浅谈本科院校《热工基础》课程的改革

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　　 摘要：《热工基础》是江苏师范大学机电工程学院面向机械设计专业及车辆工程专业本科生開设的一门专业基础课，旨在拓展机械专业学生在能源动力方面的知识贮备，并使其掌握传热学与热力学两大基本理论在机械工程领域中的实际应用方法。本文基于本科院校人才培养的基本目标，结合笔者的从教经验，从教学内容与教学方法两大方面对《热工基础》课程的改革进行了初步的探索。
　　 关键词：《热工基础》;教学质量;课程改革
　　 中图分类号：G640     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）13-0103-02
　　 一、引言
　　 纵观人类发展历程，每一次科技的进步总离不开人类对能源的探索与开发，能源的合理开发与利用已经成为评价一个社会是否进步的重要标准，而掌握能源相关的基本知识也已成为21世纪理工科大学生不可或缺的基本素养。在工程热力学的范畴内，所谓能源又包括自然界中可以直接利用的一级能源和需要经过加工转化的二级能源，而在能量转换的过程中，热能是最常见且具有特殊作用的一种能源。我们都知道，大多一次能源需要转换为二次能源后才能利用，像风能、太阳能、水力能和核能等，通常它们会首先被转换成热能，热能的开发与利用对人类社会的发展起到了至关重要的作用。
　　 二、教学内容
　　 《热工基础》是面向机械设计专业及车辆工程专业高年级本科生开设的一门专业基础课，涵盖了工程热力学与传热学两大基础理论[1]，总课时为36学时。在开展的教学过程中，主要将《热工基础》分为五章进行讲解，包括能源概述、热能转换的基本概念和基本定律、热能转换物质的热力性质和热力过程、热量传递的基本理论及热工基础的应用。在讲授的过程中主要发现了两个难点：一是总学时少，课程量大，需要在36个学时内掌握大量的理论知识及公式推导过程;二是涵盖知识面广，要求学生们有一定的高等数学、流体力学、电工学及光学等知识功底。针对上述两个难点，考虑对现有的教学内容进行改革，针对机电设计专业及车辆工程专业高年级学生的知识储备，结合课程本身的知识体系及相互联系等方面，更加合理地分配36学时的课程，期望让学生们在更短的时间内掌握《热工基础》的相关知识。
　　 第一章为能源概述，之前授课为2学时，在过去的授课过程中，发现学生们对理论课程的学习兴趣欠缺，为了更大地调动学生们的学习积极性，拟将此部分课时时间延长至4学时，希望通过自己的科研经历，更多地结合世界能源研究前沿知识，使学生们喜欢并深层次地了解这门课程。第二章为热能转换的基本概念和基本规律，此部分主要为学生们讲解热能转换的基本概念、热力学第一定律和热力学第二定律三大基本内容，之前授课时长为8学时，其中基本概念授课2学时，热一律与热二律授课分别为3学时。其中热力系、状态参数及热力过程等基本概念极为重要，是学习此门课程的基础，之前授课用时较少，也发现学生们在后来的学习过程中基本概念极易混淆，因此拟提高热能转换的基本概念这一部分的授课时长至3学时。热力学第一定律中涉及的开口系能量方程是后面推导一维稳态热传导过程的基础，而热力学第二定律中涉及的卡诺循环是对比其他热机循环过程的根本。另外，闭口系能量方程、孤立系熵增原理等都是《热工基础》教学大纲中的重点内容，热一律与热二律两者的地位同等重要，授课学时分别增加至4学时，第二章总授课时长增加至11学时。第三章原授课时长为10学时，其中理想气体的热力性质和热力过程为6学时，蒸气及湿空气的热力性质与热力过程为4学时。此部分内容涉及大量的公式推导及理论计算，在以往的对此章节的授课过程中，跟学生们的课堂互动很少，学生们也不太理解相关知识，因此考虑将某些特定热力过程的综合分析一节进行删减，但也为一些感兴趣且计算功底较强的学生推荐相应的参考文献，方便他们在课后学习。因此，拟将此章节授课时长缩减至6学时，其中理想气体占4学时，蒸气与湿空气占2学时。第四章为热量传递的基本理论，此章节属于传热学的范畴，主要讲解热量传递的三种基本方式及各传热方式的基本原理，之前授课时长为10学时。与第三章内容性质一致，第四章除了对学生的计算能力提出较高要求以外，还要求他们有良好的流体力学、电工学及光学基础，这对一些基础知识薄弱的学生来说难度较大。因此，考虑将非稳态导热传热方程的推导、导热问题的数值求解基础、强制与自然对流换热实验关联式、灰体表面间辐射换热计算等内容进行一定的删减，同样为基础较好且兴趣强烈的学生推荐1—2本参考文献加以自学，此章节拟将授课时长缩短至6学时。第五章为热工基础的应用，由于前面章节课时占用太多，此章节授课时长仅为6学时。对于工科大类本科生而言，在应用方面仅授课6个学时是远远不够的，因此拟将此章节授课时长增加到9学时，重点为大家介绍压气机、内燃机、燃气轮机以及蒸汽动力装置（包括制冷机）的循环机理，同时为大家介绍一些其他应用，例如核能发电、太阳能热利用、半导体制冷等[2]。
