中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)03-0237-02
作为一门专业基础课程,《工程热力学》是很多工科专业学生最早接触的专业基础课,一般在大二学年开设,能否学好这门课程不但直接影响到后续专业课的学习效果,更重要的是关系到学生对上好专业课的兴趣和信心。《工程热力学》内容较多而且理论性、逻辑性较强,概念较多而且抽象难理解,公式较多而且使用条件复杂,所以被很多教师和学生认为是一门难教难学的课程,尤其是刚接触该课程时,不容易入门,对学生学好这门课程的热情和信心有很大影响。
一、工程热力学绪论课的重要性
作为课程教学的第一课,绪论对于《工程热力学》课程来说显得尤为重要,主要表现在以下四个方面:(1)绪论课要帮助学生认识《工程热力学》课程的重要性。(2)绪论课是激发学生学习热情的第一把火,要激发学生对新课程的向往,调动学生的学习热情,使学生产生学习的动力,从而主动去学习。(3)古人云:“授之以鱼不如授之以渔”,绪论课要教会学生学习的方法。(4)绪论课是树立教师形象的最佳时机,教师要充分利用好绪论课,树立好教师的威信和地位,给学生留下良好的第一印象。
二、工程热力学绪论课教学方案
1.以节能作为切入点,使学生明确课程的重要性与学习目的。《工程热力学》的研究目的最终可归结为节能。节能减排是近年来我国的基本国策,以节能作为切入点,介绍当前面临的能源问题,说明热能在能源利用中的重要作用,进而说明提高能量利用率是节能的一种途径。当前,我国经济快速发展,但能源浪费巨大,为实现经济的可持续发展,节能工作大有可为,而《工程热力学》主要研究提高转化效率的途径,显然,《工程热力学》为节能提供了理论基础,强调学习本课程对解决能源问题所具有的意义,这样使学生明确了课程的重要性及学习目的,同时使学生建立起强烈的责任感和求知欲望。
2.运用案例教学法,理论联系实际,增强理性认识。多举工业及生活中的工程应用实例,让学生从感性上升到理性,学以致用,让学生明白学到的知识可以解释和解决许多实际中的问题,这样才对学生有吸引力。比如讲述热能的重要作用时,可以将火力发电、煤层气发电、汽轮机、内燃机、燃气轮机等作为案例,这些都是平时常见且与我们息息相关的事物,学生对它们比较关注而且有很大的好奇心,通过讲解这些热力装置的工作原理,不仅可加深学生对基础知识的理解,还可提高学生学习的兴趣和积极性,增强课程对学生的吸引力。
3.合理设置问题,启发学生思考,增加与学生的互动。根据所要讲授的内容,可以适当增加一些难度适中的学科领域的热、难点问题,或者把要讲的内容概括成几个问题,通过向学生提问,启发学生思考。学生通过思考得出结论,在真正理解的基础上掌握教学内容,主动参与教学活动,增强学习的质量与效果,同时培养其思维能力。例如在解释“热力学”中的“热”时,可以提出“热能与热量的区别与联系”这一问题让学生思考,接着可以补充说明物理上“做功与机械能关系”与热力学中“热能与热量关系”是相同的,这样引导学生利用旧的、已知的知识去探求对他们而言是新的、未知的知识,鼓励他们用新的方法、新的思路去获取这些知识,创造性地解决问题,可以培养他们独立思考的能力和创新能力。
4.采用多种教学手段,吸引学生注意力,激发学习兴趣。通过图文并茂的多媒体技术,可以使视觉和听觉同时发挥作用,增强直观性,有利于学生认知能力的开发和对教学内容的理解。比如通过视频或幻灯片播放人类的用能历史和自然界中常见的能量转化与转移现象,这些现象人们往往习以为常,熟视无睹,但其中包含着科学真理。如果我们结合教学内容,利用这些贴近学生生活的现象导入新课,就可以激发学生的学习兴趣。为弥补学生实践的不足,可以将一些大型的热工设备通过多媒体用图形表现出来,其热力过程用Flas表现出来。比如汽轮机、内燃机、燃气轮机、压缩机等,可以将实物图片和原理图同时展示出来,能让学生身临其境,如同看到实物一样。比如火力发电、内燃机、燃气轮机等,可以用Flas将其工作过程演示出来,使抽象的概念变得形象生动,易于理解。综合运用上述表现方法使得课堂讲授直观形象,新颖生动,能够直接作用于学生的多种感官,激发学生的学习兴趣。
5.结合热动力装置的工作原理引出主要内容,使学生明确课程的结构框架。绪论课既要说明课程的研究内容及其条理性,同时还应该讲明各部分内容之间的逻辑关系。在条理性的基础上进一步强调各部分之间的逻辑关联,学生能够从整体上把握知识,从而避免平铺直叙,使学习效果达到知识点由点及线到面的程度。例如:通过讲解热动力装置(如火力发电、内燃机、燃气轮机等)的工作过程及原理,使学生明确实现连续工作需要的条件有四个:热源与冷源、工质、膨胀做功、循环,这四个条件也就是热力学的主要内容。接着详细讲解这四个条件涉及到的相关内容,结合课程目录可以引出热力学的主要内容及其知识框架,这样能够使学生对热力学的知识框架和条理脉络有个清晰的认识,确保他们在学习之前就对这门课有一个整体的把握。
总之,绪论课在《工程热力学》教学中具有特殊的教学地位和重要意义,教师必须充分认识上好绪论课的重要性,认真研究和分析绪论课的教学特点和方法,上好绪论课。如何把绪论讲好是一个很复杂的问题,需要教师在授课内容、授课方式、授课方法上不断进行改革和创新,让学生不仅建立起基本的工程热力学概念,掌握工程热力学的基本理论体系以及工程热力学的思维方式,同时能激发学生学习本门及相关课程的兴趣和信心,从而使教学能够顺利开展并达到预期的效果。
参考文献:
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中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)16-0133-02
创新能力由多种能力构成,主要包括学习能力、分析能力、综合能力、想象能力、创造能力、解决问题的能力与实践能力等多种能力。创新能力的培养是一项系统工程,贯穿人才培养的全过程,渗透教学过程的各个方面。在当前的教学活动中,一般将课程设计、实验和毕业设计(论文)等环节,作为创新能力培养的主要途径。但对于工程热力学之类的基础课,如何在专业课程的教学中实现对学生创新能力的培养成为专业课教师深入思考的问题。笔者结合自己多年来的教学实践,对工程热力学教学活动中学生创新能力的培养进行了如下一些探讨。
一、采用激励启发方式组织课堂教学
工程热力学课程的特点是理论性强、概念抽象,教学难度大。在缺少专业工程背景的情况下,学生在学习过程中普遍感觉较为困难,甚至茫然不知所云。如何使学生能够较好地掌握教学内容及热力学基本内容,是工程热力学课程教学的根本所在。在多年的教学过程中,我们发现在课堂教学中,除了需要借助优美的PPT多媒体课件来展示热力学过程,更需要激发学生学习热力学的兴趣,在引入一些工程实例的基础上,激励学生去思考,及时地与学生就教学内容进行讨论,促进学生对知识点的掌握和领悟。
与常规教学方法相比,课堂教学不再是文字、公式的罗列,PPT动画的简单演示,而是把教学的核心放在启迪学生对热力学概念、原理的思考及把握上,使学生在学习课程内容的同时,熟悉热力学的系统内容、章节间的逻辑关系、基本原理等,形成对热力学的一种系统的总体的认识和把握,而不是零散地去背诵记忆一些片段。通过这种激励启发式的教学,使学生做到理论和实际工程案例的结合,从而使热力学知识很好地固化在学生的大脑中,并且达到灵活应用的目的。
激励启发式教学,需要教师在课堂教学前充分准备,精心设计课堂教学内容的每个环节,围绕章节内容中的重点知识内容,设计问题及启发实例,并完成课堂互动讨论的教学组织,在此过程中需要教师饱含激情和较好的耐心,使学生在严肃活泼的氛围中掌握热力学的相关知识。
二、改进课堂教学PPT,增加工程实例
工程热力学作为一门专业基础课,与工程实际密切相关。在教学过程中,需要有很多的工程问题作为背景。以教科书为单一内容的PPT演示,并不能满足课堂学生学习的需要。为了提高学生学习热力学的兴趣及深入掌握热力学知识,迫切需要在传统课件中加入工程实例,利用多媒体技术全面展示热力学的工程应用,使学生在工程案例的演示中发现并体会工程热力学的重要性及美感。通过工程案例的学习,使课堂教学内容图文并茂,声像结合,使学生在多方位、立体化地形成认知并达到对热力学知识的理解、分析、记忆、掌握和应用。对于热力学工程案例,我们选取了真空做功、制冷循环,内燃机等工程机械作为实例,进行详细分析和讲授。
工程案例的引入,将实际生活中与热力学相关的问题引入到教学中,用所学知识来解释工程问题,在讲解中让学生明白热力学知识可以解决本专业涉及的实际专业问题,从而实现“从理论中来,到实践中去”,实现对创新型人才的培养。
三、将工程热力学的学习融入大学生创新项目中
在创新型人才培养中,需要提升学生运用基础理论进行学术研究的能力和具有工程应用背景的有关开发、设计的能力。大学生创新项目的实施,有利于促进高校培养具有创新意识和能力的新型人才,促进高校探索并建立以科研活动为中心的教学模式,倡导以学生为主体的本科人才培养和研究性学习教学改革,充分调动学生主动学习的积极性、创新思维和创新意识,同时在项目实施中使学生逐渐掌握思考问题、解决问题的能力。
结合大学生创新项目,结合建筑环境与能源应用工程的专业特点,在指导学生大创项目时,将热力学第一定律、热力学第二定律和卡诺定律应用其中,使学生明白能源利用的守恒性,以及如何提高热力循环的效率,减少不可逆损失,这些都成为学生应用所学知识来解决实际问题的一种锻炼。学生在科研项目中,深化了对热力学知识的认识,同时提高了自己思考问题、解决问题的能力。同时,鼓励学生积极参加各类挑战杯、建筑节能比赛、机械创新设计大赛等,通过这些竞赛活动进一步提升自己的新能力。
四、改进课后作业完成形式,增加分析报告
工程热力学课程是一门实践性很强的课程,其中很多理论已用于工业过程。因此,在课后作业中,需要对传统布置练习题来检验教学成果的方式进行改进,增加一些实际工业循环的实例,让学生通过分析其所应用的原理,提交分析报告,并指出该工业过程效率提高的方式和途径,以这样的方式来激发学生学习的兴趣,提高学生理论联系实际的能力。同时,精选一些课后习题,通过详解的方式,激发学生的创新意识和解决问题的能力,进一步促进创新型人才的培养。
创新是实现社会持续不断向前发展的原动力,也是培养和造就一大批素质过硬、勇于创新的新世纪人才,保证国家高速发展的有力保障。创新能力的培养来自于理论和课堂,更在于理论和课堂之外的亲身体会和具体的实践操作。本文从工程热力学教学与工程实例结合,与科研活动结合,改进课堂教学组织模式和课后作业完成形式等方面,探讨了以培养创新型人才为目标下的工程热力学教学改革与实践,希望能够进一步提高工程热力学的教学质量和效果。
参考文献:
[1]岳丹婷,吕欣荣,李青.深化热工教学改革加强学生创新能力培养[J].2002,(4):86-88.
