【热工类课程教学新模式初探】强制性学霸模式的软件

　　 [摘要] 结合近两年来我校热工类课程教学改革实践,针对机械大类专业人才培养要求及热工类课程本身特点,对该课程的理论教学、教学方法及实验教学等方面进行了初浅的探索与思考。
　　[关键词] 热工 课程教学 问题
　　
　　热工类课程包括《工程流体力学》、《工程热力学》与《传热学》等。该类课程是培养21世纪工科类学生,尤其是机械类专业学生的公共技术基础课。西安交通大学、浙江大学和长沙理工大学等许多院校在机械大类专业中都大课时量的设置了该类课程。我校从1999年设立“过程装备与控制工程”专业后,《工程热力学》、《传热学》与《工程流体力学》3门课程陆续开设。经过十来年的发展,目前该热工类课程已成为我校机械大类各专业的一门公共课。针对机械大类专业人才培养要求及热工类课程本身特点,结合近两年来我校热工类课程教学改革实践,本文拟对机械大类专业中热工类课程的理论教学、教学方法及实验教学等方面进行探索与思考。
　　一、存在的问题
　　目前,我校在机械大类专业中开设了5个专业方向,即过程装备与控制工程、机械设计制造及自动化、工业工程、物流工程和材料成型及模具。由于热工类课程内容知识点多、联系紧密、概念抽象、理论性较强等原因,我校开设该课程的过程中存在以下一些问题:(1)不同专业方向对热工知识需求的侧重点不同,该如何针对性地安排教学内容和课时量的多少是个不容易把握好的问题。(2)课程的实验项目单一,验证性实验居多,对有助于提高学生综合分析与解决问题能力以及实践创新能力的大型综合性实验(践)甚少;而且热流实验设备价格昂贵、台套数少,当学生人数多时,供需矛盾相当突出。(3)教学方法和教学手段单一,热工类课程开设之初采用的是教师在讲台上讲、学生在讲台下听的填鸭式教学。
　　二、探索与思考
　　1.适应我校机械大类各专业方向需求,建立分层次理论教学课程体系
　　由于课时数的限制,在机械大类专业中开设热工类课程不可能像在能源动力类专业中那样学习的内容知识点都面面俱到,只能结合机械大类下各专业方向的知识需求及其特点有所取舍。其基本思路是:以质量、能量和动量守恒为线索将传统的3门课程内容融会贯通,以形成有机的整体,构成较系统的一门课,以基本概念基本定律为主要知识点围绕这些内容展开,改变一般《热工基础》课中把《传热学》和《工程热力学》当作两个独立部分,而且与《工程流体力学》内容不相关联的做法。事实上,这3门课都是以“三个”守恒定律为基础的。另外,《工程热力学》中理想气体性质及其热力过程等有关理论是《工程流体力学》讲述气体动力学的基础,《工程流体力学》对粘性流体流动的分析正是《传热学》介绍对流换热的前提,等等。根据这一特点,我们构建起以“三个”守恒定律及其方程为基础、以《工程流体力学》为桥梁,使3学科知识有机结合的分层次新课程内容体系,在保证各学科自身特点的同时,综合学科间的相关知识,删除雷同内容,加强学科间的内在联系,使3学科教学更为系统、高效。当然,还需考虑的是要围绕各专业方向后续课程所需内容及学生将来工作应必备的专业知识来组织教学内容,使学生具备分析解决工作中所遇到的热基础方面实际问题的能力。
　　基于以上思路,为适应我校机械大类各专业方向的需求,我们建立了热工类课程分层次理论教学课程体系。它主要包括以下11个模块的内容:(1)流体静力学;(2)流体动力学基础;(3)气体动力学基础;(4)有旋流动和有势流动;(5)热能转换的基本概念和基本定律;(6)工质的热力性质和热力过程,(7)热传导;(8)对流换热;(9)辐射换热;(10)传热过程与应用;(11)热力循环与应用。对于“过程装备与控制工程”等专业,我们采用高级层次课程内容体系,即全部11个模块的内容都学习,开设约120个学时;对于“机械制造及自动化”等专业,我们采用中级层次课程内容体系,即选取其中8～9个模块的内容学习,开设约90个学时;对于“工业工程”等专业,我们采用初级层次课程内容体系,即选取其中6～7个模块的内容学习,开设约60个学时。
　　2.结合理论教学,建立科学的实践教学体系
　　(1)建立热工类课程基础实验平台
　　通过补充必要的演示实验,加强学生对内部机理、运动过程、系统整体的深入了解;改造和精炼验证型实验,加强其综合性,提高其精确性,使其实验结果的可靠性和实验效率得到改善;补充开设大型综合性(或设计性)实验,如复杂条件下工程传热系数测定、提高循环效率、强化传热等。形成分层次(基础实验、技术基础实验、专业实验)、多类型(演示型、验证型、设计型、研究型等)和多专业共享的热工类课程群实验教学平台。
　　(2)建立远程与虚拟实验中心
　　为解决学生人数多、实验设备价格昂贵、台套数少的问题,引入虚拟技术,改革传统实验中一些片面的、粗糙的、繁琐的、低效的实验方法,建成远程与虚拟实验中心,该中心是机械大类专业共享的实验技术通用平台。开发了一套虚拟实验系统,将真实实验过程和环境模拟到计算机内完成。通过学生在真实实验之前,首先在虚拟系统上进行虚拟实验,完成虚拟实验后,对实验过程和环境已非常熟悉,从而在真实实验中能熟练地高质量地在规定时间内完成实验,收到很好的效果。它集真实设备、虚拟技术、仿真技术、视频技术、多媒体技术为一体,可实现教学实验的可塑性、多样性、综合性和开放性。可解决学生人数多、实验台套数少的供需矛盾问题,使每个学生都能利用先进的实验技术和设备亲自动手开展实验,从教学方法上进一步提高了教学质量。
　　3.探索“教――研”型的教学模式
　　(1)改进教学方法和教学手段
　　为加强学生能力和素质的培养,必须对传统的教学方法与手段进行改革。课堂上,从过去传统的讲授为主变为讲、演、答等多样化形式,讲授部分以主要知识点为内容采取精讲多练的方法,重视理论联系实际,围绕专业及工程实际问题安排各教学环节;选用实景、动画等方式,制作图文结合,形象生动,充实工程实例、通俗易懂的多媒体课件,将学生缺乏的专业背景知识形象地演示出来,激发学生的学习兴趣和创新思维;采用启发式教学方法,互问互答,与学生交流讨论,营造即活泼又严谨的学习氛围,提高教学效率。
　　(2)组织研究型课外教学活动
　　利用我校开展的“创新教育项目”和“优秀生导师制”活动,结合课程教学内容和专业实践,先后进行了“大型车辆制动散热装置设计”、“大换热量厂房保暖系统分析”、“蒸汽喷射式真空泵内流体流动特性”、“带式干燥机节能”、“大型球罐胀型”等多个研究型课外教学活动,取得了良好的效果。研究型课外教学活动根据学生对知识的掌握情况进行优选,要求由知识掌握牢固、能力较强的学生来完成。
　　
　　参考文献:
　　[1]教育部面向21世纪热工课程改革项目组.热工课程在工科各专业人才培养中的地位及设置建议[J]. 高等工程教育,2000,(增刊):6-11.
　　[2]何雅玲,陶文铨.对我国热工基础课程发展的一些思考[J].中国大学教学,2007,(3):12-15.