“卓越计划”创新模式的工程热力学课程教学改革与实践
张宏远 陈克 岳峰丽 吴净
[摘 要]以教育部卓越工程师教育培训计划为平台，以培养学生创新能力和工程实践能力为目标，从教学内容、教学方法和教学手段几个方面对能源与动力工程专业工程热力学课程教学方法进行了改革。实践证明，教学改革提高了学生学习的兴趣，有效培养了学生的专业知识、创新能力、工程意识和科研素质，并为相关专业的卓越计划的实施提供了有益的借鉴。
[关键词]卓越计划；创新；工程热力学；教学改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0155-02
卓越工程师教育培训计划是教育部于2010年开始实施的高等工程教育改革措施，是贯彻《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的一项重要改革项目。[1]“十二五”期间国家实施“本科教学工程”，已将大学生创新创业训练作为主要建设内容，大学生创新创业训练计划（以下简称“大创计划”）包括创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目三类。该计划具有综合性、自主性、创新性、实践性等特点，能够激发学生学习兴趣，促进学生自主学习，并带动课程内容、教学方式方法的改革和创新。实施大学生创新创业训练计划是创新人才培养模式的重要途径，是培养大学生创新意识和能力的有效手段，是提高人才培养质量的务实举措。[2]
沈阳理工大学于2011年9月正式入选教育部第二批国家卓越工程师教育培训计划实施高校，能源与动力工程专业正式列入沈阳理工大学卓越工程师培训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。工程热力学是研究热能有效利用以及热能与其已能量转换规律的科学。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。通过学习本课程，学生应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。本课程同时还能培养学生的科学抽象、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，其课程概念复杂抽象，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，从对工程热力学课程的教学反来看，教师不好教，学生不容易理解。随着国家和学校对卓越工程师教育培训计划的实施，从专业培养目标和定位上也对课程教学提出了新的要求。考虑到以上因素，我们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）确立实践创新型教学目标
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，对学生的工程实践能力和创新能力培养不够。在卓越工程师教育培训计划和创新创业训练计划的指导下，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年教育部在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，在有限的学时下，在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，基本理论方面，重点讲解理想气体的性质和热力过程；基本理论的应用方面，详细讲解活塞式内燃机的循环，并对燃气轮机装置循环、蒸汽动力循环和制冷循环做介绍。
（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到课程中，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。在讲解热力学第一定律基本能量方程式时，我们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来解释生活中的现象，引导学生进行独立思考，培养学生独立思考和解决问题的能力，注重学生工程实践和创新意识的培养。
（三）积极开展课外创新训练
鼓励学生开展创新训练小组，让学生通过所学到的工程热力学的知识，自己完成创新设计作品，或者根据教师给定的方向，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。
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，使教学内容能更加生动地展示给学生，以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，以提高学生的注意力，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，部分学生因各人能力的原因不能够充分消化所学内容。网络教学提供了多种方式进行师生互动，能提高学生学习的积极性。从网络平台可以下载教学课件、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学生学习的掌握程度，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，为教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，课后也要以布置学生收集工程力学应用的新技术，分析其所应用的理论，提交报告，并将其作为成绩考核的一部分，以这样的方式来激发学生的学习兴趣，提高学生自主学习的能力和理论联系实际的能力。
四、课程改革实践效果
（一）学习成绩
改革后学生对基本概念和基本理论的理解较好，特别是对实际应用计算题解答比改革前有大幅度改善。
（二）创新能力
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和等级都有所增加，并有多人发表论文，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。结合教育部卓越工程师教育培训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。这不仅使能源与动力工程专业的学生受益，对于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] 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.
[2] 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.
[3] 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.
[4] 谭羽飞.运用迁移规律进行《工程热力学》教学改革的实践[J].黑龙江高教研究，2002（6）：61-62.
