热工基础课程内容交叉渗透研究及其教学改革探索

王艳 周向葵 李莹

摘 要：在工程教育认证的背景下，结合培养计划的基本要求，针对热工基础课程中教学内容交叉渗透和教学方式存在的问题，本研究提出了合理优化教学内容、改革教学方式、改革考核方式和增加实验类别四个方面的教学改革方法。该教学改革实践将理论和工程应用结合起来，全面提升学生的创新能力和实践能力，为培养机械类专业应用型创新人才奠定了基础。

关键词：热工基础;课程内容;交叉渗透研究;教学改革

热工基础课程的基本内容包括热能的有效利用、转换及传递规律等，在工科专业培养中具有重要的地位。课程内容可划分为热力学和传热学两部分。其中，热力学主要是研究热能与其他形式能量（特别是机械能）之间的转换关系及规律，传热学主要研究热量传递的方式及过程。

郑州轻工业大学机械设计制造及其自动化专业创建于1977年，2003年获得硕士学位授予权，2008年所属的机械工程一级学科被评为省级重点学科，2011年成为河南省特色专业。根据现代化建设和社会进步需要，郑州轻工业大学机械设计制造及其自动化专业贯彻“全面素质提升与工程实践能力培养相结合”的思想，培养具有机械设计、制造、电子技术和计算机CAD/CAM/CAE等方面的應用能力，从事机械装备、制造工程自动化、工程设计研究等具有创新精神和实践能力的高级工程技术人才。因此，提高热工基础等专业课程的教学要求势在必行。为了加强课程建设，完善机械类专业应用型创新人才培养体系，满足工程教育认证对人才培养的要求，根据郑州轻工业大学的实际办学条件和笔者对热工基础教学现状的认知，本研究对该课程的教学内容与方法进行研究和探索，以提高教学质量。

一、热工基础教学现状

（一）课程内容方面

首先，热工基础课程涉及面较广。主要内容包括：热力学第一定律和第二定律，理想气体及蒸汽的热力性质与过程，以及导热、对流换热、辐射换热的基本传热理论等。此外，还包括活塞式内燃机循环、蒸汽动力循环、压缩空气制冷循环与压缩蒸汽制冷循环等内容。郑州轻工业大学机械类专业热工基础课程学时计划为32学时，其中包含理论教学28学时和实验教学4学时。就目前的教学学时安排，仅用28学时就讲完上述内容，是非常紧张的。

其次，该课程是面向机械制造及其自动化、机械设计及其自动化、机械电子工程及车辆工程等专业开设，涉及多个不同专业。由于采用相同的教材和教案，有时甚至不同专业学生一起上课，导致授课脱离专业需求，使学生普遍感到枯燥乏味。因此，对于不同专业的培养需求，往往需要因材施教。例如，对于机械专业的学生，有些课程内容只需要了解;对于车辆工程专业的学生，则要求熟练掌握。但是，教学内容应如何删减、侧重均值得探索。

最后，热工基础课程中对流换热部分教学内容涉及流体力学课程中的部分概念与理论，如边界层、连续方程等。但是，在学习热工基础课程之前，学生并未学习流体力学课程。因此，在授课时教师还需增加相关的、必要的流体力学知识，使得原本不充足的教学学时更加紧张。另一方面，虽然热力学与传热学在发展中互相渗透，且部分内容互为前提，但是，这种优势在热工基础课程中并未体现出来。当热力学与传热学被整合为热工基础后，热力学与传热学并没有很好地融合。现在使用的教材中，仍将热力学部分和传热学部分分开讲授，内容也是相互独立的，从而导致在讲授过程中出现很多问题。例如，部分热力学内容需要在了解传热学概念的基础上进行讲授，但是学生此前并未了解，因此，学生的听课难度就会增加。

（二）教学方法方面

首先，热工基础的教学仍然采用被动授课方式，即教师通过PPT与少量板书对教学内容进行讲述。这种单向灌输方式和抽象概念的结合，致使课堂氛围枯燥乏味，从而打击学生学习的积极性和主动性，严重影响了热工基础课程的教学效果。

其次，讲授过程中，如果过分强调对新知识的掌握，忽略了专业技能的培养，就会导致教学内容脱离学生专业及工程实际应用。另外，热工基础课程内容与实践结合性较强，学生对应用环境了解较少，在现有的理论和实验授课基础上，学生就难以将该课程的理论知识与实践相联系，从而对该课程的学习失去兴趣，降低学习效率。