作者简介:裘薇(1976-),女,浙江临安人,上海电力学院能源与环境工程学院,讲师;朱群志(1972-),男,浙江台州人,上海电力学院能源与环境工程学院,教授。(上海?200090)
基金项目:本文系上海市教育委员会重点课程建设项目(编号:20105302)的研究成果。
中图分类号:G642?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)21-0062-02
工程热力学是研究热能和其它形式能量(特别是机械能)相互转换规律以及提高能量转换效率的一门学科,是热能与动力工程专业的一门必修的主干专业基础课程,也是学生开始接触的第一门和热能工程有关的课程。工程热力学不仅为学生学习相关的专业课程提供必要的基础理论知识和基本技能,也为学生日后从事热能利用、热设计、热管理和热控制等方面的专业技术和科学研究工作打下必要的理论基础。
近几年,随着学校的不断发展,上海电力学院先后开设了“热动卓越工程师班”、“电厂自动控制”、“电厂测控”、“电厂核电”新专业和获得了“热能工程”硕士点的授予权。为了适应新时期人才培养及“085工程”的需要,教师除了继续承担“热动专业”的“工程热力学”教学任务外,还将面向“电专业”和研究生开设不同层次内容的工程热力学课程,因此,为了提高本课程的教学质量,有必要对“工程热力学”课程教学方法及手段开展更高层次的研究工作。
一、教学目标
根据专业人才培养的需要,“工程热力学”课程的教学目标是通过本课程的学习,应使学生掌握工程热力学的基本理论和基本知识,受到较强的基本技能训练,能正确进行热力过程和热力循环的分析和计算。教学方向定位于基础科学理论与工程实际之间的桥梁,着重培养学生应用基础知识解决工程实践问题的能力,为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础。课程的特点是:将工程热力学作为一个整体来组织教学,并借助于现代教育手段、密切结合实验与专业课程,进行完整、系统的教学。
二、教学改革采取的措施
教学方法和教学手段的改革是服务于课程体系和教学内容的改革,它是实现教学目标的重要措施。”工程热力学”课程的逻辑性很强,各部分内容又交叉渗透,一环扣一环,而且概念抽象,是一门难教难学的课程,所以在教学的过程中,需要注意教学的方法和手段,使学生能较好又容易地理解教学内容。
1.教学方法的改革
(1)开展教学研讨活动,理解教学思路。通过开展多次教师试讲活动,对本课程的教学目标、教学要求、教学方法等有比较清楚的认识。教学目标要从学生专业课的学习以及职业发展的需求考虑。基础课不只是为后续课程服务,为专业的学习服务,更重要的是培养学生的科学素质和科学思维方式,提高他们分析问题和解决问题的科学研究能力,使学生眼光远、层次高、后劲足。教学上需要控制教学内容的难度。注意将教学内容及习题的难度控制在适当的水平,难度太大的习题,会过度加大学生的负担,不提倡作为作业而布置。教学中需要清楚讲述知识点产生的背景和来龙去脉,争取用一条主线将各章节的内容穿起来,避免对知识点的孤立讲授,避免学生孤立地理解知识。教学中需要介绍本学科在工业、民用及高新技术领域的一些应用实例,加深学生对基础知识的理解,使学生充分认识本门课程的重要性,提高学习的兴趣和积极性。
(2)注重学生应用能力和创新能力培养。在课程教学过程中注意理论联系实际,注重工程应用。以往学生反映“孤立系统熵增原理和作功能力损失”这部分内容抽象难懂。在教学中可举一个工程实例:大气环境温度为-10℃,为保持计算机房内20℃,需每小时向机房供热7500kJ。若采用三种方式供热:(1)电热器;(2)电动机带动热泵;(3)温度为80℃的热水供暖,让学生分析三种情况的熵增和作功能力损失。使用这种工程例子好处是:学生接触的概念和原理不再枯燥空洞,而是富有工程背景和实用价值,可以使学生加深对这部分内容的理解。同时从实例的比较中,学生自己也可领悟出一个道理:对能量应从量和质两方面综合评价,才能真正找到节能途径。
讲述教材内容和工程实践有机联系。例如:制冷循环的原理与制冷装置、冷藏库、家用空调、电冰箱的联系,湿空气的相关知识在空气调节、电厂冷却塔中的应用,郎肯循环与火力发电厂实际循环等。通过介绍这种内在联系,使课堂教学内容生动,帮助学生理解所学知识和原理在实际中运用。
改变以往全部由教师做习题点评的方式,请学生上讲台讲演自己的解题方法,其他同学评判和讨论。通过各抒己见,对比分析,最后达到“明辩是非”。教学实验表明:采用这种做法,激发了学生学习兴趣,学生的解题方法明显增多,有些学生的解题思路相当活跃。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A?摇 文章编号:1674-9324(2013)26-0033-02
教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见教高(2006)16号文件中指出,“高等职业院校要积极与行业企业合作开发课程,根据技术领域和职业岗位(群)的任职要求,参照相关的职业资格标准,改革课程体系和教学内容,建立突出职业能力培养的课程标准,规范课程教学的基本要求,提高课程教学质量。改革教学方法和手段,融“教、学、做”为一体,强化学生能力的培养。”可以说高职教育实行课程改革是提高教学效果的必由之路。为此我院对所有课程都进行了课改。
一、《热工技术与应用》课程的特点
城市热能应用技术专业是我院的主干专业,《热工技术与应用》课程是本专业的一门主要专业基础课,在东北地区主要研究制热方向。一方面,它为学生今后学习专业课,如《锅炉原理》、《热工仪表与自动控制》等提供必要的基础理论知识和热工分析与热工计算能力,另一方面,通过实验、测试技能等综合训练,提高学生运用理论分析和解决工程实际问题的能力。但是该课理论性强、概念抽象、公式繁多,是学生公认的较难的课程。尤其对于城市热能应用技术专业(高职层次)教学来讲,由于学生高等数学基础薄弱,很多学不好本课程的学生,主要问题是出现在数学基础上。加上学时(56学时)有限,让初次接触该课的学生难以入门,从而产生畏惧心理。如何使《热工技术与应用》课程化难为易、化繁为简、化抽象为具体,以提高教学效果,在这里做初步研究。
二、课程改革的内容
1.教学内容的改革。本课程主要是研究热功转换及热传递规律的基本原理、概念,以及在热能工程问题上的应用。针对本课程概念多、公式多和线图多、理论性和应用性较强这些特点,在组织教学内容时努力做到:①重视基本概念和理论,精简公式推导,让学生理解基本概念和定理的实质,不必过分强调公式如何推导。②强化实际工程应用,将大量实际热力工程知识引入教学,列举大量工程实例,使学生能用热工知识分析和专业相关的实际问题,突出热工知识在城市热能应用技术专业中的应用,有助于培养学生对知识的理解和分析问题、解决问题的能力。③运用图表分析,紧密联系实际。图表分析是热工课中很重要的一部分内容,无论是工程热力学中的过程、循环、热量与功量分析,还是传热学中的换热分析计算,都以图表分析为基本工具。
