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新工科背景下过程装备与控制工程专业的《热工基础》课程教学改革与探索

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  【摘 要】《热工基础》是过程装备与控制工程专业一门重要的专业基础课,在新工科的背景和要求下,从教学方法和考核模式两个方面对该课程的教学改革进行了思考和探索,提出了的具体的改革方案。
  【关键词】热工基础;新工科;教学改革
  中图分类号: G642.0 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2019)12-0109-002
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.052
  【Abstract】"Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer" is an important professional basic course of process equipment and control engineering specialty. Under the background and requirements of new engineering, the teaching reform of this course is considered and explored from two aspects of teaching method and assessment mode, and the concrete reform scheme is put forward.
  Keywords: Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer; new engineering; teaching reform
  2017年2月以來,国家教育部积极推进新工科建设,先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”,发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推进新工科研究与实践项目的通知》,全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验,助力高等教育强国建设[1-3]。清华大学教育研究院林建教授认为,新工科中,“工科”是指工程学科,“新”包含三方面含义:新兴、新型和新生。其中,“新型”指的是对传统的、现有的(旧)学科进行转型、改造和升级。例如机械、土木、化工等传统工科,由于互联网、人工智能对传统行业的颠覆性影响,这些学科需要针对当前和未来产业发展的急需进行转型改造成为新型工科。过程装备与控制工程是一门具有鲜明中国特色的传统工科专业,为了适应电子信息技术时代的发展,响应新工科的需求,我校对本专业进行转型、改造和升级。《热工基础》[4-5]是过程装备与控制工程专业的一门十分重要的专业基础课,在新工科的背景下,对该课程的传统教学模型进行与时俱进的改革,充分利用快速发展的电子计算机技术,基于“互联网+”[6-7]各种现代科技技术的教学模式,培养适合我国工业发展的高素质创新人才,应对新一轮科技革命与产业变革。
  1 课程教学方法的改革探索
  《热工基础》是过程装备与控制工程专业的一门专业基础课,课程包含“工程热力学”和“传热学”两部分,知识点多、理论性强、概念晦涩,涉及大量的理论公式推导和工程应用参数查表,并且我校只安排40学时的理论教学,如果按照传统的教学方法,在有限的课时内上完该课程所有的内容,上课的节奏比较仓促,再加上没有实物参考,对于一些基础薄弱或者上课容易分散注意力的学生,学习效率欠佳,严重影响教学效果。
  为了提高学生们的上课积极性和课堂上的兴奋度,首先充分利用快速发展的电子计算机技术,设计和制作《热工基础》的多媒体课件,通过动画、实验视频和数值仿真等手段将热工转化、热传递等现象展示给学生,通过抽象转为形象,帮助学生在大脑中建立相关的概念,以期获得事半功倍的效果;其次,我们在讲一个新的知识点之前,会在网上找一下有关该知识点的具体工程应用实例,课堂上基于此开展15分钟的讨论,指引学生提出一些科学问题,并且我们要求学生将他们提出的问题以及与之相关的因素和解决的方法写在纸上;然后,我们开展新知识点的授课,在授课的同时,学生可以不断地提出新问题和新的解决思路,但为了保持课程的完整性和逻辑性,我们要求学生在课上提出的问题和解决思路只能写在纸上,不能相互交流;课后,我们要求学生对于他们提出的问题在网上找相关材料和文献,对我们学习的内容进行归纳和补充;最后,在该知识点或者章节结束时,再进行一次15分钟的讨论。这些都作为学生们的课堂作业,作为其课程考核的一项指标。
