工程教育认证背景下实践课程教学改革与实践

摘 要 “换热器课程设计”是能源与动力工程专业中一门重要的实践课程。文章介绍了中南大学能源与动力工程专业所开设的“换热器课程设计”的课程特色、课程内容，以及教学目标，着重剖析了课程教学中存在的问题，并运用工程教育认证理念，从优化教学模式、提供创新环境和平台、强化标准体系意识、改进团队合作方式、革新考核方式等方面提出了一系列课程教学改革措施，为换热器设计及其他类似实践课程教学提供参考。

关键词 工程教育认证；换热器课程设计；实践课程；教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.25.034

Reformation and Practice of Teaching methods of Practical Courses in the

Context of Engineering Education Certification

——Take Heat Exchanger Design as an example

YANG Jianping， YANG Ying， LIU Liu， WANG Hongcai

（School of Energy Science and Engineering， Central South University， Changsha， Hunan 410083）

Abstract The course of Heat Exchanger Design is one of the most important practical courses for the major of Energy and Power Engineering. This paper introduces the course characteristics， course content， and the supportive relationship between teaching objectives and graduation requirements offered by the energy and power engineering major of Central South University. Then， the current status of the teaching of this course was analyzed. A series of reformation strategies for improving the teaching status were proposed based on the concept of professional accreditation of engineering education， such as optimizing the teaching mode， providing innovative environment and platforms， strengthening the awareness of standard system， improving teamwork， innovating the assessment methods， and so on. This paper provides a reference for the teaching of heat exchanger design and other similar practical courses.

Keywords engineering education certification; heat exchanger design; practical courses; course teaching

在“双碳”背景下，培养具有国际视野、创新意识、社会责任感的创新型人才是高校的重要使命[1]。工程教育认证是国际通行的工程教育质量保证制度，在提升专业建设质量方面发挥了重要作用[2]。工程教育认证的基本理念是以学生为中心、成果导向、持续改进[3]。参照《工程教育认证标准》，中南大学能源与动力工程专业在培养方案中制订了12个方面的毕业要求。实践课程是提升学生工程素养、创新意识与能力的重要环节，对支撑毕业要求起到了重要作用。本文以实践课程“换热器课程设计”为例，剖析了课程教学中存在的问题，提出了一些课程教学改革措施，以适应工程教育认证的要求。

1 “换热器课程设计”课程特点

1.1 课程内容

“换热器课程设计”是能源与动力工程专业的一门必修课，是对传热学理论知识一次重要的工程实践。通过该课程的学习，学生能够掌握工程中常用换热器的构型及工作原理，熟练地综合运用传热学知识，在给定的换热条件下开展换热器的热力计算和校核计算，熟练掌握换热器技术标准体系。同时，鼓励学生在满足工程需要的前提下，提出具有创新性的设计方案，提高学生的创新意识与能力。该课程设计还要求学生严格按照制图标准绘制换热器设计图纸，培养严肃认真的工作作风。

1.2 课程目标

课程目标1：能够综合运用传热学知识，根据给定工质传热、流动特性及设计要求，通过文献查阅，进行换热器选型与可行性分析；掌握换热器基本设计及热力计算方法——平均温差法或传热有效度―传热单元法；能够使用与热力计算相关的标准与导则，正确运用设计手册，掌握编程计算和计算机辅助绘图方法，按照设计规范完成设计计算和图纸绘制，设计出能满足工程需要的换热器。

课程目标2：掌握换热器技术标准体系，了解国家标准、行业标准、制图标准等，图纸绘制符合国家标准。

课程目标3：能够准确表达设计思路和设计流程，能够以口头表达、说明书文本、图纸等方式准确、扼要地表达自己的观点，阐释设计理论依据，回应质疑。

2 课程教学中存在的问题

2.1 教学模式难以适应新工科建设要求

“换热器课程设计”仅安排1周学时，传统的教学安排是将实践与理论知识讲授环节分开，“传热学”关于换热器设计的内容仅安排2个学时，且以理论教学为重点，应用案例较少[4]。在大二下学期开展的认识实习，尽管学生能在企业接触到一些换热器，但大多也仅限于了解其原理，对换热器的结构和工作过程仍缺乏深入认识。理论与实践相互脱节导致学生在进行具体设计时面临很多很多困惑[5]，特别是在换热器选型、结构设计时不能有效地联系理论知识，综合拓展能力欠缺。

