行打分的形式主要反映教師的教學(xué)能力，以及學(xué)生對(duì)教師的喜好程度，也并不能完全體現(xiàn)本課程的教學(xué)效果。因此，有必要對(duì)熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)效果的評(píng)估方式進(jìn)行修正，以學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力為導(dǎo)向，修正課程教學(xué)過(guò)程中存在的偏差。上文提到的開(kāi)放性大作業(yè)與實(shí)際生產(chǎn)生活具有緊密的聯(lián)系，因此可提高其所占分值，以提升其重要性。此外，可設(shè)計(jì)若干熱工基礎(chǔ)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中實(shí)踐所學(xué)知識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，可望取得較好的效果。

4 總結(jié)

作為本科院校機(jī)械大類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課程，熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革對(duì)培養(yǎng)機(jī)械大類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維和邏輯思維能力及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力和創(chuàng)造能力等意義重大。教師也要多思考與學(xué)習(xí)，多與學(xué)生交流，尋求教學(xué)方法的改進(jìn)與優(yōu)化，推進(jìn)教學(xué)改革，為促進(jìn)高等教育發(fā)展作出自己的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王成，來(lái)永斌，伍廣.新工科背景下過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)的《熱工基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革與探索[J].科技視界，2019（12）：109-110.

[2]王崧全，李達(dá)漢.淺談本科院?！稛峁せA(chǔ)》課程的改革[J].教育教學(xué)論壇，2019（13）：103-104.

[3]蔣會(huì)明，孫首群.大學(xué)本科機(jī)械類“熱工基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探討[J].科教導(dǎo)刊，2019（2）：126-127.

作者：楊浩，蘇州大學(xué)，副教授，博士，主要從事微納機(jī)器人方面的研究（215000）。