机械专业“热工基础”课程教学改革的实践与思考
“热工基础”课程以研究热能与其他形式能量的转换规律、有效利用以及热量传递规律为主要内容，包括工程热力学和传热学两部分内容，是工程科学的学科基础，在工科很多专业的人才培养中具有重要地位。
“工程热力学”和“传热学”是能源动力类的主要专业基础课，两门课程单独开设，教学课时较多。随着社会的发展、高校教学改革的进行，开设“热工基础”课程的专业面有所扩大，不再局限于能源动力类，许多院校的机械专业也设置了学时较少的“热工基础”课程作为非动力类专业的专业基础课，是连接专业课和基础课的纽带。[1]
笔者根据“热工基础”课程的教学实践，在该课程的教学内容、教学方法、学科建设等方面都有一定的体会，对提高教学质量作了一些思考。
一、“热工基础”课程在机械专业中设置的必要性 “热工基础”课程的基本组成、“工程热力学”和“传热学”的形成与发展与人类社会的进步相辅相成。随着科技的进步，“工程热力学”和“传热学”理论不断完善，由理论逐渐演变、发展成与工程实际密切相关的学科，为工程技术的发展提供了必要的理论基础，科学性、实践性很强。对于从事机械工程类专业的技术人员来说，能量的转换与传递存在于机械工程类工作
的各方面，在机械设备与系统的设计、开发、生产、应用、管理等各个领域，都会涉及到热工学原理的应用，因此，“热工基础”课程对于机械专业的学生具有重要意义。
在国外的高等工程教育中，“传热学”和“热力学”课程的开设也很普遍。何雅玲教授和陶文铨教授曾经调查过国外20余所大学开设热工课程的情况。[2]从调查结果可以看出，机械工程系、化工系、核能工程系、材料系等均普遍开设热工类课程。有的学校把热学类课程作为工学院的公共课程，如美国依阿华（Iowa）州立大学工学院在2000年开出的81门课程中（不含基础课），包括有电子、信息、计算机、控制、电磁场等系列的课程，其中热学方面的基本课程有4 门，即“热力学I”、“热力学II”、“传热学”及“热流系统设计”。在麻省理工大学、普渡大学及密西根大学等高校，“热力学”和“传热传质学”都是机械系设置的主要课程之一。
二、“热工基础”课程教学改革与发展的思考 “热工基础”课程综合了“工程热力学”、“传热学”内容，各学科既相互关联又各自独立，既有基础课的理论性，概念多而且抽象，同时又具有专业课的应用性和技术性，是一门与工程实践联系紧密的学科，也是一门难讲难学的课程。针对“热工基础”课程的特点，笔者及同行在教学实践中，对该课程进行了系统地研究和分析，以探求适于机械专业的教学新思路。 1.教学内容与学时安排
工程热力学、传热学学科之间相互渗透、联系紧密，存在着不少交叉部分，有的内容互为前提。对于能源动力类专业的学生来说，两门课程分开讲授，学时充足，“工程热力学”56学时，“传热学”48学时。而整合成“热工基础”课程之后，两部分内容仍是以独立的篇幅出现，并没有融合到一起，学时却缩减成32学时。要让机械类专业的学生在有限的学时内掌握“热工基础”课程内容，必然要对“热工基础”课程所包含的内容进行合理的取舍和删减。哪些要讲、哪些要重点讲、哪些略讲、哪些又可以一带而过，而内容的侧重安排又是通过学时的多少体现的。这些都是值得探讨的问题。
在教学中要从整体上把握“热工基础”教学内容，将两部分内容融会贯通，把握其中的主线，围绕各章基本概念、基本定律等主要知识点展开，既保证了各门课程的特点，又加强其间的内在联系，使之构成系统的一门课程。
