研究生示范课程《高等工程热力学》建设与实践

卢春萍 牛建会

摘 要：《高等工程热力学》作为省级研究生示范课程，课程组结合课程目标定位、培养定位及课程设计理念，从教学方法、教学手段及教学模式入手进行教学改革与创新，利用课程教学的网络资源进行混合式教学，同时利用建设良好的研究生实践基地进行实践性教学，使课程建设具有特色性及创新性，力求将其建成省内一流的教学示范课程。

关键词：建设与实践；方法与手段；总结与改进

1 概述

《高等工程热力学》是“供热、供燃气、通风及空调工程专业”研究生所设的一门重要专业理论基础课；该课程为“高效利用能源、节约能源以及开发新能源”等相关技术领域提供理论知识，为从事工程设计、施工和管理的应用型人才提供理论基础。课程组对课程体系深入研究、教学模块调整改进，使学生基础扎实，又提高了学生解决工程问题能力，同时采用了将课程教学与科研项目、实践基地利用相结合，多渠道来加强学生创新能力与实践能力培养。课程组对教学内容与教学方法进行改革，采用优化教学方法，教学效果良好；对教学模式和教学手段进行创新性研究，并予以实践。总之，取得了一些示范课程的建设成果与收获。

2 课程目标定位及培养定位、课程设计理念

2.1 课程目标定位及培养定位

基于我校“人才培养定位”“建筑与土木工程专业硕士培养定位”的双重目标，制订了“课程目标定位及课程培养定位”。“高等工程热力学”是一门专业理论基础课，在本科课程“热功转换”理论基础上，进一步讲授“热功转换”过程中的热力学完善程度、工质热力性质、新工质、热力系统评价和化学热力学等相关内容，使学生掌握认识和理解热物理过程发生规律的基本方法，为从事相关科学研究打下良好基础。该课程对能源高效利用、节能和新能源开发都具有重要的理论价值和指导意义，对培养基础理论扎实、专业知识面广的技术研发、工程设计等人才，具有“重要理论基础”的意义。作为供热、供燃气、通风及空调工程专业的核心课程，旨在培养学生扎实热工理论基础、专业能力提高和实践能力的提升。

2.2 课程设计理念

我们从培养“从事土木工程学科各领域设计、教学、施工、管理的高层次技术人才”和培养“具有独立担负相应领域技术研发、工程设计、施工和管理能力，具备国家注册执业资格相关能力的高层次应用型人才”目标出发，提出“以学生为主体，夯实热工基础理论，重点培养专业应用能力”的课程设计理念。

（1）从知识、能力与素质三个维度设计教学目标。基础理论知识扎实、学以致用，将知识内化成能力是重点，素质培养贯穿教学的各个方面。

（2）以学生为主体，构架基于研究性教学的“三段式”教学模式。以研究性学习为理念，构建课前自主学习、课堂研讨、课后拓展和创新的“三段式”教学模式。

（3）结合课程内容，抓重点难点，夯实热工基础。梳理课程教学内容，匹配以适合的教学方法及考核方法，提高本课程的教学质量，达到研究生培养目标。

（4）教学内容突出前沿性和应用性。关注热工学科新理论、最新动态与最新成果，密切联系工程实践，重点培养专业应用能力。

3 课程讲授模块及主要内容，布置的课程论文

3.1 课程讲授模块及主要内容

3.2 布置的课程论文

（1）结合自己的研究方向或研究内容，针对某一热力循环实例，选取热力循环运行参数，对循环过程进行热力分析及有效能“”分析，指出热力循环改进途径及措施。

（2）利用虚拟火电机组仿真系统，对300MW火力发电机组进行虚拟仿真及运行调节，结合多种汽轮机运行蒸汽参数及热力循环的运行数据，对热力系统的运行特性进行分析，为优化运行提供技术指导。

（3）模拟某一单效溴化锂吸收式制冷系统，对热力系统进行热力计算及性能分析，包括如下内容：自学“二元溶液特性”“溴化锂溶液特性”；利用具有工程背景的模拟参数，对热力系统“整体”“各部件”进行能量平衡、质量平衡分析等热力计算；改变某些参数，如“热源温度”“冷却水温度”等，试分析对系统性能的影响。

学生完成课程论文情况较好，对所学理论难点“分析”有了深入理解；对“溴化锂吸收式制冷系统”工程问题予以解决，既学习“二元溶液性质”，又对复杂热力设备进行热力分析，教学效果良好。但也有些问题反映出来，特别是“虚拟火电机组仿真系统运行特性分析”，需要学生花些时间学习“虚拟火电机组仿真系统”，结果是“课程学时紧，教学任务繁重”。

