新工科背景下過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

王成 來永斌 伍廣 李雪斌 李坤 周毅鈞 王龍

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

【關(guān)鍵詞】熱工基礎(chǔ);新工科;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”，發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》、《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)[1-3]。清華大學(xué)教育研究院林建教授認(rèn)為，新工科中，“工科”是指工程學(xué)科，“新”包含三方面含義：新興、新型和新生。其中，“新型”指的是對(duì)傳統(tǒng)的、現(xiàn)有的（舊）學(xué)科進(jìn)行轉(zhuǎn)型、改造和升級(jí)。例如機(jī)械、土木、化工等傳統(tǒng)工科，由于互聯(lián)網(wǎng)、人工智能對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)的顛覆性影響，這些學(xué)科需要針對(duì)當(dāng)前和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的急需進(jìn)行轉(zhuǎn)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(tǒng)工科專業(yè)，為了適應(yīng)電子信息技術(shù)時(shí)代的發(fā)展，響應(yīng)新工科的需求，我校對(duì)本專業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型、改造和升級(jí)?！稛峁せA(chǔ)》[4-5]是過程裝備與控制工程專業(yè)的一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在新工科的背景下，對(duì)該課程的傳統(tǒng)教學(xué)模型進(jìn)行與時(shí)俱進(jìn)的改革，充分利用快速發(fā)展的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”[6-7]各種現(xiàn)代科技技術(shù)的教學(xué)模式，培養(yǎng)適合我國工業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新人才，應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革。

1 課程教學(xué)方法的改革探索

《熱工基礎(chǔ)》是過程裝備與控制工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程包含“工程熱力學(xué)”和“傳熱學(xué)”兩部分，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，并且我校只安排40學(xué)時(shí)的理論教學(xué)，如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在有限的課時(shí)內(nèi)上完該課程所有的內(nèi)容，上課的節(jié)奏比較倉促，再加上沒有實(shí)物參考，對(duì)于一些基礎(chǔ)薄弱或者上課容易分散注意力的學(xué)生，學(xué)習(xí)效率欠佳，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。

為了提高學(xué)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(fā)展的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)和制作《熱工基礎(chǔ)》的多媒體課件，通過動(dòng)畫、實(shí)驗(yàn)視頻和數(shù)值仿真等手段將熱工轉(zhuǎn)化、熱傳遞等現(xiàn)象展示給學(xué)生，通過抽象轉(zhuǎn)為形象，幫助學(xué)生在大腦中建立相關(guān)的概念，以期獲得事半功倍的效果;其次，我們?cè)谥v一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)之前，會(huì)在網(wǎng)上找一下有關(guān)該知識(shí)點(diǎn)的具體工程應(yīng)用實(shí)例，課堂上基于此開展15分鐘的討論，指引學(xué)生提出一些科學(xué)問題，并且我們要求學(xué)生將他們提出的問題以及與之相關(guān)的因素和解決的方法寫在紙上;然后，我們開展新知識(shí)點(diǎn)的授課，在授課的同時(shí)，學(xué)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(xué)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(xué)生對(duì)于他們提出的問題在網(wǎng)上找相關(guān)材料和文獻(xiàn)，對(duì)我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行歸納和補(bǔ)充;最后，在該知識(shí)點(diǎn)或者章節(jié)結(jié)束時(shí)，再進(jìn)行一次15分鐘的討論。這些都作為學(xué)生們的課堂作業(yè)，作為其課程考核的一項(xiàng)指標(biāo)。

《熱工基礎(chǔ)》是一門偏理論課，含有大量的理論公式推導(dǎo)，例如工程熱力學(xué)篇中的理想氣體的功量和熱量的計(jì)算、傳熱學(xué)篇中的導(dǎo)熱微分方程和對(duì)流換熱微分方程等。在課上傳授這些章節(jié)的時(shí)候，主要還是以傳統(tǒng)教學(xué)模式中的板書推導(dǎo)為主。然而，如果同學(xué)上課沒有跟老師一同思考，公式推導(dǎo)過程就會(huì)很枯燥，上課效率嚴(yán)重下降。因此為了提高公式推導(dǎo)的趣味性，我們利用互聯(lián)網(wǎng)找到傳熱學(xué)中相關(guān)公式的發(fā)展歷程，上課的時(shí)候一邊推導(dǎo)公式，一邊根據(jù)公式講一下熱力學(xué)先驅(qū)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(dǎo)與自身的科研相結(jié)合，一方面向同學(xué)們介紹一下有關(guān)該公式知識(shí)點(diǎn)的最新發(fā)展現(xiàn)狀，另一方面我們也通過一些數(shù)值軟件，例如ANSYS、ABAQUS和COMSOL等，模擬一些機(jī)械、化工設(shè)備的熱力過程，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

