机械类专业热工基础课程教学探讨

李享 李子腾 张亚豪

摘 要：近年来教育体制的改革，教育方式也在不断深化改革。热现象是自然界和科学技术领域最普遍的物理现象，热能是人类利用自然界能源的一种最主要的能量形式。“热工基础”就是专门研究如何提高热功转换效率、热能转换及传递基本规律的一门专业基础课，在工程教育中占有举足轻重的地位。本文就机械类专业热工基础课程教学展开探讨。

关键词：机械类专业;热工基础;教学方法

引言

“热工基础”课程以研究热能的有效利用及转换与传递规律为其基本内容，在机械类本科生人才培养中具有重要地位。课程内容包含工程热力学和传热学两部分，其中工程热力学篇主要研究热能与其他形式能量（特别是机械能）之间的转换关系、转换规律及其应用;传热学篇主要研究热量传递的基本方式及其传递过程。

1热工基础课程改革背景及意义

热工基础课程由两门专业基础课程合并而成，包含工程热力学部分和传热学部分，知识组成与两门独立的工程热力学和传热学课程相同，但是只有32学时。热工课程内容繁多，课程体系复杂，而课程开设学时较少。这就形成了内容多与学时少的鲜明矛盾，如何在原有学时基础上达到很好的教学效果就成了一个值得关注的话题。目前，机械类专业包括机械自动化、机核、机电、过控、车辆等专业方向均开设了热工基础课程，如何在达到基本教学效果的基础上，进一步满足不同专业方向的要求也是需要考虑的问题。经几年教学实践发现，机械类专业热工基础课程存在以下问题：（1）传统教学方法和手段与“互联网+教育”之间的矛盾;（2）课程学时少与内容多的矛盾;（3）大类专业统一授课与兼顾各个专业特点的矛盾;（4）教师自身工程经验不足与学生工程能力培养的矛盾;（5）实验内容少且单一与学生实践创新能力培养的矛盾。工程教育专业认证对机械专业提出了新的人才培养要求，因此，为解决课程存在的问题及适应工程教育专业认证的要求，迫切的需要对热工基础课程实施改革。

2机械类专业热工基础课程教学探讨

2.1教学内容调整和优化

在机械类专业中开设“热工基础”首先遇到的就是理论学时不足的问题。因为课时数的限制，在机械类专业中开设“热工基础”课程不可能像能源动力类专业那样教学内容和知识点面面俱到，必须要结合机械类专业的特点和知识需求有所取舍。根据工程教育专业认证中对本科生的毕业要求，针对课程内容多、概念多、公式多、既重理论又具有较强实践性的特点，采用主线式教学，梳理课程目标、课程内容与毕业生毕业要求的对应关系。其基本指导思想是：以能量守恒为线索将课程内容融会贯通，以形成一个有机的整体，以基本概念、基本定律为主要知识点，重基础、重应用、避免死记硬背，改变传统教学中将“热工基础”课程当作两个独立部分的做法。基于以上思想，构筑起以能量守恒定律及其方程为基础，学科知识有机结合的课程内容体系，在保证“工程热力学”和“传热学”自身特点的同时，加强学科间的内在联系;同时，把学生从记忆繁杂的定义和公式中解放出来，把更多的精力放在对概念的理解和应用上。这样一来教学内容更具条理性，学生能够站在学科高度上看待具体问题，教学也更为系统、高效。突出学科前沿及社会热点问题，围绕机械类专业后续课程及机电产品设计所必备的专业知识组织教学，比如节能问题、新能源问题、与机电产品设计紧密联系的热设计问题等，提高学生的学习兴趣与积极性，增加学生解决工作中所遇到的热工工程领域实际问题的能力。