2.教学方法和教学手段的改革。教学方法和教学手段的改革目的就是要提高课程教学内容的形象性、生动性和通俗易懂性,提高教与学的效率,提高教学质量。根据本课程的性质和内容,选择切实可行的教学方法,如头脑风暴法、分组讨论法、案例分析法和现场教学法等。充分利用现代化教学手段,制作了实用的多媒体课件;借助计算机多媒体演示,使抽象的概念具体化,复杂的问题简单化,繁琐的内容精炼化,实际问题形象化。①头脑风暴法。在教学过程中,针对基本概念和基本理论内容的讲解,应多引用学生身边的例子、工程应用的实例。教师引出问题,有意识地启发学生思考,让他们积极踊跃回答问题,提出自己的见解和方案。最后老师总结,选取最佳方案。这样既加深了学生对概念的理解,又充分调动了学习的积极性、主动性和创造性,并且提升了学生的工程意识和分析问题、解决问题的能力。比如在讲解圆筒壁导热章节时,向学生提出问题:为什么保温饭盒具有保温性能,并设计几种提高保温性能的方案。引导学生积极思考,最后再引申到工程实际-供热管道保温问题上来。②案例分析法。在《热工技术与应用》的教学过程中,应始终把握理论教学联系实际案例的教学思想,突出热工理论和专业相结合的重要性,让学生体会到本课程是与专业密切相关的,进一步增强学生的学习兴趣。比如讲解热力过程与循环时,联系到热力设备是如何制热的。讲解水蒸气饱和压力与饱和温度对应关系时,联系到锅炉热力设备额定工作压力与温度的调解关系。在讲到传热学稳态导热部分时,提出冬天怎样穿衣服会更温暖等问题。学生往往会反应热烈,感到热工学就在自己身边,热工理论并不是高深莫测的,从而消除了畏惧心理,提高了学习兴趣。然后再从身边的问题引申到工程实例,比如锅炉等动力设备的工作原理、热工计量测试仪器仪表的设计开发等,由浅入深,使学生由被动学习变为主动学习,充分提高的了学习效果。③现场教学法。利用实验实训室、实训基地、校企合作单位等途径,组织学生现场教学,帮助学生更好地理解、巩固所学的理论知识,也可以学到更多课堂上学不到的知识,同时加强了学生实践技能的培养。在实际授课过程中,由于我们学院地处哈尔滨,冬天特别寒冷。学院有自己的供暖锅炉房,夏天正值锅炉维修期间,我们可以带领学生到锅炉房现场讲解锅炉炉墙的组成结构。冬天是锅炉运行的季节,我们可以带领学生到现场体会锅炉炉墙的保温效果,并可以参与锅炉的热工测试全过程。不但提高了教学效果,还培养了学生的职业能力。
3.考试改革。在以往的教学过程中,对学生学习效果的评价,无论考试课还是考查课,主要是通过课程考试来实现,存在评价目标单一、评价内容片面、评价方法简单化的缺陷。所以,应该在评价标准方面做改进,督促学生学习。为了体现学生是否对所学知识真正掌握和使用,克服学生为了考试而学习的弊端,使学生走出死记硬背的学习习惯,应探讨灵活多变的考核形式,发挥学生的学习潜能。通过多种考核方式,来评定学生的成绩,有助于督促学生对基础知识的掌握与巩固,以及分析问题解决问题的能力和实际动手操作的能力。
我院是骨干高职院校,城市热能应用技术专业的人才培养模式不同于其他院校,我院的特色和优势是更加强调对学生实践应用能力的培养,注重对学生应用开发、研究、科学咨询和技术转换能力的训练。因此《热工技术与应用》课程作为城市热能应用技术专业的主要专业基础课程,通过课程改革,更加注重行业化的专业方向、应用化的课程教学方法的实施,达到工程热力学和传热学在课程设置上条理清晰,内容关联性强;充分发挥教师备课的创造性,有效避免照本宣科;更能适应行业就业特点和社会经济的发展需求,更能激发学生学习的兴趣,有利于培养学生独立思考问题的能力。
参考文献:
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随着时代的变迁、社会的进步和高等教育的发展,我国高等教育教学改革过程中不断出现新的问题,期中课程的教学改革是核心,而改革重中之重是如何调动学生的学习积极性和促进学生综合实践能力的提高,本文结合多年的化工热力学教学改革情况,谈几点体会以共勉。
1 引用研究性教学模式,创造主动学习氛围
化工热力学课程专业性比较强,内容比较枯燥,基本原理概念抽象、公式推导多、工程计算更是繁琐,学生上课往往表现学习兴趣不高。针对这一实际情况,教师首先需要对热力学的基本知识进行梳理,按照教学计划和要求对教学内容模块进行划分,并对教学内容外延知识体系进行补充,为课堂教学创造必要条件。化工热力学的课堂教学要求教师用科学恰当的方法把自己所掌握的精确的专业知识教授给学生,为达到人才培养的目标,提高化工热力学教学的时效性,部分引入以教师为主导、学生为主体的研究性教学模式,能够充分调动学生学习的积极性。
研究性教学是指老师以课程内容和学生的知识积累为基础,引导学生创造性地运用知识和能力,自主地发现问题、研究问题和解决问题,在研讨中积累知识培养能力和锻炼思维的新型教学模式。这种教学模式带动学生积极地投入到课程学习中去发现问题、研究问题和解决问题,并在研究过程中获取知识、提高技能、培养能力[1]。为此,在热力学教学中,我们尝试了“设定内容情境-启发思考-交流探究-总结提升”教学环节,将复杂的热力学知识体系,和学生先前学过的基本物理、化学、数学等知识紧密联系起来,应用于实际,营造自主或团体进行讨论和探究,和传统的教学模式相比,大大提高了学生的学习积极性,并达到了能力培养的目的。
在实际教学过程中,曾尝试选择几节内容,采取学生进行讲课。教师布置任务范围,提出要求,学生以团队为单位首先学会读懂教材内容,查找所需资料,再设计教学课件,最终在讲台上进行展示讲解。从学生到老师角色的转变,从自己学明白到讲解清楚,激发出了学生对热力学学习的兴趣,加强了对知识的理解深度,与此同时活跃了课堂的气氛,教师也可以从中观察到学生的学习心理,寻找到教和学的突破口,对于课堂教学的创新和学生能力的培养具有重要意义。
2 利用多媒体和网络教学手段,提高自主学习能力
针对化工热力学知识体系和内容的具体特点,在教学方式上,发挥多媒体优势进行教学,可以大大提高学习的时效性和增强学生学习的积极性。
多媒体技术应用文本、图象、动画、声音等运载信息的媒体结合体,以图文并茂的形式为化工热力学教学充实供了多样化、多维化的教学信息空间,使化工热力学的教学内容、教学模式得到了很大的充实和改进[2]。结合化工热力学自身的特点设计生动、立体、直观性强的教学软件,与公式推导的板书相结合,加快和加大课堂教学的信息量,吸引学生的注意力,提高了教学效果。
在多媒体内容的展现方式上,除了课堂教学外,充分利用互联网,拓展网络教学。学生反映平时在化工热力学学习中,经常会遇到疑难问题,课堂时间又极其有限,往往会造成问题堆积。针对这一情况我们建立了化工热力学网络教学辅导平台,可以师生交流、学生间交流,利用网络的开放性、交互性、共享性的特点,传递与化工热力学相关的前沿信息和资料,将教学内容在网上公开,实现资源共享,并及时为学生答疑解惑,随时提出新问题,在网上进行自由讨论,师生间共同研究,从而既迅速有效的解决了问题,又提高了学生的学习效率。
3 结合实验实践教学,培养工程实践能力
化工热力学的实验教学是对化工热力学基础知识的综合运用与实践,意在培养学生建立独立思考、观察分析、解决问题、验证结果的思维体系,培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力;让学生明确化工热力学在工业生产中、科学研究和工程设计中的重要性,有一个比较完整的感性认识和理性认识,也是进行产品生产和科研开发的必要准备。在实验教学的过程中,指导教师根据教学内容,详细制订系统完整的实验过程,建立了“做什么实验-为什么做实验-怎么做实验-如何提高实验数据可靠性”思维引导方式,注重挖掘学生的内在潜能和启发学生的智慧,在巩固和深化专业理论知识的基础上,要强化实验中出现的各种现象,再把实验过程中遇到的具体问题放入化工热力学的课堂教学当中,在相互融入讲解的过程中潜移默化的传授给学生,使其印象深刻,充分理解。
化工热力学所研究和解决的都是化工生产中的实际问题,因此实践教学环节非常重要,在热力学的应用章节的教学中,指导教师可以带领学生直接参与到企业的生产之中,结合课堂教学实例,按照“装置设想-实验室开发-工程设计-生产操作运行-工艺改进”主线,在现场指导学生运用所学的化工热力学基本理论联系实际,完成一定的实习任务,同时使学生在真实的生产环境中获取初步的职业训练和积累简单的生产操作经验,逐步提升工程意识和理论联系实际的能力;在企业实习实践活动中,学生开始涉入企业的先进理念和特色文化的信息,增强了参加工程实践活动的兴趣,为将来走向工作岗位、立足企业打下良好的基础[3]。
4 完善考核方式,促进培养目标达成
为了更好地评价学习的效果,必须进一步完善公平、公正、公开的考核体系,制定适应上述教学的评分标准,准确的反映学生的学习情况和能力发展水平,使学生在为成绩而努力学习的过程中,能够完成知识体系的建立和能力的提高。为此,教师应从培养学生学习思维和提高全面创新能力出发,逐步减轻期末理论考试的分量,倾向于平时的学习态度,如课堂表现情况,作业、实验、实结情况都占一定的考核比例,坚持课内与课外相结合、考试与考评相结合的原则。评分的等级和标准要进一步细化,从激发学生的学习热情出发,科学、有效、灵活的进行化工热力学的考核评分工作。如在考核的过程中,我们不考核学生对化工热力学公式的死记硬背,而是考核学生是否掌握了公式理论的应用场合条件,理解了各种符号的含义,能否明白推导步骤和过程,考核学生的推理、演绎能力等。
