机械类本科生“热工基础及流体力学”课程教学改革探讨

2021-04-11陈晓娟焦坤灵

甘肃科技 2021年5期

陈晓娟，焦坤灵

（1.内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头 014010；2.内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古包头 014010）

内蒙古科技大学机械工程学院机械类专业立足内蒙古，面向全国，以培养适应经济社会发展需要、专业基础扎实、工程实践能力强，具备科技创新精神的高级工科专业人才为目标。在高等工程教育改革发展的新时期，我区作为国内重要能源基地，以新技术、新产业为特点的新经济模式大力发展，对高等工程教育提出了新的要求。

“热工基础及流体力学”课程包括工程热力学、传热学以及工程流体力学的内容，核心目标是掌握以流体介质为能量载体的力学规律、热量传递规律和能量转换规律。对从事机械类专业的技术人员来说，其工作内容无不涉及能量的转换和传递问题，从机械加工设备到工程机械装置，从过程装备、工程控制到机械电子系统均离不开能量的传递与利用，机械类专业的学生应该具备合理用能、节能环保的意识，懂得基本的技术原理，因而该课程在机械类专业人才的培养中具有重要地位。结合工程教育认证理念，我校机械类专业合理优化课程体系，新增了“热工基础及流体力学”课程，本文就课程的教学内容、教学文件、学生自主学习等方面进行研究与探讨。

1 课程现状和教学思路

1.1 课程现状

内蒙古科技大学机械工程学院机械类本科专业新版培养方案将“热工基础及流体力学”作为专业核心基础课开设在第5 学期，具有承上启下的学科特点。课程从物理学的热学、力学基础知识延伸到实际工程问题，理论性强，应用性强；与机械类学科专业课相比，该课程涵盖了三门独立课程，内容抽象，知识难点多、微积分公式多，学生学习难度较大。然而，学生对该课程的理解和掌握程度，直接关系到其后续专业课程的学习状况。

课程教学内容涉及三门课程，选用教材将其分为三个独立篇章。工程热力学篇包含5 章基本内容，重点讲授热力学第一、第二定律；传热学篇包含5 章，重点涉及热传导、对流传热和换热器部分；流体力学篇包含5 章，集中在流体静力学、运动学、动力学和管道流动等问题。现存教材多将三门课程分成独立篇章，各部分内容之间关联性不足，需要梳理出清晰的知识逻辑架构。

课程教学大纲设置总学时32，全部为理论教学课时。教学任务多而课时安排过少的矛盾非常突出，需要对课程大纲进行合理调整。

当前的课堂教学方式采用传统的“满堂灌”，学生被动接受式教学模式，课程中多章节涉及大量公式推导和专业概念，加之课程进度快，学生存在畏难情绪，学习效果不佳。部分学生对课程在专业中的地位理解不足，学习积极性不高。需要更加灵活的授课方法提高教学效果。

1.2 教学思路

基于上述课程特点和现状，结合我校机械类专业实际情况，制定了如下教学思路：

1）剔除课程中难度较大、应用面较窄的边缘知识，集中精力讲授基础理论体系和核心概念。

2）教学过程中减少不必要的推导、侧重理论、公式概念的理解和应用。

3）注重思维方式、节能意识和终身学习能力的培养。教学过程中注重分析问题思路的讲解，培养学生建立力学思维方式、合理有效地利用、控制热能的节能环保意识、提高学生自主学习意识和学习能力。

2 对课程的探索与思考

2.1 优化课程内容、增加课时

首先，建议整合课程内容，寻找三门课程内容的相似性和关联性，明晰学科间的逻辑关系，结合专业特点建立系统的课程体系。

三门课程虽侧重点有所不同，但使用的研究方法均基于控制体的能量平衡法，针对具体研究对象，能量方程的表现形式略有不同；研究对象均涉及流体，“工程热力学”中能量转化的工作介质即为流体，由于气体的压缩性和膨胀性较高而成为主要的能量转化工质，其中理想气体性质及其热力过程相关理论是“工程流体力学”中分析气体动力学的基础，而工程流体力学中对黏性流体流动的分析是热能传递，特别是对流传热的研究基础。

其次，“热工基础及流体力学”课程的教学中应侧重知识点背景和工程应用的介绍。针对各专业特点和要求，增加专业应用实例解析。以过程装备与控制工程专业为例，工程流体力学部分与专业课的过程流体机械案例结合；传热学与过程设备设计中的换热器部分、压力容器保温措施等结合；工程热力学部分增加煤化工实际动力循环，如整体煤气化联合循环发电系统等工程实际案例。以此强化学生对概念和公式的理解，并将课程知识点与专业知识建立关联性，帮助学生构建专业框架，提高学生对课程的认知，激发学习动力。

最后，考虑到课程展开的连续性和完整性，结合实际教学情况，建议将课时从32 学时增加到48学时。通过上述探索以解决目前教学内容多而学时不足的问题，以及三门课程独立存在的现状。

2.2 互动式教学大纲，调动学生的参与度

为提高教学效果，调动学生的教学参与度和学习热情，引入互动式教学大纲设计，弥补传统教学大纲备而不用的不足。

将教学大纲引入课堂，并在课前就大纲的设计理念和内容进行师生的互动讨论和修正，使学生了解课程内容以及师生各自在教学过程中的任务，并达成一致。核心思想是借助教学大纲“契约机制”的约束作用，师生都会在心理上期待按照教学大纲的要求履行自己的责任,完成约定的施教与学习任务。强调以课程内容为中心的教学大纲向以学生参与为中心的教学大纲的转变，以此来提升课堂教学质量。

2.3 倡导学生自主学习，培养终身学习能力

为弥补课时不足，教学中往往会要求学生在课前、课后对现有的微视频（精品课、慕课等）进行学习，然而大部分学生往往流于形式，并未进行有效学习。为解决这一问题，提出在教师指导下，学生自选知识点，在学期结束前分组独立完成数个知识点的微课制作或案例研究，并在学期末将各组的研究成果进行评比，作为同学们的过程考核成绩，其中小组组长的成绩由评比产生，组员的成绩由组长给定。

这种自主结对、自主研究或自主制作的过程，体现以学生为中心的自主学习体验，打破课堂学习的时空限制，锻炼学生的自学能力，在帮助学生深度理解和应用知识点的同时，培养学生的分工协作、团结合作的能力。该措施不仅有利于本课程的学习，同时可培养学生的终身学习能力和自主学习意识。