2.2 缺乏创新实践环境与平台

课程设计任务为教师指定一种换热器类型，要求学生在给定的换热条件下进行设计计算，难以充分发挥学生的主观能动性，创新意识得不到充分激发。此外，尽管教师鼓励学生在完成基本设计任务的同时，能够使用一些专业软件对换热器设计进行优化，提出更加新颖的设计方案，但是，换热器课程设计通常被安排在学期末，学生面临繁重的考试压力，导致大部分学生只能照搬指导书，缺乏提升创新能力的实践条件。

2.3 缺乏对于标准体系的认识

为了保证换热器的安全、高效运行，换热器设计必须遵循相关设计标准。但是，在实际设计过程中，很多学生对标准体系缺乏深入认识和体会，仅仅参考指导书来完成设计任务，对于结构参数、运行参数的选择比较随意，所选择的参数并不适用于设计任务书中给出的应用场景。此外，该课程的先修课程“工程制图”的教学重点大多是在投影方法、组合体视图、零件结构等方面，对于图纸绘制标准涉及较少，导致学生绘制出的图纸不符合国家标准，主要体现在图层使用不合理、线条使用混乱、尺寸标注不规范等方面。

2.4 缺乏团队协作意识和沟通能力

教师在布置设计任务时进行了分组，每个小组领取一个设计任务，组内各成员之间设计参数不同，以期通过团队协作顺利完成设计任务。但是，在课程设计过程中，大部分学生都是独自完成，只有1/3左右的学生会相互讨论。由于缺乏团队协作，导致有的学生在设计过程中经常卡在一个问题上无法往前推进，影响了设计进度。在答辩环节，很多学生不能很好地利用专业知识、设计文稿和图纸，有理有据地回答评委提出的问题。

2.5 考核方式单一

实践课程成绩一般由出勤成绩和课程设计报告成绩两部分组成，首先，该考核方式的弊端之一是没有阶段性的考核，无法体现课程设计过程中学生的综合表现，如团队协作能力、沟通能力。其次，该考核方式无法发现具有自主学习能力和创新意识的学生，不能很好地开展因材施教。再次，该考核方式难以通过教学评价反馈来改进教学过程，不能很好达到实践课程设计的教学目标。

3 课程教学改革措施

3.1 优化教学模式

教师可采用“理论知识传授+大作业检验+课程设计实践”的教学手段，在理论知识传授环节，综合运用视频、虚拟仿真平台，展示换热器的制造、安装等生产过程，帮助学生直观地了解换热器的零部件和整体结构。在讲授“传热学”课程“传热过程”内容时布置大作业，要求学生运用二维、三维软件绘制换热器示意图，从而认识换热器的结构，并运用Matlab、Aspen等软件进行简单的传热过程计算。通过以上“理论知识传授+大作业检验”环节，将集中实践调整为阶段性实践，使学生在“传热学”理论知识学习阶段即对换热器的结构和运行过程有了清晰的认识，有利于换热器设计过程中设备选型、设计计算及绘图环节的开展，同时，还可使学生熟练掌握相关软件，在集中实践环节将更多的精力放在换热器设计及创新上。

3.2 提供创新环境和平台

分层次地制订设计任务，对于基础好的学生应充分激发其设计兴趣，从实际工程问题中提炼设计任务，通过课程设计培养学生创新性解决工程问题的能力；对于基础相对较弱的学生以掌握基本的传热过程和设计方法为目标，根据学生意愿，仍做传统的换热器设计。搭建校企协同育人平台，让学生实地参观大型换热器的制造、组装过程，使学生更加清楚地了解换热器的构造和运行过程。鼓励学生利用所学知识进行课外拓展，积极参加各类专业竞赛，提升创新能力。

3.3 强化标准体系意识

针对学生在换热器设计中的难点（如参数选取、部件结构等）录制成微课，并上传到线上教学平台，学生根据自身实际情况，有选择性地学习相关知识点。图纸绘制是换热器设计中存在问题较多的环节，为了使学生最终提交的设计图纸能够符合国家制图标准，教师除现场指导和答疑外，在课程设计绘图前还应安排集中授课，指出图纸中常见的问题，强化学生遵循国家制图标准绘制换热器图纸的意识。