总之,从以上几方面入手,对化工热力学的教学工作有了更进一步的认识,以培养高素质化工人才为目的,通过不同教学方法的体验,激发了学生的学习兴趣,灵活运用化工热力学的理论知识解决实际问题的综合实践能力。
【参考文献】
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)01(a)-0098-02
热环境控制课程是热能与动力工程专业一门专业课,也可作为航天、机械、电子、化工类相关专业的选修课。课程的教学目的是使本科学生在学习了大学传热学中的传热基本原理基础上,进一步了解、掌握对相关工程技术中传热过程进行强化与控制的原理思路与技术方案,扩大知识面,培养根据基本原理进行技术研发、创新的能力。课程教学以课堂讲授为主,辅之以适当的课堂讨论。通过资料搜集、分析整理、评判,培养学生主动获取知识能力;通过学生自主拟定设计题目、进行论证与初步设计训练,达到教学目的。
热环境控制课程的特点是属于新开设课程、无合适教材、涉及面广、无习题;接近研究生选修课、要求学习主动性;需查找文献、大量阅读,发挥主动性进行课程设计、撰写论文;与一般专业课的课程设计训练不同,主要考察主动性、创新性。本课程的教学正是围绕培养能从事热动系统设计、制造、运行管理和经营销售等方面工作的高级复合型技术人才展开的,结合我校本科教学要点“以学生为本、以教学为教师第一要务,重点推进教学方法和考试方法改革”,依照培养高质量复合型人才的人才培养目标,以教学与科研一体化为教学思想,为深化教学改革进行了积极的探索,并从中获得了一些有益的启示。
1 教学与科研一体化的教学思想
热环境控制的教学与科研是相对独立又是一个具有内在联系的、不可分割的统一体的两项活动,在适宜的条件下,两者可以得到强化,并相辅相成、互为促进。高校教学与科研一体化的基本思想基于建设具有地方工科特色的现代教育教学,以科研项目为依托,坚持侧重工程和应用的研究型教学和科研思想,致力于教学与科研一体化的探索和实践,使教学促进科研,科研服务教学。教学与科研一体化的教学思想在热环境控制课程教学中体现为:通过理论的教学、科研活动和课程设计等,使学生适度地参与相关的科研项目中来,既可以巩固学生的理论基础,又可以加强本科生教育与实际课题的联系。热环境控制课程的教学目标、教学进程和教学方法都是按照这种教学思想进行。
教学组主持完成和正在进行的课题有973课题、863课题、国家自然科学基金项目等纵向课题,也有和航天院所、公司企业之间的横向课题。这些课题涉及了强化换热、计算传热及多相流动和相变换热等各研究方向。通过科研活动不仅提高了教师的科研能力和学术水平,开拓了教师的知识面,同时为教学提供了第一手科学前沿资料,丰富了教学内容,提高了教学水平。课堂教学时,授课教师注重联系实际及本人的科研成果和他人的科研成果,使授课变得更加生动活泼,从而提高了教学质量。如,围绕863课题中近地空间飞行器热控和热防护研究,从课堂教学、理论教学、实践教学等多方面设计了教学内容和教学方法。在课堂教学中,把项目的内容(包括近地空间飞行器的工作原理、热环境和特有热控系统设计思路和方法)融入到导热强化与控制原理、对流传热强化与控制原理、辐射换热强化与控制原理、耦合换热与传热过程的强化与控制、新技术领域中的传热强化与控制问题等章节中,同时利用部分课堂时间开设了几个由浅入深的专题学术讲座。为了增加学生的感性认识,利用学生业余时间,带领学生参观相关的科研实验平台,通过一系列教学,学生不但理解了热环境控制课程的基础理论知识,真正把传热学理论知识拓展到实际应用中来。同时也了解了科研的基本程序、基本方法,锻炼了学生的动手能力和思维能力,为将来参加社会工作或科研工作奠定了坚实的基础。
2 现代与传统相结合的多样化教学方法
多媒体技术教学,已在众多课程中得到了大量的运用。但在实际应用过程中,多媒体技术辅助教学也存在一些弱点和缺陷。例如,多媒体教学容易分散学生的注意力等,因此,本课程灵活运用现代教学手段和传统教学手段,像录像、小黑板、多媒体、课程互动讨论、学生上台讲等多种教学手段,有效地提高学生上课的注意力,调动学生课上主动性和课后思考的学习积极性,并且培养了学生的独立思考能力。教学的主要内容、授课教案等都可以在网站上浏览,学生可以通过网络了解该课程的主要内容。网上教学与答疑可以通过传热学精品课程网站(资源共享课)进行。为了增强教师与学生的联系,解决学生对于该课程存在的一些疑问,并及时了解学生对于本课程的反响,我们还开设了微信群和QQ群进行教学讨论和答疑交流;另外网站设置了资源共享区,为授课教师与学生之间建立了资源共享的渠道。
讲解课程时,积极引导学生从实际问题出发,学习理解基本概念、基本理论和基本计算方法。为使学生更好地理解和掌握课程基本知识,讲解的例题都与实际生活和科研项目相联系。比如讲解绪论的时候,笔者在讲课时问学生,人们在冬天一只手握铁棒另一只手握木棒时,为什么感觉握铁棒的手比握木棒的手更冰冷?为什么蔬菜大棚里的温度比大棚外的温度高?神舟飞船是如何克服大气烧蚀返回地面的?于是学生就有了反应,开始思考。这样一来,自然而然,老师就把学生引入下面要介绍的导热强化、对流换热强化和辐射换热强化等基本原理和控制手段。通过这些问题的提出,学生可以知道学习这门课以后,能够运用所学的相关知识解决哪些实际问题,学生带着问题学习,就不会盲目,大大激发了他们学习这门课程的兴趣,引导学生从传热学的角度去发现、分析和解决实际工程问题,真正学会如何利用传热学知识去控制热环境。
3 N+1的考核手段
考试方式改革如何客观、公正、有效地考核学生,如何摒弃一张考卷定乾坤的现象,一直是广大教师探讨的问题。对于绝大多数大学课程来说,尤其是一些工科课程,我们所要考查的决不是学生记忆公式的能力,而是学生综合运用知识分析和解决问题的能力。因此,怎样通过考试来考查学生综合运用传热学知识分析和解决问题的能力就很值得我们思考。为此,我们设计了N+1全方位多层次的考核办法,办法的内容如下:
(1)课堂提问,考核学生学习情况、表达能力与课堂出勤情况,以提高学生听课的积极性和思考问题的独立性。
(2)平时小测验,考核学生知识积累能力与平时的学习态度。
(3)课程设计,考核学生综合运用知识分析和解决问题的能力。
要求:构思、提出一种热环境控制技术方案,并进行基本的论证。没有应用领域限制,充分发挥。最后经过老师评定较好的方案将有机会上台展示并讲述5~10分钟。
(4)课后资料查阅,鼓励学生积极思考,通过文献了解专业领域的最新进展,激发学生的学习兴趣。
要求:自拟题目,要求图文并茂,按正规学术论文形式撰写,必须有自己的观点或认识。可选择下列之一:①针对某一工程领域的热环境控制技术,进行文献资料综述、评价、分析,每人至少查找20篇国内外较新的论文(近10年)、技术报告及应用介绍。②针对某一传热方式的热环境控制技术在不同领域的应用发展,进行文献资料综述、评价、分析,每人至少查找20篇国内外较新的论文(近10年)、技术报告及应用介绍。
(5)期末考试采取闭卷形式,进行基本概念、原理考试,加深学生对传热学和传热强化与控制的理解。
4 结论
热环境控制是一种改善传热性能的先进科学技术。通过对热环境控制的学习,使学生了解如何改善提高热传递的速率,以达到利用最经济的设备来传递规定的热量,或是用最经济的冷却来保护高温部件安全,或是用最高的热效率来实现能源合理利用。不仅为专业知识拓展提供有效的手段,也是培养和提高学生分析问题和解决工程实际问题能力的重要环节。
我们对“热环境控制”课程教学方法的进行了探讨,主要目的就是提高教学效果,充分调动学生学习本课程的主动性和积极性,使他们在有限的学习时间中掌握热量传递的高效途径和控制方法,为后继的专业课学习提供必要的基础理论知识,同时培养和提高学生分析解决工程问题的能力。
参考文献
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[2] 尹先清,李赓.化学反应工程教学方法探讨[J].长江大学学报:社会科学版,2010,33(5):32-33.