以能量守恒定律为主线，工程热力学部分“一种工质、两个基本定律、四个热力过程”依次展开。一种工质指的是理想气体，由此再深入介绍理想气体的定义、性质、状态参数、状态方程、理想混合气体的定义及分压力、分体积定律等；两个基本定律是热力学第一定律和第二定律，各自的表述、内涵及应用等是要求掌握的内容；四个热力过程是后面分析动力装置循环的理论基础，包括定容、定压、定温、定熵过程，各个过程的特点、初终态参数之间的关系、过程在压容图和温熵图上的表示以及过程中
功量、热量的计算等。循环一章着重介绍动力装置循环，对制冷循环作简要介绍。
传热学部分可以概括为“三种方式、两个定律、一个公式”，由传热的三种基本方式即热传导、对流、热辐射展开，两个定律、一个公式分别与三种传热方式对应，包括导热的傅立叶定律、对流换热的牛顿冷却公式、黑体辐射的四次方定律。 2.教学方法与手段
目前的教学仍是以教师在讲台上讲、学生在讲台下听的传统模式为主，这是由高等院校学生多而教学资源少的实际情况决定的。笔者认为，要加强对学生解决问题的能力和创新精神的培养，就必须突破以往的传统教学模式，改革教学方法与手段，探索适应我国高校具体情况的教学模式。要将多媒体教学和板书有机结合起来。多媒体教学借助图片、动画、视频等手段，演示效果好，讲解生动，能够提高学生的学习兴趣，有助于学生更好地理解教学内容，教学效果较好，但涉及公式推导等复杂内容，板书则可以避免多媒体教学速度过快与学生接受能力的矛盾。
课堂教学形式要多样化。以教师讲授为主，加入讨论、参观、实验等，教师主要起引导作用，鼓励学生多思考，充分调动学生学习的自主性和积极性。讲授过程中注重理论知识联系工程实际，可以介绍一些科技的新发展、新成果、新课题，开阔学生眼界，激发求知欲望。通过讨论活跃课堂气氛，引导学生学会利用所学知识解释生活中的常见现象，解决工程中的实际问题。
针对“热工基础”内容的不同特点采用不同的教学方式。如讲解抽象的物理概念，可以引入具体实例进行比较说明。导热、对流、热辐射是热量传递的三种基本方式。以救火为例，人代表介质，水桶代表热量，一个人拎着水桶跑步去救火类似对流，很多人传递水桶类似导热，改用消防水枪救火则和无需介质参与的热辐射类似。
3.师资队伍与业务水平
要提高“热工基础”课程的教学质量，关键在于教师。讲授“热工基础”既需要扎实的理论知识功底，也需要有丰富的实践经验，了解相关的新技术、新方法、新应用。目前，我国高校的教师队伍主体由学历层次较高的中青年教师构成，热工课程教师队伍同样如此。河海大学讲授热工基础的四名教师年龄均在40岁以下，都具有硕士学历。但也存在着实际动手能力不强，对“工程热力学”、“传热学”两部分教学内容不能很好的融会贯通等问题。
对于由“传热学”、“工程热力学”内容组成的“热工基础”这样的应用科学，教师从事一定的科学研究对提高业务水平和丰富学识是很有必要的。同时，教师对教学内容理解的深度，对教学内容的取舍、编排，对例题、习题的选择自如也得益于相关科学研究的进行。
热力学、传热学在日常生活中应用广泛，有很多有意思的问题，如同样是25℃的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却
要穿毛衣；冬天棉被经过晒后拍打，为什么感觉特别暖和等。教师如注意积累并在讲课中适当引用分析，努力使书本上的知识成为身边活生生的实例，可以提高学生的学习兴趣，取得良好的教学效果。 三、结语
“热工基础”是机械专业的一门学科平台课，包含“工程热力学”和“传热学”的基础知识，但不是知识的简单合并。教师应对教学内容和教学时数做适当的调整，使“工程热力学”和“传热学”有机地融合在一起，授课中注意教学方法和教学手段，努力提高自身的业务水平。
机械专业“热工基础”课程教学改革的实践与思考-2019年教育文档