  《热工基础》是一门偏理论课,含有大量的理论公式推导,例如工程热力学篇中的理想气体的功量和热量的计算、传热学篇中的导热微分方程和对流换热微分方程等。在课上传授这些章节的时候,主要还是以传统教学模式中的板书推导为主。然而,如果同学上课没有跟老师一同思考,公式推导过程就会很枯燥,上课效率严重下降。因此为了提高公式推导的趣味性,我们利用互联网找到传热学中相关公式的发展历程,上课的时候一边推导公式,一边根据公式讲一下热力学先驱的传记,例如克劳修斯、卡诺、普朗特等名人。另外,我们将公式的推导与自身的科研相结合,一方面向同学们介绍一下有关该公式知识点的最新发展现状,另一方面我们也通过一些数值软件,例如ANSYS、ABAQUS和COMSOL等,模拟一些机械、化工设备的热力过程,增加学生的学习兴趣。
  由于《热工基础》的课程内容多但学时有限,基于“互联网+”的课后互动和交流十分必要,我们班基于腾讯QQ建立了一个“热工基础学习交流群”,主要用来讨论上课讲的难点,同学们可以自由阐述自己的理解,这样对于之前理解的同学有助于加强和巩固,对于之前不理解的同学有助于学习和理解,对于之前理解错误的同学有助于学习和改正。我们教师看到了学生们讨论的内容,一方面便于二次教学和定向精准指导,另一方面也知道了学生难以理解的点偏向于哪里,在今后的教学过程中要注意偏重讲授。另外,我们老师也可以利用这个QQ群向同学们发一些有助于学习的文献和资料。   2 课程考核模式的改革探索
  在《热工基础》传统的课程考核模式中,一般都是以最后一张试卷来评定学生的成绩,这便很容易导致学生“平时不学习,期末搞突击”的现象。参考国内外一流大学的课程评价方法以及新工科的要求,我们对《热工基础》课程的考核模式也进行了改革和探索,將之前的期末闭卷考试评定模式改为综合评价和过程评价为主的考核模式。
  对于综合评价,主要分为两项:期末的闭卷考试和大作业,其中大作业是布置一道练习题:利用差分法计算非稳态传热,主要用于巩固学生们的非稳态传热知识点和锻炼学生们的计算机能力和利用数学软件(MATLAB)编程的能力;
  对于过程评价,我们主要以学生的课堂作业(包括讨论稿和课堂作业练习)、课后作业(综合考虑作业上交率、正确率和更改笔记)。具体的分配比例为:期末考试成绩40%,大作业20%,课堂作业20%,课后作业20%。
  这样的课程考核模式更加看重学生们的平时学习效果,避免学生期末突击式的应试学习。
  3 结论
  在新工科的背景下,充分利用快速发展的电子计算机技术,基于“互联网+”多种现代科技技术相结合的教学模式,对过程装备与控制工程专业的《热工基础》课程的教学方法和考核模式进行了改革和探讨,进一步提高该课程的学习效率和学习兴趣,更加重视课程的工程应用,培养适合我国工业发展的创新人才。
  【参考文献】
  [1]周开发,曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J]. 重庆高教研究,2017(5):22-35.
  [2]蔡映辉.新工科体制机制建设的思考与探索[J].高教探索,2019(1):37-39.
  [3]刘勇,王建红,肖亚辉,等.新工科背景下化工仪表及自动化实验教学改革与实践[J].广东化工,2019(46):226-232.
  [4]王福生,张琳,李三平.机械类专业“热工基础”课程教学改革与探索[J].科教文汇,2018(424):73-75.
  [5]蒋会明,孙首群.大学本科机械类“热工基础”课程教学改革探讨[J].科教导刊(下旬),2019(2).
  [6]张岩.“互联网+教育”理念及模式探析[J].中国高教研究,2016(2):70-73.
  [7]季长清,徐传伟,王彦春,等.基于新一代互联网技术的高校素质课教学改革研究[J].大连大学学报,2012(33):115-119.
  ※基金项目:安徽理工大学教学研究项目(加强虚拟仿真教学促进专业人才培养、评估(认证)背景下专业定位及特色发展的探索与实践—以过程装备与控制工程专业为例、双一流建设背景下地方高校教师综合评价指标体系研究);安徽省教育厅教研项目(过程装备与控制工程专业教学团队(2018jxtd019);基于专业评估的本科教学持续发展与质量保障机制建设的研究(2017jyxm1205);省属本科院校工科专业评估标准与指标体系研究与实践(2017jyxm1206)。
  作者简介:
  王成(1988—),男,安庆人,博士研究生,主要研究方向为表面工程及表面纳米化技术。
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