由于《熱工基礎(chǔ)》的課程內(nèi)容多但學(xué)時(shí)有限，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的課后互動(dòng)和交流十分必要，我們班基于騰訊QQ建立了一個(gè)“熱工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)交流群”，主要用來討論上課講的難點(diǎn)，同學(xué)們可以自由闡述自己的理解，這樣對(duì)于之前理解的同學(xué)有助于加強(qiáng)和鞏固，對(duì)于之前不理解的同學(xué)有助于學(xué)習(xí)和理解，對(duì)于之前理解錯(cuò)誤的同學(xué)有助于學(xué)習(xí)和改正。我們教師看到了學(xué)生們討論的內(nèi)容，一方面便于二次教學(xué)和定向精準(zhǔn)指導(dǎo)，另一方面也知道了學(xué)生難以理解的點(diǎn)偏向于哪里，在今后的教學(xué)過程中要注意偏重講授。另外，我們老師也可以利用這個(gè)QQ群向同學(xué)們發(fā)一些有助于學(xué)習(xí)的文獻(xiàn)和資料。

2 課程考核模式的改革探索

在《熱工基礎(chǔ)》傳統(tǒng)的課程考核模式中，一般都是以最后一張?jiān)嚲韥碓u(píng)定學(xué)生的成績，這便很容易導(dǎo)致學(xué)生“平時(shí)不學(xué)習(xí)，期末搞突擊”的現(xiàn)象。參考國內(nèi)外一流大學(xué)的課程評(píng)價(jià)方法以及新工科的要求，我們對(duì)《熱工基礎(chǔ)》課程的考核模式也進(jìn)行了改革和探索，將之前的期末閉卷考試評(píng)定模式改為綜合評(píng)價(jià)和過程評(píng)價(jià)為主的考核模式。

對(duì)于綜合評(píng)價(jià)，主要分為兩項(xiàng)：期末的閉卷考試和大作業(yè)，其中大作業(yè)是布置一道練習(xí)題：利用差分法計(jì)算非穩(wěn)態(tài)傳熱，主要用于鞏固學(xué)生們的非穩(wěn)態(tài)傳熱知識(shí)點(diǎn)和鍛煉學(xué)生們的計(jì)算機(jī)能力和利用數(shù)學(xué)軟件（MATLAB）編程的能力;

對(duì)于過程評(píng)價(jià)，我們主要以學(xué)生的課堂作業(yè)（包括討論稿和課堂作業(yè)練習(xí)）、課后作業(yè)（綜合考慮作業(yè)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(yè)20%，課堂作業(yè)20%，課后作業(yè)20%。

這樣的課程考核模式更加看重學(xué)生們的平時(shí)學(xué)習(xí)效果，避免學(xué)生期末突擊式的應(yīng)試學(xué)習(xí)。

3 結(jié)論

在新工科的背景下，充分利用快速發(fā)展的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”多種現(xiàn)代科技技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)模式，對(duì)過程裝備與控制工程專業(yè)的《熱工基礎(chǔ)》課程的教學(xué)方法和考核模式進(jìn)行了改革和探討，進(jìn)一步提高該課程的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣，更加重視課程的工程應(yīng)用，培養(yǎng)適合我國工業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新人才。

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※基金項(xiàng)目：安徽理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（加強(qiáng)虛擬仿真教學(xué)促進(jìn)專業(yè)人才培養(yǎng)、評(píng)估（認(rèn)證）背景下專業(yè)定位及特色發(fā)展的探索與實(shí)踐—以過程裝備與控制工程專業(yè)為例、雙一流建設(shè)背景下地方高校教師綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究）;安徽省教育廳教研項(xiàng)目（過程裝備與控制工程專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)（2018jxtd019）;基于專業(yè)評(píng)估的本科教學(xué)持續(xù)發(fā)展與質(zhì)量保障機(jī)制建設(shè)的研究（2017jyxm1205）;省屬本科院校工科專業(yè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)體系研究與實(shí)踐（2017jyxm1206）。

作者簡介：

王成（1988—），男，安慶人，博士研究生，主要研究方向?yàn)楸砻婀こ碳氨砻婕{米化技術(shù)。