作者简介:孙文卓(1983-),女,辽宁抚顺人,辽宁石油化工大学教务处,研究实习员;李焱斌(1981-),男,湖北黄冈人,辽宁石油化工大学教务处,助理研究员。(辽宁 抚顺 113001)
中图分类号:G642?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)30-0037-02
近年来,高等教育在不断地改革与发展,以求适应我国快速发展的经济建设,努力实现人才培养模式的多样化、专业化,满足市场人才需求。因此,辽宁石油化工大学(以下简称“我校”)从热能专业实际需求及专业面临的行业特色,以培养高级应用型人才为培养目标,要求学生具有创新精神和实践能力。基于此,制定了体现我校办学特色和石油行业企业对人才需求定位的热能专业人才培养体系。鉴于此,本文将对本校热能专业培养体系进行探讨分析,并对现有培养方案进行了优化修订,以便完善和促进该专业培养体系的健康发展,制订符合行业特色和我校高级应用型人才培养目标的需求。
一、热能工程专业人才培养体系
1.基本思想和基本原则
热能专业培养体系是以落实学校的专业办学特色,实现专业高级应用型人才的培养目标,适应市场经济快速发展和高级技术人才需求为基本指导思想。基本原则包括专业教育的基础性原则;课程体系整体优化的原则;加强专业技能训练、注重理论与实践相结合的原则;培育学生创新思维和创新能力的原则;优化培养体系、加强专业特色建设的原则;培养学生综合能力的原则。热能专业的培养要求学生是在能源、石油、化工等行业从事设计、制造、生产、研究、运行、维护等方面的应用型高级工程技术人才,并能在其他行业从事动力机械与热能设备的设计、运行、产品开发及实验研究等科研工作。
2.基本要求
该校热能专业培养体系的基本要求是要求学生应获得以下几方面的知识和能力:具有一定的人文科学和自然科学基础理论知识;整体掌握该专业所需要的专业基础课程,例如流体力学、工程热力学、传热学、理论力学、材料力学、燃烧学、锅炉原理等专业基础课程;掌握本专业领域的专业课理论知识和专业技术,例如内燃机原理与设计、设备换热设计与计算,石油行业所需专业技术;具备本专业实践动手能力,充分利用实验教学、金工实习、毕业实习、课程设计、毕业设计等为依托积极开展生产实践活动;具备本专业所必需的研究、计算、科研开发、调研、查阅文献等科研技能;建立学校与用人单位相结合的培养体系,使教学计划与用人单位需求相适应,以求学生所学能与当前就业环境和经济发展相适应,培养目标与就业相结合,以达到学校培养高级应用型人才的目标要求。
二、培养体系存在的问题
21世纪的工程技术人才应该对某一学科深入了解的同时能够对该学科领域科学也有所了解,从而能适应当今社会多学科、多技术交叉的社会发展特点。因此,高校人才培养应该实行增强学生专业素养、增强学生动手实践能力的现代化培养模式。传统的热能专业培养方案包括素质教育课程、基础课程、专业课程、集中实践教学环节四个模块。其中素质教育课程77学分,基础课程33学分,专业课程28.5学分,实践性教学环节40学分,这种传统的培养方案显然与当今市场所需求的人才不适应。[1]现有培养体系所存在问题主要体现在五个方面。
1.知识体系不健全
以往学校按专业统一招生,且按照统一的教学计划上课,所有方向的学生一起上课,并接受一样的专业课技术,学生不能自主选择专业课,造成热能专业的人才培养只有一个方向。因此,所培养出来的学生涉及到的业务知识太窄、与石油化工类院校教学的要求相冲突,使得学校教学特色形如虚设,不能满足石油化工类企业对多元化人才的需求。
2.专业课教学计划安排不合理
在课程课时分配上存在非常不合理现象,基础课程所占比重较大,其中政治、英语、数学比重非常大,虽然这三门课程是基本的基础课程,但是却别于之前的高中教育。大学是以培养高级应用型人才为目标,在基础课程的基础上实现学生专业化、技术化,而真正培养学生专业技能的专业课程寥寥无几。在学分硬性要求下,被削减课时的只能是专业课,这样容易导致学生理论基础扎实,但不会实践,只适合考试,这都远远与大学培养目标相违背。
3.教学内容笼统化
在课程设置和课程内容取舍时,不能做到取舍恰当。对于不必要的公式推导和经验公式,可简单介绍即可,对于专业核心理论基础一定做到详细讲解,使学生能充分理解,而不是按照教材系统的讲解,不区分重点,没有针对性地对学生进行灌输。对于辅助知识,可作为重点部分参考资料简单概括或让学生自学。
4.教学方法单一
多采取“灌输”式教学,同时在教学过程中忽视学生的综合素质和实践能力的培养,使学生在实际生产中难以发挥所学,难以适应社会发展需求,存在高分低能现象,这种传统教学方法是失败的。
5.教学与实践不能结合
根据本校该专业行业背景特点要求,学生的实习基地需要选择石油化工类行业,而这类企业最注重的是要求生产过程安全。由于学生实习会影响企业正常的生产秩序,对企业的管理也带来了许多不便。因此,企业往往会把学生的实习当做是额外负担,不愿意接受实习生,即使勉强接收,由于现场繁重的工作量,也很少有师傅会单独抽出时间和精力向学生讲解,再加上学校也不太重视,导致学生的实践教学形同虚设。
三、培养体系修订研究
为了落实学校的办学指导思想,实现学生培养目标。笔者根据热能专业培养体系所存在的问题,结合本校该专业就业特点,对热能专业培养体系进行了整体优化,加强了专业技能训练、注重理论联系实践的原则,培育学生实践能力和专业技能,为加强专业培养体系建设奠定基础。
1.基础知识体系和教学内容优化
基础知识体系包括素质教育类课程和专业所需基础类课程。素质教育类课程可包括思想道德修养与法律基础、马克思主义基本理论、思想概论、邓小平理论和“三个代表”重要思想概论、中国近代史纲要、高等数学、线性代数、大学英语、大学计算机基础、形势与政策等教育课程,共75学分。基础类专业课程应包括大学计算机语言、大学物理、工程制图、工程力学、工程热力学、传热学、电子技术基础,传热学、工程流体力学、自动控制原理、电机学和专业英语等,共54学分。专业基础课程强调扩宽学生专业领域教学,以满足不同专业方向教学培养的需要。
从这几年的课程教学安排中可以看出,热能专业课程在内容设置和前后衔接、互补等方面亟需完善。课程内容可从以下几个方面进行优化:课程的安排时间具有一定的递进关系,专业课程应安排在素质教育课程和专业基础课程后,这样使课程教学的内容具有层递关系;不同专业课程内容在相互联系的基础上应该有所轻重取舍。例如热工基础中流体力学、工程热力学、传热学之间有非常大的关联性,某些内容在三门课程中都是重点,有些内容只是其中一门课程的重点。因此,这样处理的目的是可以使课程相关内容融会贯通,以加深学生对知识的理解掌握;应该使各课程在专业人才培养中安排合理到位,并突出重点,分清内容主次。因为专业课程的设置是围绕学校对热能专业的培养目标而安排的。
2.专业课程体系优化
如何在有限的课程计划中完成学生专业技能的培养是课程设置的难点。所开课程除了基础课程外,主干专业课程有锅炉原理、锅炉结构设计与计算、汽轮机原理、热力发动机构造、热力发动机原理、热力发动机动力学、热力发动机设计、热力涡轮机原理、热能与动力机械测试技术、制冷与低温技术等。工程热力学、流体力学、传热学是本专业最重要的专业基础课程,即所有专业课程的掌握都是建立在对这三门课程熟练掌握的基础上。锅炉是工业生产中主要的热动力设备,主要用于热动力企业,这些企业通常都离不开锅炉设备的运用。汽轮机是一种原动力机,是锅炉设备配套使用的主要热动力设备,主要用于火力发电、驱动风机、水泵、船舶等。热力发动机详细介绍了发动机原理、构造、设计等。制冷与低温技术主要介绍了制冷的基本原理。随着科学技术的快速发展,计算机普遍应用于各行业中,因此,热能专业还开设了计算机应用等课程。其中,考虑企业对专业人才的实际需要,对专业课程的设置进行优化、整合和充实,根据方向不同分别对专业课程进行整合,有所侧重。[2]
3.教学实践
为了使培养的学生具有扎实的专业基础和良好的动手实践能力,对培养体系的修订应对原有培养体系实践环节进行改观,注重对专业课程设计、实验、实习、专业认识和工程实训等实践环节的加强,以解决热能专业多方向领域专业人才培养与我国企业对专业人才技术需求专门化之间的矛盾。[3]在培养方案中可设计校内与校外实践相结合的培养方式,充分利用校内外教学资源,营造良好的培养环境,形成热能专业高级应用型人才培养的新模式。对学生专业技能、实践能力的培养主要通过实践性教学环节来完成。实践性教学环节分布在各个学期中,所占学分比例可为20%~30%。设计性实验和综合性实验贯穿于主要专业基础课和专业课程中,在专业基础课程中开设了热能基础实验。该课程综合了流体力学、传热学、工程热力学课程的实验内容,将其中的几个相关实验可进行适当的组合,专业课实验主要以加强学生专业技能为目的。
四、结论
在对原有热能专业培养体系认真剖析的基础上,根据在学生日常教学中所反映出的问题,提出了新的学生培养修订措施。新的培养体系体现了重基础、宽专业的基本思想,将会使热能专业教学更加完善,同时注重学生实践能力的培养,有机地将教学内容与生产实践相结合起来,实施多元化热能专业人才培养。这种改进后的培养体系将会更好地培养出适应社会发展并与现代科学技术相适应的热能专业技术人才。
参考文献:
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)04-0097-02
一、前言
《工程热力学》是能源动力、化学工程、航空航天等众多工程类专业的一门重要专业基础课,是培养在涉及能源特别是与热能相关的各领域中具有创新能力人才的基础。该门课程学习的好坏将直接影响到后续专业课的学习效果,从而最终影响学生的专业综合水平。与其他课程相比较,《工程热力学》课程具有公式较多、逻辑性和理论性较强、概念多而抽象、应用条件较复杂等特点,因而很多学生反映这是一门较难学的课程。甚至有些学生在刚接触这门课时便感觉学习困难,产生了抵触情绪。
二、《工程热力学》课程的研究内容及目前教学现状
《工程热力学》主要研究与热能工程相关的热能和机械能相互转换的规律,它着重应用热力学两个基本定律分析热能过程中有关的各种热力过程及热力循环,从理论上研究提高热能和机械能转换有效程度的途径。其内容包括热力学的基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力学能等基本参数的计算、理想气体的热力过程、热力学第二定律、气体的流动、压气机的压气过程、气体动力循环、制冷循环等,其主要特点是理论分析、实验研究和工程实际应用紧密结合,分析推理的结果具有高度的可靠性,条理清楚,逻辑性强[1]。《工程热力学》课程具有的特点使得学生反映难学,教师反映难教,最终导致教学效果不佳,学生对知识点掌握不够,考试不及格率较高。传统的教学以理论传授为主,但对于一些以应用型培养为定位的新建本科院校来说,更重要的是要培养工程背景下学生利用所学理论知识去分析、解决实际工程问题的能力,因此深入开展《工程热力学》的教学研究显得十分必要。