最后，目前的热工基础课程比较注重讲授理论知识，忽视了对学生实践能力和创新能力的培养。在学时安排上，实验教学只有4学时，且均为验证性实验。通常，实验前由指导教师做好实验的准备工作，实验过程中由学生进行数据的记录，这种操作会使学生失去对实验的兴趣，且难以培养学生的动手能力。此外，实验课程的教学质量缺乏硬性考核指标，对学生参加实验情况缺乏有效监督。

二、教学改革的探索与实践

（一）教学内容调整与优化

由于学时的限制，结合机械类专业的特点、培养目标和需求等，我们对热工基础课程的教学内容进行了取舍与删减。在制订新版大纲与教案时，充分考虑了工程教育认证对人才培养的要求。在教学过程中，针对本课程特点，从热力学与传热学教学内容中寻找主线，对两部分内容进行融合，从而形成一个有机整体。例如，流体力学中黏性流体流动过程是讲解对流换热过程的前提，涉及边界层、雷诺数、连续方程等。此外，以能量守恒为主线，对热工基础内容进行了融合，在保证热力学和传热学自身特点的同时，加强了两者间的内在联系，使热工基础教学更加系统与高效。

（二）教学方式改革

在热工基础课程的教学过程中，摒弃了灌输式的教学模式，采用启发式和互动式的授课方式，将课堂中心转向学生，结合日常生活及工程应用背景，引导学生主动思考，培养学生逻辑思维能力和自主学习能力。在每次教学结束时，结合本次课程内容和生活实际或者工程问题，提出几个问题供学生思考。在下次上课时，引导学生主动回答问题。例如，在讲到热对流与热辐射时，提出“在晴朗无风的夜晚（温度为2℃左右），草地上出现白霜，但在阴天或者有风的夜晚，草地上却未出现白霜”类似问题，充分调动学生的学习积极性，鼓励学生思考并主动回答问题，带着问题去学习。该过程有利于学生把相关的知识点串联起来，从而掌握并灵活应用课程内容。

此外，在教学过程中，教师结合自身的科研工作，将科研现象引入课堂，帮助学生了解相关科研领域的前沿工作。笔者主要研究方向之一是摩擦学行为研究，摩擦热量的释放与传递是其中一个不可或缺的因素。在讲解热传递过程时，从现有机械设备的摩擦、磨损现象入手，介绍热传递的过程及其对机械设备寿命的影响，从而对热传递过程展开讲述，让学生意识到科研的魅力与价值，进而引导学生独立思考，逐步提升其将理论知识应用到实际工程中的能力。

（三）考核方法改革

以往热工基础课程的考核包括平时成绩和期末考试成绩两部分，其中期末考试成绩占70%，导致很多学生平时不认真学习，期末考试前临时抱佛脚。可见，这种考核方法不能对学生的学习过程进行合理评价，这也与课程的培养目标背道而驰。参考其他高校的课程评价方法，我们对热工基础课程的考核方法进行了改革与探索。目前，该课程的考核成绩由期末考试成绩、实验成绩、课堂表现与作业三个方面组成，其所占比例分别为50%、30%和20%。如此，课程考核的重点倾向于教学过程，期末考试成绩仅占总评成绩的50%，有效避免了学生突击式的学习方式。此外，在考试内容中还增加了开放性、综合性的试题，并适当引入工程应用案例分析题，为培养具有创新精神和实践能力的高级工程技术人才奠定了基础。

（四）增加实验，加强工程应用

实验教学服务于理论教学，为此，我们适当增加了实验学时和项目，由原来的4学时增加至6学时，实验项目也在验证性实验的基础上，增加了开放性实验和综合性實验，这类实验具有探索性和创新性。例如，提高循环效率实验，要求学生对实验过程进行设计，并拟定相应的实验方案;指导教师对其进行审核和指导，从而促进对学生创新性和探索性能力的培养。而实验成绩在考核中的比例提升至30%，加强了教师对实验过程的管理与考核，提升了实验教学效果，有助于培养学生理论与实践相结合的能力。

三、结语

热工基础课程是机械类专业必修专业基础课程之一，对学生后续的课程设计、毕业设计等都具有重要的作用。在教学中将传热学和热力学进行有机融合，因材施教，改革传统的教学方法与考核方式，有助于培养学生自主学习以及发现问题、分析问题、解决问题的能力，从而为培养机械类专业应用型创新人才奠定基础。

参考文献：

[1]张学学.热工基础[M].北京：高等教育出版社，2015.

[2]彭玉，王红艳，张翠珍.机械类专业热工基础课程教学探讨[J].科教文汇（中旬刊），2019，（11）.

[3]石尔，姜昌伟，刘小波，等.基于工程教育核心理念的热工系列课程改革[J].广州化工，2019，（17）.

责编：艾 和