　　 三、教学方法
　　 1.提高上课的积极性。作为一门专业基础课，《热工基础》首要的特点就是概念晦涩、理论性强，特别是在讲解传热方程的推导过程中，更是发现学生的兴趣欠缺，且接受能力较差，同时也发现一些基础薄弱的学生在遇到困难时很容易选择放弃，上课效率欠佳。如何使教学方法更加生动、更加形象，并能够提高学生们的上课积极性，是成功讲授《热工基础》的关键。为此，考虑开展以下改革：在讲解新章节之前，考虑通过自己的科研经历并结合国内外相关研究现状，紧密联系实际应用背景，为学生们普及热工方面的相关知识，大幅度地调动学生们的上课热情，让学生们“爱上”这门课。
　　 2.提高作业质量。作业是对知识的巩固，其对学生接受一门新课程的作用不言而喻。同样，对于教师而言，作业的作用同样重要，它能让教师了解学生对相关知识的掌握程度，更能基于作业的质量开展下一步的教学工作[3]。但在讲授《热工基础》的过程中发现，很多情况下作业流于形式，由于热力学基本概念混淆、传热过程公式推导混乱、热机工作原理不清等原因，学生们的作业质量参次不齐，更有甚者选择抄袭，完全不能体现学生对新课程的掌握程度，也使教学工作偏离了正确的轨道。 　　 3.提升动手能力。根据教学大纲和人才培养方案，《熱工基础》作为一门专业基础课，并不安排实验课程，但是国家对于本科学生的培养绝不仅限于对基础知识的掌握，努力提高创新性思维，并能够利用理论知识解决实际问题，才是学生们的最终学习目标。而如何提高学生们的创新性思维，实验教学必不可少，所以考虑开设1—2学时的实验课程，利用学校、学院或教师的研究经费，为学生们搭建相关的实验平台，可以开设例如肋片表面传热热阻实验、强制对流换热实验等课程，努力培养学生的研究性创新能力。
　　 四、结语
　　 作为一门专业基础课，《热工基础》的开设旨在拓展机械专业的学生在能源动力方面的知识贮备，并使其掌握传热学与热力学两大基本理论在机械工程领域中的实际应用方法，现阶段更为重要的任务是通过所学知识为国家节能减排做出应有的贡献。
　　参考文献：
　　[1]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.
　　[2]张红霞.热工基础[M].机械工业出版社，2015.
　　[3]李广华.关于热工基础系列课程改革的建议[J].装备制造技术，2010，（6）：195-197.
　　A Brief Reading of the Reform of the Basic Course "Thermal Engineering Foundation" of Undergraduate Colleges
　　WANG Song-quan， LI Da-han
　　（School of Electrical Engineering，Jiangsu Normal University， Xuzhou， Jiangsu 221116， China）
　　 Abstract：The "Thermal Engineering Foundation" is a professional basic course for mechanical design majors and vehicle engineering undergraduates of the Mechanical and Electrical Engineering College of Jiangsu Normal University. It aims to expand the knowledge reserve of mechanical students in energy and power， and make it to master the practical application methods of the two basic theories of heat transfer and thermodynamics in the field of mechanical engineering. Based on the basic objectives of talent training in undergraduate colleges， this thesis comprehensively explores the reform and development of basic courses of thermal engineering from the aspects of teaching experience， teaching content， teaching methods and assessment methods.
　　 Key words："Thermal Engineering Foundation"; teaching quality; curriculum reform
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