三、《工程热力学》课程的教学措施
1.上好绪论课。很多学生误认为绪论课中没有涉及到具体的、重要的知识点,而且也不属于课程的主要考试内容,因此觉得它不重要,上课也不认真听讲和记笔记。事实上,绪论课作为《工程热力学》课程的第一课,在教学中具有特殊的教学地位和重要意义[2]。绪论课中教师可以讲授热能动力工程的重要地位,介绍一些典型的能量转换装置工作过程(例如蒸气动力装置、内燃机、燃气轮机装置以及蒸气压缩制冷装置等)、《工程热力学》的研究对象及研究方法(宏观法和微观法)等内容。通过绪论课,教师不仅可以让学生初步建立起《工程热力学》的基本概念,使学生掌握本课程的思维方式和基本理论体系,而且能使学生明白本专业为什么要开设《工程热力学》、《工程热力学》的主要学习内容、学习方法以及学好这门课的注意事项,从而激发学生学习《工程热力学》课程的兴趣和爱好,坚定学习该门课程的决心。
2.充分调动学生的主动性和积极性。由于《工程热力学》课程公式多、概念多,计算复杂,学生学习起来有一定难度,有些学生在刚开始接触这门课时就有抵触情绪,这就需要充分调动学生的主动性和积极性。首先,必须要求教师课前充分备好课,合理组织教学过程,恰当运用有效的教学方法;做到教学内容精炼充实,重难点突出,逻辑严密,使学生易于接受讲解的知识点。学生只有在听懂课的前提下才会对课程产生兴趣,从而调动他们的主动性和积极性,激发他们的潜能。其次,在上课过程中可以适当引入一些生活中常见的实例,通过对这些实例进行分析,把枯燥乏味的理论知识运用到具体的实际问题中,并采用启发式教学培养学生独立思考问题的能力,提高他们学习的主动性。第三,教师应结合当前工程热力学领域的相关热点问题[3],如提高热机效率、节能降耗、低碳环保以及核电事故等,开展课堂讨论和专题研讨,通过这些热点问题培养他们对《工程热力学》的兴趣。
3.在知识难点上完善教学方法。以热力学第一定律为例[4],在学习该定律时,不少同学对热力学第一定律的两套符号的掌握有困难,经常混淆教材提供的两个公式。这种情况下,教师就应在课本的基础上,进一步完善教学方法。例如授课时可以在教材提供的知识点的基础上进一步延伸,将热力学第一定律在形式上概括总结成:体系内能的增加等于体系增加的能量(Q)减去体系消耗的能量(W)。当假设体系从环境吸入热量时,公式中的Q自然就为正;而当环境从体系吸入热量时,Q自然就为负;同理,体系对环境做功,W为正,环境对体系做功,W为负。关于Q和W数值的正负号选取时只要注意下列原则即可:实际发生的情况和定义一致则取正,和定义相反则取负。例如当W定义为环境对体系做功时,若环境确实是对体系做功,则W的数值取正,否则W取负值;Q在数值上的正负号取法同W。这样一来就避免了学生对公式中Q和W的正负号以及Q和W数值的正负号不能很好把握的问题,可以帮助学生更好地掌握并运用热力学第一定律。
4.正确对待公式的记忆与推导。《工程热力学》课程的公式比较多,学生反映记不住,而且有的公式在形式上相类似,很容易记混淆。其实要让学生记住所有的公式一是不现实,二是也没必要,这就需要在教学过程中理清哪些公式需要记忆,哪些可以根据记忆的公式现场推导。例如闭口系统能量方程的四个式子可以要求记忆,一是比较简单,二是这四个式子非常重要,讲解后面的知识点时需要用到。但理想气体的各种过程(包括定容、定压、定温)中比熵的变化就不需要记忆,完全可以根据比熵的原始定义再结合闭口系统能量方程直接推导而得到,如果同学对基本概念和基本公式的掌握足够熟练,对这些推导会形成条件反射,不需要借助草稿纸直接在脑海中就可完成整个推导过程。这样无形之中就减少了很多公式的记忆,但需要用到的时候又能立刻得到。
5.采用现代化教学手段。随着现代信息技术的发展,多媒体教学越来越广泛地应用于教学领域。利用多媒体教学中图像、动画、声音等元素的优势,既进一步丰富了教学内容,又使教学过程更加形象生动,加深学生对知识点的理解,便于学生接受。例如在讲解活塞式压气机的压气过程时,如果利用板书在黑板上讲解压气过程,学生会感觉比较抽象,但如果利用flash制作的动画来演示时,学生对压气机的压气过程就会一目了然,感觉更直观,更加便于理解和接受。另外在讲解压缩过程、平衡态等一些相对抽象的过程和概念时,如果借助于多媒体技术也会起到事半功倍的效果。
6.注重学生工程意识的培养。全日制大学生一般对工程常识较缺乏[5],针对这一特点,教师授课时可以以课程为载体,适时向学生介绍所学理论知识在实际热工设备中的应用。例如授课时可以多举一些例如锅炉、热水器、散热器、涡轮机、压气机、喷管等典型热工设备的例子,分析这些设备在实际工作工程中消耗的轴功、系统和外界交换的热量、能量转换关系等。通过分析这些实际工程设备的工作工程,能够使学生掌握不同设备的能量转换关系和特点,并了解在哪些情况下,可以将工程实际问题进行简化,从而建立他们的工程意识。
《工程热力学》作为众多工程类专业的一门重要专业基础课,学生接触较早,对他们后续学好其他专业课会产生一定的影响。如何上好这门课,是每一位《工程热力学》教师应仔细思考的问题。只有在教学实践中不断丰富和调整教学内容,不断改革和探索教学方法和教学手段,才能达到较好的教学效果。
参考文献:
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中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-0118(2012)-06-000-02
传热学是一门研究热量传递规律的科学,它所涉及的领域非常广泛。特别是在能源动力、航空航天、建筑节能、材料冶金、机械制造、交通运输、化工制药、生物工程等领域更是蕴藏着大量的传热问题,形成了如相变与多相流传热、微尺度传热、生物传热、超常传热等传热学的多个学科分支[1-3]。
传热学课程是我校飞行器动力工程专业设置的专业基础课程,飞行器动力工程是动力工程与航空院校的结合,通过专业课程的学习,该专业学生要求可以对发动机的总体性能分析、总体与部件设计、故障分析等。传热学本身也是一门与各工程领域关系密切、应用性极强的专业课程。它植根于大量的工程实际之中,也必须服务于工程实际。本论文结合该专业工程实际情况,结合在传热学的教学过程中的几点讲课体会,把传热学比较枯燥的理论与学生的已有知识和感兴趣的实践联系起来,在实际教学中取得了令人满意的效果。
一、精心授课,提高教学质量
当前科技发展的速度日新月异,传热学方面的理论更加如此。但是我们的教学内容与这些新理论严重脱节,这在传热学实验方面尤为严重。同时部分同学认为传热学的实用性不强,对掌握专业技术帮助不大。因此导致大学传热学教学的受重视程度大大降低。这就需要把传热学知识与学生具体的专业应用及日常生活应用结合起来,提高同学们对该专业课程的学习兴趣。
在讲课时,我们要做到以下几点:第一,重点突出。根据教学要求,结合学生的专业需要,抓住重点,讲透概念,不断深化;第二,理论联系实际。在理论学习的同时,列举实际生活与生产中的应用实例,加深学生的印象,提高学生的学习兴趣。积极地引导学生对传热学、传热现象进行深人的思考。进行现代传热学的重要实验,大提高学生学习的积极性。
充分利用网络资源,结合飞行器动力工程专业,详细讲解传热学在飞行器发动机方面的应用。例如,在讲到三种换热方式及计算方式的环节,加入目前飞机发动机用到的几种冷却方式:辐射冷却,烧蚀冷却,膜冷却,再生冷却及发汗冷却等。同时着重讲解目前研究的前沿领域:再生冷却技术[4]。该过程同时涵盖了三种换热方式,如图1,包括燃油与壁面的对流换热,壁面的热传导,由于发动机温度较高,换热方式同时还包括辐射换热。收集相关实物图片,如图2所示,让同学对其冷却过程及相关的计算方法有直观而深刻的认识和掌握。
把日常生活中的应用实例代入的传热学的教学课堂里,让同学们了解到传热学应用的广泛性。例如,引入CPU芯片中的散热过程[5],图3是一典型的台式计算机中的CPU散热器的图。在芯片内核内,电能转换成热能,发热升温,热量通过内核与金属外壳接触导热,传到金属外壳,热量通过金属外壳与散热器上的导热板的接触导热传到导热板,在导热板内热量以导热方式扩散传播到导热板上的肋片根处,在肋片内,热量以导热方式传播到肋片表面,风扇驱动空气流经肋片表面,热量最后以对流传热方式从肋片表面传到空气中。整个过程包括有:导热过程(其中多数是接触导热),空气对流传热过程。
图4所示的是采用有热管的笔记本计算机中CPU散热器,热量从导热板传到肋片,是通过热管传输,中间还有两处接触导热,在热管内,有蒸发传热和冷凝传热过程。
另外还有水冷式CPU散热器,热量从导热板传输到肋片,经由两处管内液体强迫对流传热,还有肋片与水管之间的接触传热。将CPU散热过程分解成若干个传热过程,分别分析研究每个传热过程的机理,目的是将传热学知识与实际日常生活及工程应用相结合,使同学们认识到传热学的实际应用,提高同学们学习传热学的兴趣,加深对传热学知识的掌握。
此外,利用多媒体教学时,为避免产生视觉疲劳,可以增加幻灯片的生动活泼性,适当设置一些动画效果。在放映多媒体课件时,要注意恰当控制好教学节奏,使得课件播放进程与学生的思维节奏同步合拍。
二、增加英文教学内容
培养具有全球化视野和国际交流能力的高素质专业人才是我国经济社会发展融入世界的需要。而传热学的基本概念很多来源于一些英文原著的翻译,在教学过程中,适当添加一些英文原文,一方面加深同学们对概念的理解,调节学生学习的紧张氛围,另一方面,增加同学们对专业词汇的掌握。同时,有利于学生在课外查找一些相关的外文文献,拓宽学生学习思路。对于提高教学质量、培养高素质的复合型人才具有很重要的意义。例如,引入传热的概念的英文介绍:Heat transfer:Thermal energy (heat): refers to the energy transported from one system to another as a result of difference temperature (%=T)。引入对流换热英文:Convective heat transfer。层流和湍流边界层:Laminar and turbulent boundary layers等。