3.4 改进团队合作方式

秉承“以学生为中心”的教育理念，对分组方式及分工内容进行改进。在分组方式方面，由学生自行组合，教师进行适当把控，每组选出一名组长，负责课程设计过程中的协调和督促。在分工内容方面，充分考虑学生的自主选择性，在正式下达任务书之前，每个小组根据教师提出的工程问题，经过充分讨论后自行提出课程设计内容，并由教师把关确定最终设计任务，若学生不能提出合适的设计内容，则由教师指定题目，充分发挥学生的主观能动性。

3.5 课程考核方式的革新

摒弃以往单一的通过设计文档（说明书、图纸）评定成绩的方式，通过“过程和结果”的考核方式，总分由过程成绩、设计文档成绩、答辩成绩组成，有效支撑培养目标的达成。为了体现各部分成绩对毕业要求的支撑度，设置权重比例分别为40%、50%和10%。将换热器设计分为4个子任务（换热器选型、热力计算、校核计算、图纸绘制），每个子任务设置完成时间节点并进行阶段性考核，及时了解学生设计进度，重点考查学生是否能运用计算机辅助热力热算、能否掌握计算机绘图方法、绘图过程是否遵循制图标准、在设计中是否做出创新性工作。设置组内互评对团队协作能力进行量化考核（占过程成绩的50%）。对于在设计中做出创新性工作的学生，在其总评成绩中予以适当考虑。

设计说明书主要从文本格式是否规范、条理是否清晰、方案论证是否严谨、热力计算是否遵循相关标准、计算结果是否可靠、设计方案是否具有工程实用价值等方面来考核学生的实践和创新能力；图纸主要从绘图规范性、布局合理性等方面来考核学生对相关领域的技术标准体系了解、使用现代工具绘图的能力。

答辩环节重点考查学生讲述过程是否概念清晰、逻辑性强、观点正确，是否能有理有据地准确回答答辩委员会提出的专业问题。

4 课程教学目标达成度分析

本轮课程改革于2022―2023年在能源与动力工程专业2020级、2021级学生中开展，教学目标达成度显示，毕业要求支撑点达成度分别为0.84、0.84、0.87，整体达成度良好，说明实行差异化考核、分层次设计，可在学生达成基本设计要求的前提下，发挥学生的内驱力，让优秀的学生脱颖而出。近两年，学生参与各类竞赛的积极性显著提高，获得全国能源动力类百篇优秀毕业论文（设计）4篇，全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛一等奖2项、二等奖4项和三等奖3项，大学生创新创业训练计划项目国家级和省部级累计立项10余项。

5 结语

“换热器课程设计”设计过程中，应强调正确使用设计手册，严格遵循国家标准、行业标准、制图标准，培养学生规范化、标准化的工程设计理念；强调采用现代化设计方法，力求实现过程参数及设备参数的优化，使学生逐步建立起整体优化的概念；注重过程化考核，开展分层教学，设置明确的基本目标和拓展目标，并给出对应的评价等级，使学生充分发挥自己的潜力。

基金项目：湖南省学位与研究生教育改革研究项目“碳达峰碳中和背景下能源学科研究生创新能力培养体系的构建与实践”（2022JGYB026）；湖南省生态环境厅课题“‘双碳’视域下能源类学科时代新人培育路径研究”（JNZX202401）；中南大学研究生教育教学改革研究项目“双碳学术论坛铸就能源学科时代新人的探索与实践”（2024JGB088）；中南大学教育教学改革研究项目“新时代‘双碳’视域下劳动教育与专业教育融合的研究与实践”（2024JY099）；中南大学教育教学改革研究项目“《工业炉窑》案例思政教学模式构建及实践研究”（2023JY172）。

参考文献

[1] 教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见[EB/OL].（2018-10-08）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201810/t20181017_351887.html.

[2] 李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.

[3] 张亮，李俊.高校能源动力类专业创新型人才全阶段培养改革探索[J].科教导刊（电子版），2023（15）：52-54.

[4] 黄军，武文斐，郑坤灿，等．能源与动力工程系《传热学》课程教学改革实践[J].中国电力教育，2021（6）：59-60．

[5] 魏伟，张兴宇，程屾，等.科教融合背景下流体力学课程的教学改革与实践[J].高教学刊，2021（23）：150-153.