4 采用的主要教学方法；信息化教学手段的运用；体现课程特点与教学风格的教学方法创新与探索

4.1 主要教学方法

为了增强教学效果，充分调动学生积极性，提高课堂效率，增大教学信息，探索与教学内容相适宜的教学方法，教学实践如下：

（1）改变“专业基础课采用板书”传统教学模式，采用“PPT课件+板书”授课，制作中采用“超链接”等弥补基础课“公式推导”等特殊性。

（2）采用翻转课堂式教学模式，对课程教学内容及组织实施做一些变革，采用课下预习自修、课上深入讨论等教学模式。

4.2 信息化教学手段的运用

（1）借助现有学校教学网络平台，如雨课堂，将制作多媒体课件、教学讲义等教学资料上传网络；对精品课程網站的教学资源，课程组分类汇总后上传于网络。

（2）利用网络教学平台，可以进行在线答疑、网上讨论，促进师生间的教学交流，有利于教学效果提高。

（3）本课程理论性强、概念多而抽象，按讲授模块作为节点，对重点难点知识制作成微课等视频，发布于网络平台，作为课堂教学的补充。

4.3 课程特点与教学风格的教学方法创新与探索

（1）针对理论性强、学时少的特点，探究“高效”的教学方法。该课程理论性强，学时较少，如何高效教学，总思路：“重点难点详细讲解”+“理论应用部分指导性学习”+“课堂讨论、学生汇报”。

（2）借助计算机编程，提高学习动力，增强学习效果。对于“流体工质热力性质计算”授课模块，编程求解实际气体状态方程，将程序运行结果与实测比对，加强理论基础的掌握。

教学中做法：描述实际气体p、V、T关系的状态方程式很多，比较常用有范德华方程、维里方程、RK方程等，已知T、p，求解实际气体的Vm，最终都归结为求解三次方程的根；求解三次方程的根，一般采用牛顿迭代法。利用计算机编程可以在极短的时间内完成不同物质在不同T、p条件下的精确计算，从编写程序的实际运行结果看，计算结果与实测值吻合度较好，计算精度较高。

（3）将动态仿真实验教学引入课程，为课程教学及科研工作奠定基础。发挥虚拟火电机组仿真系统的优点，对多种典型发电机组的参数优化设计，掌握蒸汽初参数、终参数等参量对发电厂发电效率具有相关性进行研究。

（4）积极探索“理论教学与科研相结合”教学模式。结合课程组省级课题《分析方法研究填埋气供暖技术应用》，将分析方法的理论教学应用于科研；结合建设部项目《太阳能—空气源热泵的系统研究及应用》中，将“热力循环”理论授课内容应用于科研项目。

（5）积极探索“理论教学与实践教学结合”教学模式。“河北建筑工程学院可再生能源中心”是省级教学实践研究示范中心，特别是“空气源热泵机组”等实验教学平台的搭建，为该课程“理论教学与实践教学”相结合提供了很好的基础。

5 研究生实践基地的建设与利用

5.1 实践基地的建设情况

目前，能源工程系研究生实践基地有三个：张家口市市政公用热力公司、河北建筑工程学院可再生能源示范中心、张家口市可再生能源储热装备与利用重点实验室。下面分别对后两个实践基地建设做一说明：

（1）河北建筑工程学院可再生能源示范中心：属于能源应用技术、热力与建筑节能行业。中心研发人员34人，目前中心面积4540平方米，设备总价值1200万元。目前围绕风光储能供热相关产业发展过程中基础性、关键性和共同性技术问题开展攻关，进行系统化、配套化和工程化研究，提供可规模化生产的成套技术、标准、工艺、装备。

（2）张家口市可再生能源储热装备与利用重点实验室：实验室主要针对各种可再生能源储热技术涉及的关键技术问题进行系统研究。主要研究方向设为：水蓄热设备及储放热性能研究、固体蓄热设备及储放热性能研究，可再生能源储能设备控制系统研究。

5.2 研究生实践基地的利用

借助于研究生实践基地的平台，课程组從以下三个方面展开工作：

（1）“课程理论基础+科研+实践基地”的教学模式。将“理论教学、科研、实践基地”三位融合、教学相长、相互促进。课程组教学实践如下：“河北建筑工程学院可再生能源示范中心”包括“空气源热泵机组”实验教学平台的搭建，建立“空气源热泵的理论热力模型”，对“空气源热泵机组”进行运行特性分析，为科研项目提供数据支持等。

（2）“深入实践基地”为理论教学提供“实践应用”支持。组织学生深入实践基地，对工程的热力设备，如电蓄热锅炉、运行参数的数据采集等，为“理论教学中热力设备的有效能分析”等理论教学提供支持。