2.2教学方法与手段

学习热工基础课程的最终目的是解决：（1）能量传递与转换;（2）传热有关的工程实际问题。在制定教学计划、设置课堂、选择课程内容时，必须考虑以应用型教学为主。同时，教师在讲授热工基础知识的过程中，要避免照本宣科，注重学生对基本概念的理解，强化工程实际应用，将复杂的东西简单化，弱化数学推导和逻辑证明，最终让学生在理解相对深奥的理论知识后，能够快速转入实际应用。例如工程热力学篇的基本概念、基本定律的论述都是以热能利用、热机工作原理为背景展开的，那么可以利用第一类、第二类永动机的例子引出热力学第一定律、第二定律的教学内容;结合P-v图和T-s图讲解功量和热量以及理想气体的典型4个热力过程，包括定容、定压、定温和定熵。传热学篇中，在探讨热量传递的方式及定律时，可参照“一个概念、一个公式、两个定律、三种方式”展开。一个概念指热阻的概念，类似于高中物理的电阻，由此可引入温差、热流量（或热流密度）、热阻（或单位热阻）的热网络图;一个公式指对流换热过程的牛顿冷却公式。其中，热对流与对流换热的联系和区别是学生在实际应用中需要理解的一个要点。两个定律分别指导热的傅里叶定律和黑体辐射的四次方定律。三种方式指三种基本的传热方式，即热传导、热对流和热辐射。在讲解这三类传热方式时，可从具体的工程实例出发，避免复杂的公式推导。

2.3倡导学生自主学习

学生在课堂上的参与程度是影响其课堂效果的重要因素。从头至尾的灌输式教育使得学生在理论教学中参与度低、积极性差。针对这个问题，在课时安排上已经对授课内容进行改进，突出应用实例的趣味性、吸引力;在学生方面，如果能够调动他们自主学习的意识将有效促进最终的教学效果。教不严，师之惰。在日常的教学环节中，教师巧妙设置需要学生自主参与的环节。针对每个章节安排学生在课外进行小课题研究，调研近期的研究热点，寻找生活中应用的实例，对自然现象进行科学解释。在这种自主结队、自主研究和自主总结成文的过程中，锻炼学生的自学能力，提高学生对于课程的熟悉程度，增加課程学习的趣味性，最终培养学生自主学习的习惯。该措施不仅有利于本课程的学习，同时助于培养学生终生学习的能力。

2.4建立合理的质量考核指标，评价反馈教学效果

热工基础课程为必须专业基础课程，课程学生总评成绩由期末考试成绩和平时成绩组成，而平时成绩包括课堂表现，作业和课程实验。期末考试成绩能从一定程度上反映学生对课程知识点的掌握情况，而班级成绩平均值能反映出学生的平均掌握情况，因此将各个班级考试平均成绩作为考核的一个指标点。为适应专业认证要求，对课程设定了两个课程目标，通过计算课程目标的达成度来评价对于每个目标要求的满足情况，其课程目标达成度结果作为另一个考核指标点。通过对两个指标点的对比分析，可得出学生对于知识点的掌握情况，以及工程知识的分析运用情况，并把考核结果反馈于教学的每个环节，从而改进教学手段，提高教学质量。

结语

大多机电类产品在设计时都要进行热设计或者考虑热控制的问题，“热工基础”课程已成为机械类专业学生的知识体系中不可缺少的部分。“热工基础”作为机械类专业的一门重要的专业基础课，包括“工程热力学”和“传热学”两部分，但又不是两部分的简单累加，教师在教学中应将这两部分有机的融合在一起，科学规划教学内容，改革传统的教学方法和考核方式，结合多媒体和网络教学平台等新兴教学手段改善理论教学效果;同时，通过建立“热工基础”实验平台和科技创新项目，改进实践教学，提高学生的动手实践能力和创新性，并对其进行综合实践训练。

参考文献：

[1]何雅玲，陶文铨.对我国热工基础课程发展的一些思考[J].中国大学教学，2017（3）：12-15.

[2]王芳，胡小平，冯莉媚.新标准下高等工程教育专业认证的思考[J].教育现代化，2017（1）：90-92.