[5] 裘薇，朱群志，沈坤全，张莉. “工程热力学”课程教学改革研究[J].中国电力教育，2012（21）：62-63.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]以教育部卓越工程师教育培训计划为平台，以培养学生创新能力和工程实践能力为目标，从教学内容、教学方法和教学手段几个方面对能源与动力工程专业工程热力学课程教学方法进行了改革。实践证明，教学改革提高了学生学习的兴趣，有效培养了学生的专业知识、创新能力、工程意识和科研素质，并为相关专业的卓越计划的实施提供了有益的借鉴。
[关键词]卓越计划；创新；工程热力学；教学改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0155-02
卓越工程师教育培训计划是教育部于2010年开始实施的高等工程教育改革措施，是贯彻《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的一项重要改革项目。[1]“十二五”期间国家实施“本科教学工程”，已将大学生创新创业训练作为主要建设内容，大学生创新创业训练计划（以下简称“大创计划”）包括创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目三类。该计划具有综合性、自主性、创新性、实践性等特点，能够激发学生学习兴趣，促进学生自主学习，并带动课程内容、教学方式方法的改革和创新。实施大学生创新创业训练计划是创新人才培养模式的重要途径，是培养大学生创新意识和能力的有效手段，是提高人才培养质量的务实举措。[2]
沈阳理工大学于2011年9月正式入选教育部第二批国家卓越工程师教育培训计划实施高校，能源与动力工程专业正式列入沈阳理工大学卓越工程师培训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。工程热力学是研究热能有效利用以及热能与其已能量转换规律的科学。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。通过学习本课程，学生应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。本课程同时还能培养学生的科学抽象、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，其课程概念复杂抽象，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，从对工程热力学课程的教学反来看，教师不好教，学生不容易理解。随着国家和学校对卓越工程师教育培训计划的实施，从专业培养目标和定位上也对课程教学提出了新的要求。考虑到以上因素，我们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）确立实践创新型教学目标
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，对学生的工程实践能力和创新能力培养不够。在卓越工程师教育培训计划和创新创业训练计划的指导下，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年教育部在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，在有限的学时下，在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，基本理论方面，重点讲解理想气体的性质和热力过程；基本理论的应用方面，详细讲解活塞式内燃机的循环，并对燃气轮机装置循环、蒸汽动力循环和制冷循环做介绍。
（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到课程中，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。在讲解热力学第一定律基本能量方程式时，我们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来解释生活中的现象，引导学生进行独立思考，培养学生独立思考和解决问题的能力，注重学生工程实践和创新意识的培养。
（三）积极开展课外创新训练
鼓励学生开展创新训练小组，让学生通过所学到的工程热力学的知识，自己完成创新设计作品，或者根据教师给定的方向，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。
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，使教学内容能更加生动地展示给学生，以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，以提高学生的注意力，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，部分学生因各人能力的原因不能够充分消化所学内容。网络教学提供了多种方式进行师生互动，能提高学生学习的积极性。从网络平台可以下载教学课件、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学生学习的掌握程度，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，为教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，课后也要以布置学生收集工程力学应用的新技术，分析其所应用的理论，提交报告，并将其作为成绩考核的一部分，以这样的方式来激发学生的学习兴趣，提高学生自主学习的能力和理论联系实际的能力。
四、课程改革实践效果
（一）学习成绩
改革后学生对基本概念和基本理论的理解较好，特别是对实际应用计算题解答比改革前有大幅度改善。
（二）创新能力
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和等级都有所增加，并有多人发表论文，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。结合教育部卓越工程师教育培训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。这不仅使能源与动力工程专业的学生受益，对于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] 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.
[2] 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.
[3] 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.
[4] 谭羽飞.运用迁移规律进行《工程热力学》教学改革的实践[J].黑龙江高教研究，2002（6）：61-62.
[5] 裘薇，朱群志，沈坤全，张莉. “工程热力学”课程教学改革研究[J].中国电力教育，2012（21）：62-63.
[责任编辑：陈 明]