（3）邀请企业专家培训指导，提高学生专业实践背景和素养。在课程教学过程中，企业导师做专题讲座、技术交流，多提教学中的宝贵意见，特别是“如何满足企业人才需求的教学环节”“如何成为业务骨干等思政元素”“理论教学如何加强实践”等给予指导。

6 课程建设主要特色及创新点；课程教学的网络资源；运用国内相关教材情况；自编讲义情况

6.1 主要特色及创新点

（1）利用网络教学平台，将教学资料上传于网络，采用在线答疑、网上讨论等，作为课堂教学的补充，有利于教学效果的提高。

（2）课堂教学环节，采用“重点难点详细讲解+理论应用部分指导性学习”+课堂讨论、学生汇报”的教学方法，探索适合于研究生“高效”的教学方法及手段。

（3）对某些授课模块，借助计算机编程，更好掌握理论基础，获得掌握计算机编程等技能。

（4）将动态仿真实验教学引入课程，为课程教学及科研工作奠定基础。

（5）积极探索“理论教学+科研+实践教学”相结合教学模式，将理论教学应用于教学团队的科研项目，深入研究生实践基地，采集实验参数等作为理论研究数据支持，使教学内容、教学方法达到多样性及先进性。

6.2 课程教学的网络资源

河北建筑工程学院网络教学（如雨课堂）平台建立，为推动混合式教学提供了教学条件。教学平台功能模块包括：个人信息及班级管理；公告、讨论、归档等功能；课件制作及推送等；教师可以发布PPT课件、习题、重点难点等教学视频。对于网络平台功能，如课件制作或推送、在线考试、讨论答疑等，已应用到教学实践中，教学效果良好。

6.3 运用国内相关教材情况

（1）课程教学所用教材：《高等工程热力学》第2版，陈则韶编著，中国科学技术大学出版社；该教材为高等教育“十一五”国家规划教材；该教材特点：基本理论在深度、广度上高于和宽于本科工程热力学，适度体现“高等”的含义，内容上体现工程特点，与实际相结合，与成熟的最新技术相结合。该教材已用了3届，总体教学评价良好。

（2）教学参考教材：《高等工程热力学》，童钧耕等编著，科学出版社；该教材特点：考虑技术基础类的课程，在内容取舍、编排上以工程实用理论为主，同时兼顾热工科技的新成果。该参考教材已用了3届，总体教学评价良好。

6.4 自编讲义情况

按讲授模块做节点，依据课程设置目标“知识及应用能力培养”等，编制教学讲授讲义。编写讲义着力点特别强调“结合工程案例、结合热工新的科技成果”等。

7 总结与改进

通过“高等工程热力学”示范课程建设与实践，取得成果汇总如下：（1）课程组深入教学内容和方法的改革及研究，进一步完善现有的教学内容及教学方法体系，不断提高教学质量和水平；（2）课程组对教学模式、教学手段进行创新，制作与使用多媒体课件，课件制作精良，对重点章节制作微课等，进一步完善网络在线教学等，都取得了一定教学成效；（3）课程组加强课教学团队建设，提高教学师资水平，培养较高水平的教学团队，加强省内外教学经验的交流与合作；（4）加强理论教学、科学研究与实践环节的紧密结合，跟踪科技前沿，将最新的科技成果融入课程教学。

本课程建设存在问题与改进：（1）教学资源虽丰富，但网络化工作开展较晚，需要进一步加强、完善；（2）用于促进研究性主动学习的扩充性资料等需要进一步丰富；（3）“理论教学+科研+实践教学”相结合教学模式还有待于进一步研究探讨，使其愈加完善成熟。

参考文献：

［1］陈则韶.高等工程热力学［M］.第2版.中国科学技术出版社，2014.

［2］彦启森，等.空气调节用制冷技术［M］.第四版.中国建筑出版社，2010.

［3］童钧耕，等.高等工程热力学［M］.科学出版社，2006.

［4］廉乐明，等.工程热力学［M］.第五版.中国建筑工业出版社，2007.

項目：河北省教育厅2022年省级研究生示范课程；课程名称：高等工程热力学（项目编号：KCJSX2022102）；2021年度中国建设教育协会教育教学科研课题“面向建设行业人才培养的创新创业教育生态系统的构建研究与实践”（项目编号：2021084）；2022年度河北建筑工程学院教育教学改革研究与实践项目“新工科人才培养背景下创意创新创业教育改革探索与实践”（项目编号：2022JY001）

作者简介：卢春萍（1966— ），女，汉族，河北怀来人，本科，教授，研究方向：供热、节能技术。

*通讯作者：牛建会（1981— ），女，汉族，河北保定人，研究生，副教授，从事制冷空调热泵技术研究。