三、注重课内教学与课外教学的有机结合
(一)建立教学信息中心。在教学信息中心,介绍传热学的历史与发展前景、最新理论的跟踪以及传热学的科普知识,让学生对传热学有充分的认识。
(二)采取设立选修课的手段,开辟“传热象探索园地”,让有兴趣的学生进行传热现象的深入探讨和研究。
(三)开设课外专题讲座。课外专题讲座也是提高学生兴趣的有效途径。它不仅让学生有机会接触传热学的前沿,更深人地了解传热学的发展动向,激发他们的兴趣及投身传热学研究的志向。
(四)要求学生通过各种方式收集信息,撰写传热学原理的应用论文,作为平时作业。通过这个途径拓宽学生的知识面。
四、理论与实验相结合,构建先进的传热学实验教学体系
传热学是一门实验学科,传热学的一切原理和定律都是从生产的实践和科学实验中总结出来的,反之又经受生产的检验并推动其发展。因此,必须注重传热教学中理论学习与实验探索的结合。在传热实验教学方面,在预备性实验、基础性实验、设计性实验和综合性实验的基础上可以引入模拟演示实验。
通过预备性实验为理论的学习打好基础,通过基础性实验来验证一些传热规律,从而使学生对这些传热学原理和规律有一个感性的认识。但由行器换热实验设备价格及操作条件的限制,发动机换热实验作为动手实验实行比较困难,考虑到该专业的性质要求,可以在课堂上增加演示实验,例如,模拟涡轮旋转叶片冷却通道换热实验,模拟气流平行于旋转轴方向的流动和气流垂直于旋转轴方向向外流及向内流等三种情况,基本概括冷却系统的全貌。通过演示实验,让学生直观认识到发动机涡轮叶片冷却过程。
此外,实验室应该建设成为自主型、开放式的实验室,让学生能够根据自己的兴趣爱好去进行传热现象的探索,充分培养学生对传热学的兴趣。
五、加强中青年教师实践锻炼
目前大批高学历的青年教师正在成为各高校讲台上的主力军,他们正在成为我国高教战线的栋梁。但也不可否认,长期的学校学习,严重缺乏工程实践。同时,青年教师工作后,忙于应付各种日常工作,实践环节进修的机会非常少,因而也不可能向学生传播工程实践知识。部分教师、特别是面临职称评聘的中青年教师对上课采取应付的态度,课余不钻研教学法,上课时拿本教科书照本宣科,不能激发学生的学习热情,使教学质量下降[6]。
为改变这种状况,可以采用青年教师下工程现场或实验室工作半年到一年、青年教师与老教师结对、定期进行教学法研究活动等。同时对教师的考核制度应作相应的变动,使青年教师愿在提高教学质量和增加实践经历上花费较多的精力。
六、结论
综上所述,随着传热学学科的不断发展,教学内容的不断增多,“传热学”教学改革势在必行。只有全方位的教学改革,教师综合素质的不断提高,教材和教学方法的不断创新,才能巩固大学传热学的基础地位,使学生学完大学传热学之后,思维能力和解决实际问题的能力有显著的提高,为今后的专业课程和社会实践活动奠定坚实的基础。
参考文献:
[1]杨世铭,陶文铨.传热学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]戴锅生.传热学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999.
[3]王厚华.传热学[M].重庆:重庆大学出版社,2006.
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2016)08-0153-02
沈阳理工大学于2011年9月正式入选教育部第二批“卓越计划”实施高校,能源与动力工程专业正式列入沈阳理工大学“卓越计划”和创新创业计划专业。工程热力学课程作为能源与动力工程专业的一门重要专业基础课,是能源与动力工程专业的必修主干课。本课程不仅为学生学习有关内燃机方面的专业课程提供必要的基础理论知识,也为从事相关专业技术工作和科学研究工作提供重要的理论基础。通过本课程学习,使学生掌握热力学的基本规律,并能正确运用这些规律进行热工过程和热力循环分析。同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力。工程热力学是能源与动力工程专业学生首先接触的专业课程,课程概念复杂抽象,公式适用的范围不一,内容繁多且联系工程实际广泛,这些都给学生学习该门课程来带困难。目前对于工程热力学课程的教学反应来看,教师不好教,学生不容易理解,对学生工程实践能力和创新能力的培养不够。随着国家和学校对“卓越计划”的实施,从专业培养目标和定位上也对课程教学提出了新的要求,所以对工程热力学课程进行教学改革十分必要,因此,考虑到以上因素,对工程热力学课程从以下几方面进行了改革。
一、教学内容改革
(一)实践创新型教学目标的确立
工程热力学课堂的教学重点在“工程”,在以往的教学目标设计中都是重理论轻实践,大量的学时都用在了公式的推导和计算中,对于学生的工程实践能力和创新能力培养不够。在“卓越计划”和创新创业训练计划指导下,将每一章的教学目标分解为基本目标和重点目标,基本目标是在课堂上通过讲解使所有学生都能理解接受的基本知识、基本理论和基本应用,重点目标是通过课下组织的工程实践活动和创新创业小组将课堂所学的知识应用到工程实践和创新中去,以培养学生的工程实践能力和创新能力。
(二)强化专业方向优化课程内容
2012年教育部新版高校本科专业目录中调整热能与动力工程为能源与动力工程。能源与动力工程致力于传统能源的利用及新能源的开发利用,专业方向包括热能动力及控制工程方向、热力发动机及汽车工程方向、制冷低温工程与流体机械方向和水利水电动力工程方向等。沈阳理工大学能源与动力工程专业为车用内燃机方向,在有限学时下,保证学科基本理论体系系统性和完整性的前提下,优化课程内容,强化专业所需内容。例如,对于基本理论方面重点讲解理想气体的性质和热力过程;对于基本理论的应用,详细讲解活塞式内燃机的循环,对于燃气轮机装置循环、蒸汽动力循环和制冷循环做了解性介绍。
(三)注重理论联系实际
在教学过程中,注重将实际生活中与热力学相关的问题引入课程中,通过课程所学的知识来解释发生在身边的事和物。在讲解的过程中让学生明白,通过工程热力学课程所学的知识可以解决本专业所涉及的实际专业问题,提高学生对于课程重要性的认识。
二、教学方法改革
(一)启发式+对比式教学
启发式教学是指教师在教学过程中根据教学任务和学习的客观规律,从学生的实际出发,采用多种方式,以启发学生的思维为核心,调动学生学习的主动性和积极性,促使他们生动活泼地学习的一种教学指导思想。启发式教学的关键在于设置问题情境。如在讲解热力学第一定律基本能量方程式时,分别以门窗关闭房间内的空调和冰箱为例启发学生利用基本能量方程式来解决判断实际问题;以人吃饭、工作和变胖(瘦)与基本能量方程式做对比分析,加深学生对于该方程的理解。
(二)注意工程实践和创新意识的建立和培养
为了培养学生的创新能力,构建理论教学和实践环节相结合的创新创业教育培养体系,在课程教学中引导学生用工程热力学知识解释生活中的现象,引导学生进行独立思考,加强理论联系实际,培养学生独立思考和解决问题的能力,注重增强学生的工程实践与创新意识的建立和培养。
(三)积极开展课外创新训练
鼓励学生开展创新训练小组,通过学生根据所学到的工程热力学的知识,自己完成创新设计作品,或者根据老师给定的方向,申请校级及以上级别的大学生创新创业训练计划项目,培养学生的创新能力。在实践环节上,结合挑战杯、汽车创新设计大赛、机械创新设计大赛、大学生创业创新训练等,锻炼学生分析问题、解决问题的能力,鼓励学生采用发散性思维来思考问题,全面提升学生的工程素质和实践能力,培养学生创新创业能力。
三、教学手段改革
(一)多媒体教学
在传统板书教学的基础上,将多媒体技术引入教学中,多媒体技术实现了文字、图片和动画等信息的融合,使教学内容更加生动的展示给学生,增加学生的学习兴趣。
(二)虚拟仿真演示平台
在多媒体教学的基础上制作了工程热力学虚拟仿真演示平台来辅助教学。例如:在讲解热能和机械能相互转换过程时,先用虚拟仿真演示平台以动画的方式演示内燃机、燃气轮机、蒸汽动力装置、压气机和压缩制冷装置的工作原理,然后再分析其热能转化为机械能的过程,提高学生的注意力,激发学生的兴趣。在虚拟仿真演示平台上还集成了常用的工质的热力学参数和热力性质表、湿空气的焓湿图、水蒸气的焓熵图等,并能够实现常用工质的热力学参数的快速查询。
(三)网络教学
课堂教学迫使学生在有限的时间内接受大量的教学信息,使部分学生不能够充分消化所学内容。网络教学提供多种方式进行师生互动,提高学生学习积极性;网络平台上可以下载教学课件、参考书、习题库等资料,学生可以利用课余时间学习,在线测试等相关功能可让教师及时了解学生学习掌握程度,提高学生成绩。
搭建课程的网络教学实施平台,将课程每一章的教学目标、知识内容、学习指南、案例、练习、拓展学习和在线测试等诸多教学要求固化在网络教学实施平台中,为老师提供教学助手和工具,给学生提供探究平台,变封闭式课堂为开放式课堂,引入外部教学能量和教学资源。
(四)建立并及时更新课程的资料库
工程热力学课程是一门实践性比较强的课程,其中的很多理论目前都已经用于实际产品,因此在一些课程内容中可引入一些实际应用例子进行介绍,以加深学生对知识的理解。同时,课后也布置学生收集工程力学应用的新技术,并分析其所应用的理论,提交报告,将其作为成绩考核的一部分,从而激发学生的学习兴趣并提高学生自主学习能力和理论联系实际的能力。
四、课程改革实践效果
经过几年的探索与实践,工程热力学课程的改革已初见成效,通过对改革前后几届学生的对比分析,发现有以下方面的效果:
(一)学习成绩提高了
改革后学生对于基本概念和基本理论的理解较好,特别是对于实际应用计算题解答比改革前有大幅度改善。
(二)创新能力增强了
学生参加挑战杯、汽车创新设计大赛、机械创新设计大赛获奖和获批大学生创业创新训练等项目的数量与等级都有所增加,并有多人和获得专利。
五、结束语
工程热力学是能源与动力工程专业的一门经典课程,为培养学生工程实践能力和创新能力提供重要的基础知识。结合“卓越计划”和创新创业训练计划,通过工程热力学课程教学改革,提高了学生的工程实践能力和创新能力,不仅使能源与动力工程专业的学生受益,在新版教学计划中新开设热工基础课程的车辆工程和装甲车辆工程专业的学生也可以从中受益。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 陈希.着力培养卓越工程师后备人才[N].人民日报,2010.
