工程热力学与传热学课程体系建设的实践与探索

胡 石，刘全义

(中国民用航空飞行学院 民航安全工程学院，四川 广汉 618307)

工程热力学与传热学课程是安全工程、消防工程等专业的基础课程之一，其教学水平直接影响相关专业学生的培养质量。由于是新增专业的新开课程，在专业及课程建设方面较其他学校的同类专业存在一定的差距。此外，学院是一所民航院校，行业特色明显，毕业生也多数从事民航领域油料安全相关的工作，因此在该课程的建设与教学过程中必须结合专业实际、突出专业特色。本文从课程体系内容及教学方法角度总结了我校在该课程体系建设实践过程中的一些经验。

1 课程体系内容

1.1 教材选择注重基础、兼顾专业

工程热力学与传热学是一门涉及高等数学、物理学、流体力学等知识的综合性课程。因此，选择涵盖有工程热力学及传热学两部分内容，章节编排层次分明，概念、定律严谨、精炼易于学生理解的《热工基础》作为主要教材。该教材通用性较好，适于对工程热力学与传热学的基础理论知识进行讲解。

此外，鉴于学院安全工程及消防工程专业培养目标的设置，学生在学习与日后工作中会经常与航空油料打交道。因此，在实际教学过程中辅以《石油工程传热学》《埋地输油管道泄漏过程传热理论与应用》等教材，重点讲解其中油料储运相关的传热学理论知识，以做到通识理论与专业知识相结合，使培养出的学生理论扎实、专业能力强。

1.2 课程安排内容全面、重点突出

在课程体系建设中要注意对数量较多的概念、定理讲全讲透，不能因为内容多，而对基本原理有所忽略。该课程理论逻辑性较强，对中间某一部分掌握不足就有可能导致知识链的断节，影响整个知识体系的构建。例如，教师对理想气体状态方程式重视不够，就会使学生对方程式的形式及对应参数区分不清，影响后续理想气体的热容、热力学能、焓和熵的教学，进而造成学生难以理解理想气体热力过程的计算。因此，在课程体系建设中，对学科基础知识点要做到全面覆盖。

此外，鉴于我校该课程是48学时的非长学时课程，在不影响理论体系的前提下，部分非重点章节可以忽略不讲，例如燃气轮机装置的理想循环、凝结与沸腾换热等。

在全面内容的基础上，还要做到重点突出。该课程由工程热力学、传热学两部分组成。工程热力学主要讲解热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律以及提高能量转化效率的途径，而传热学主要讲解不同温度的物体或同一物体的不同部分之间热量传递规律以及控制热量传递过程的技术措施。二者之间有所联系也有所区分，对于安全工程以及消防工程本科专业来说，为了利于学生日后的升学与就业，应更加注重传热学部分的教学。因此，在课程体系建设中，稍微突出了传热学在学科体系中的地位，而略微削减工程热力学部分所占课时。

1.3 课件制作理论严谨、趣味生动

本课程理论逻辑性较强，公式较多，在课程体系建设中一定要注意公式、定理推导的重要性，以板书或多媒体的形式一步步展示推导过程。需要注意的是，可以采取课后作业或者课堂跟随讲解步骤自行推导等方式，带领学生得出最后的结论。不能一味地以“背下来”“划重点”来敷衍了事。让学生参与到公式、定理的推导过程中，可以培养其独立思考的能力，并使其在自行推导的过程中深刻体会各概念与定理的应用，让学生知其然更知其所以然。例如，在讲解卡诺定理时，应当对卡诺的生平及其所处的时代背景进行一定的介绍，从而使学生了解卡诺定理建立的过程及其必要性，并自然而然地意识到该定理的重要性。此外，多媒体课件在以文字描述为主的同时，应适当增加图片以及视频等资料。多样性展示可以使知识点更加直观易于理解，增加课堂趣味性并调动学生积极性。例如，在讲解温度变化对不同物质的热导率的影响这部分内容时，涉及到“晶格”等材料学知识，在讲解此部分内容时应当借助视频资料或者实物模型等手段使学生更易理解。

1.4 篇章过渡方法区分、逻辑连贯

本课程由区分明显的工程热力学、传热学两部分组成。在进入第二部分传热学之后，课程内容一定要注重与第一部分工程热力学相结合。在比较两者差异的同时，也要强调两者之间的联系，否则会割裂这两部分内容，不利于学生建立系统的工程热力学与传热学知识体系。例如，在用集总参数法求解没入冷水的灼热铁块达到特定温度所需的冷却时间时，要强调工程热力学只能求出系统的最终平衡温度而无法得出温度随时间的变化情况，但是同时，在导热微分方程的建立过程中要强调热力学第一定律的运用，从而使学生意识到工程热力学和传热学绝对不是不相关的两门课，其相互联系、各有所长。

1.5 学时设置理论为主、实验为辅

该课程是一门理论课程而不是专门的实验实践课，因此我们在48学时的总学时中选取了4学时用于学生实验。工程热力学与传热学的实验大多较为复杂，可以挑选一些较为简易的实验让学生动手操作，实验装置可以购买也可以自制。我们自制了一套等截面直肋片温度测量装置，通过使用热电偶对不同时间、不同位置的肋片温度进行测量，使学生对稳态导热下肋片的温度分布规律又直观地了解。

2 课程教学方法

2.1 课堂注重基本概念，讲解典型例题

工程热力学与传热学是一门理论性较强的课程，知识点较多、涉及面较广，因此在教学过程中要不断对知识点进行强化并及时了解学生的掌握情况。对于概念、定理及公式等基本概念采取课堂点名提问的方式敦促学生在课堂上及时消化掌握。对于基本概念的实际应用，需要大量的习题进行强化，以加深学生的理解。在定理与公式的讲解过程中需要适时地跟进若干例题，先让学生进行思考，再对步骤进行讲解。由于课程时间有限，例题的选择一定要具有代表性，数量不宜过多。

2.2 课后布置多元作业，安排答疑时间

每一节课后都应布置相应的课后作业。课后作业的题目类型要注意多元化，在证明题、计算题等大题之外辅以选择、填空、判断等题型，加强对基本概念的考察。

2.3 考核采取多样形式，培养应用能力

该课程的工程热力学、传热学两部分之间具有一定的联系，但也有较大的差异与跨度。为避免学生遗忘以及减轻期末复习的负担，在两部分教学阶段之间设置期中考试。为突出知识的应用性，减少学生花在死记硬背上的时间，考试采取半开卷的形式，即允许学生在考试时携带一张规定大小及行数的纸张，以记录其难以背诵下来的公式或定理，在减轻学生负担的同时引导其将注意力放在知识应用、问题解决上。课程总评采用“总成绩=平时成绩(30%)+实验成绩(10%)+期中卷面成绩(25%)+期末卷面成绩(35%)；平时成绩=课堂表现(30%)+出勤(20%)+作业(50%)”的计算方式，综合、全面考察学生的学习情况。

3 总结

在工程热力学与传热学的建设过程中要做到兼具理论性与实践性，不能将该课程变成公式背诵与数学计算课程。要联系专业实际，调动学生的学习积极性。教学方法上以学生为本，注重培养学生的理论思考能力与解决实际问题的能力。此外，在实际的课程建设与教学过程中，仍旧会有新问题不断产生，这就要求必须以学习的态度，不断构想新方法、解决新问题，以确保课程的教学质量不断进步，紧跟时代步伐，满足国家的人才需求。