[2] 林健.面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革[J].高等工程教育研究,2011(5):1-9.
[3] 匡德舜,陈禹娜,于旭蓉.大学生创新创业训练计划培养模式探究[J].中国教育技术装备,2014(10):132-134.
[4] 祝立萍,钱付平,陈光,黄志甲.工程热力学课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2012(1):116-117.
作者简介:谭小群(1984-),女,湖南郴州人,北京理工大学珠海学院化工与材料学院,助教;刘英炎(1969-),男,广东茂名人,北京理工大学珠海学院化工与材料学院,高级工程师。(广东 珠海 519085)
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)02-0141-02
工程热力学是安全工程专业比较重要的基础课,主要研究物质的热力性质,热能与其他能量的相互转换规律及其工程应用。通过该课程能为学生今后的专业课学习打下良好基础。安全专业是一个注重工程应用的专业,因此本文选择了王修彦主编的《工程热力学》为教材。[1]鉴于该课程概念多且抽象、公式多且应用条件复杂,如何改善教学方法,提高教学效果是教师需要思考的重要问题。本文认为在绪论教学时有必要为学生建立一个学习框架,而教学过程中需要通过加强实践,有针对性地开设课内实验,故设悬念引导学生思考,同时以巩固知识点为目的注重工程应用,加强实践学习,充分利用多媒体优势进行教学,实践证明这些措施对提高教学质量起到了一定的积极作用。本文针对以上几点提出教学方法改革的几个方面。
一、注重构建学习框架
以所选用的教材为例,工程热力学主要介绍内容是热力学第一定律、热力学第二定律以及围绕这两个定律所展开的各类工程应用。[2]教学之初,为避免学生产生这样的观念:公式多、内容复杂、知识点错乱,非常有必要为《绪论》这章多设置一些学时数,以便在初步讲授这门课程之时,将课程学习框架充分地展示给学生,使学生把握课程特点,为今后学习打下良好的基础。学习框架包括了课程的主要知识点以及各知识点之间的联系,见图1。
通过图1,学生可以在接触课程时就明白自己即将围绕什么主题去学习,学习的主要内容包括能量转换的主要定律及其相关工程应用,学习的目的以及学习这门课程的实践意义是提高能量转换效率,节约资源,持续发展。这种知识树一旦在学生心理产生印象,对提高教学效率起到积极作用。可以说绪论教学所多花的学时不仅不会影响剩余章节的教学进程,反而发挥了磨刀不误砍柴工的效果。
二、故设悬念,引导学生思考
工程热力学是一门从宏观角度去研究能量转换规律的学科,它的主要定律,包括第一定律和第二定律都是基于经验总结。这就是说,这种经验总结为该课程的教学结合实际提供了便利条件。教学时应该充分利用这个特点,在课堂教学过程中,结合实际设置疑问,引导学生积极主动思考,既能活跃课堂氛围,又能使学生在思考中进行后期的学习。例如在热力学第一定律讲述时,可以在课堂上再现第一类永动机的设计,并让学生参与指出设计的不足或提出自己的设计,当学生兴趣盎然时引出第一定律。第一定律引出后,引导学生举出自己在日常生活中所接触的能量转换事例,活跃课堂气氛后,提出问题:封神榜中哪吒的风火轮是否能实现?如果能实现飞机、汽车还是否有存在的必要,如果不能实现,又是什么原因呢?经过探讨后将疑问留给学生,并提示随着热力学第二定律的深入学习他们可以得到想要的答案。又如在蒸汽动力循环讲授时,可以给出火力发电厂发电效率计算的例题,学生在亲自计算后,深刻体会到目前我国火力发电厂的实际效率不高的现状,并开始关注如何提高效率的问题,这时可以将该问题留给学生,并提示随着蒸汽动力循环的深入学习,他们将得到想要的答案。本人在教学实践中发现这种故设悬念的做法,在激发学生的求知欲,提高教学效果和活跃课堂气氛方面均有显著作用。
当然这种故设悬念,引导学生思考的教学方法的具体实施,则需要从系统的角度,依照教学进程依次设置。本人认为以下过程可作为设置悬念的主线,即从能量能否转换到能量转换是否有规律可循,从能量是否守恒到能量守恒过程是否一定能进行,从理论可以进行的过程实践上为什么不被采取到理论上完美的过程能否实践上努力实现。围绕这条主线去设置疑问能发挥学生学习的主观能动性。当然设置悬念的时候一定要注意从现实生活出发,这样才能真正激发学生的兴趣,引导学生自我思考。
三、重视教学中的育人
尽管工程热力学是广大学生以及教师公认的较为枯燥的基础课程,然而工程热力学却蕴含了大量的为人处世道理,如果能将属于自然科学的工程热力学与人文教学结合教学,不仅起到提高教学效果的功能还能达到很好的育人功能。例如,围绕热力学第一定律可向学生讲述付出与收获之间的道理,围绕热力学第二定律中能量自发转换的方向性问题,可以向学生传达这样的思想:提高个人素质是一个从低品质向高品质转换的过程,因此不是一个自发的过程,需要付出代价才能实现。换而言之,在校大学生要懂得要提高个人素质,将来赢得用人单位的认可,现在必须通过努力才能实现。
同时工程热力学所涉及的领域为能源,众所周知,能源是当今世界各国争夺的主要资源之一,资源问题最能激发学生的时代责任感。然而学生在中学时代,知道得更多的是国家地大物博,各种资源尤其是煤炭资源丰富,尽管也知道人均占有率不高,但是并未深刻意识到能源的合理使用对当前能源抢夺局面的改善作用。因此在绪论中除了重点给出学习学框架外,还应该介绍各国的能源利用政策以及能源利用效率,让学生认识到我国能源利用过程与发达国家之间的差距,唤醒学生的爱国心和责任感,提高学生学习动机。
总之,加入人文育人思想后,工程热力学的教学会变得更加活泼,学生的学习参与热情也逐步提高,因此重视教学中的育人功能是不可忽视的教学方式。
四、注重工程应用,加强实践
传统教学过程中,学生往往通过做题目巩固所学知识,并且效果不能皆尽人意。尤其对应用性很强的课程,做题目只是辅助手段而不是最佳的方式。要将工程热力学这门课程的抽象性剥除,非常有必要在课余时间带领学生参观学科所应用的领域,例如火力发电厂 。一般在取得学院认可的条件下,可以与当地火力发电厂建立联系,在绪论讲授完,或蒸汽发电讲授前,可分批次带领学生进入电厂学习参观,在参观过程中使学生了解发电厂的流程,了解汽轮机、锅炉、给煤机等设备以及发电原理;参观过程中,结合安全工程专业特点,可多提醒学生电厂发电过程中可能存在的危险有害因素;也可以向学院申请邀请电厂安环部负责人以讲座的形式给安全工程专业学生系统讲述电厂蒸汽机发电时存在的危险有害因素;制冷和制热学习过程中,带领学生了解空调、冰箱的工作原理。这些都有助于学生认识课程的重要性并牢固掌握知识点。为提高学生的实践参与度,可以要求学生提交实践学习报告,并作为该课程考核内容之一,达到解放学生为考试而被动学习的局面。
此外工程热力学知识点比较抽象,有必要开设部分课内实验,让学生掌握压力、温度、热量等基本量的测量方法,并运用课堂讲授的相关基本知识观察实验现象、分析处理实验数据,巩固并加深有关理论知识,促进理论联系实际,以利于培养学生分析问题和解决问题的能力。
五、充分利用多媒体技术
多媒体具有直观、信息量大的特点,非常适合于复杂和抽象课程的教学。运用多媒体创设教学情境,有助于激发学生学习兴趣,以其独特的形、声、景扣动学生的心弦,化无声为有声,化静为动,使学生进入一种喜闻乐见的、生动活泼的学习氛围,从而使学生产生极大的学习兴趣。[3]
工程热力学中所研究的能量转换必须基于热力状态的变化,即在状态变化的过程中实现能量转换。而从一个状态到另外一个状态必然经过一定的过程,因此示功图p-v图、示热图T-s图是工程热力学非常重要的工具,甚至可以说是工程热力学独特的语言。实际气体包括水蒸气、湿空气,工程应用包括动力循环以及制冷制热循环的研究中都用到了这种图形化的语言。这种图形化的语言是动态过程的描述,因此可以借助多媒体的动态、形象特点将静态的图动态地展示给学生。通过这种动态教学,可以将抽象的理论学习化为直观易懂的学习。
六、总结
工程热力学作为安全工程专业基础课的重要特性已为大家所共识,如何探索适合安全工程专业的教学方式成为提高安全工程毕业生素质的重要途径。本文从构建教学框架、故设悬念引发思考、重视教学中的育人、注重工程应用和充分利用多媒体技术五个方面都进行了教学方法改革的初步探索,实际应用中效果较为明显。但课程学时数的有限使教学改革需要分配好学时数,甚至占用学生部分课余时间。各院校可以根据培养目标以及生源状况进行选择性改革。虽然本文归纳了一些改革要点,但时间关系,系统性及充分性尚需要在今后的教学实践中进一步归纳完善。
参考文献: