基于一流本科课程建设的工程热力学教学改革与探讨

    卢春萍 牛建会

    摘?要:论文介绍了基于能源工程系实施“能源类招生、平台培养”的状况,“工程热力学”课程组制定了一流本科课程建设方案,其中“青年教师高效培养模式”“PPT课件+翻转课堂的教学模式”“课程教学内容取舍的探索研究”“制作多个专题的多媒体课件”等具有一定创新性和可操作性,实践环节也取得了一定教学效果。

    关键词:工程热力学;课程建设;课堂;多媒体课件

    1 绪论

    根据《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》和《河北省教育厅关于开展一流本科课程建设的通知》,河北建筑工程学院制定了一流本科课程建设实施方案,组织申报了一流本科课程建设项目。2019年能源工程系实施能源类专业大类招生、平台培养的教学改革举措,成立“工程热力学”课程组,获批了校级线下一流课程建设项目。

    “工程热力学”课程组结合普通高校学生学习状况及特质,确定课程建设目标和实施方案,以提高青年教师教学水平为契机,改善目前课堂“学生沉默状态”,焕发课堂生机活力;以提升学生综合能力为重点,重塑课程内容,创新教学方法及手段,较好发挥课堂教学主阵地、主渠道、主战场作用。

    对于非一流高校,作为多年学校重点建设课程,“工程热力学”课程组先期做了一些教学教改工作,主讲教师除优化课堂教学外,在教学方法、教学内容和教学手段上都在努力探索与实践,比如:“启发式”“互动式”等教学模式;研制工程热力学多媒体课件;研制出开闭卷题型的试题库等;同时积极申报教研项目、发表教研论文,编写教材,并取得成果如下:

    (1)发表论文:《热工基础课程教学的探讨》《工程热力学典型题的教学探讨》。

    (2)完成教研项目:《分析方法研究填埋气供暖技术应用》(省级);《工程热力学优秀课程建设》(校级);《专业基础课教学中提高学生专业素质的研究与实践》(校级)。

    (3)教材及获奖:能源工程系教师合编教材《热工基础》,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,中国电力出版社出版,获得河北建筑工程学院优秀教材一等奖;课程组制作《朗肯循环》微视频获学校第一届微课大赛三等奖。

    2 结合目前教学中存在的问题,围绕学校一流本科课程建设目标和建设内容,制定课程建设方案并实施

    由于“工程热力学”理论性强、难点内容较多、概念抽象等,学生钻研精神不足,个别学生基础薄弱,存在不及格率较高、难点内容学不透彻、课堂积极性调动不起来等问题,课程组从以下几方面做了课程建设探索与改革。

    2.1 以培养培训为关键点提升教师教学能力,使教师队伍真正强起来

    “工程热力学”课程组成员5人,职称、年龄结构匹配合理、学历层次也较高。目前存在主要问题:2个近三年入职的教师,对课程难点内容的理解不够深入;面对基础课程理论性强、概念抽象的特点,如何引导学生深入浅出,激发课堂兴趣等还存在很大问题;教学多年的教师也面临“课程难点内容是否讲解透彻”“学生对难点内容理解效果如何”等问题。

    课程组针对问题采用如下措施:

    (1)采取“一对一培养模式”“高效培养模式”,发挥好“传帮带”作用。一名老教师对应培养一名青年教师,二者共同承担教学任务,青年教师多上讲台,从教学内容、教学环节“全程”指导,改变过去青年教师助课一轮,二轮就直接上讲台的现象。听课信息及时反馈,对上课中存在严重问题,课程组集体讨论。培养计划可以指定3~5年,改变青年教师“自我成长”“自我成熟”的现状,形成卓有成效的培养模式。

    (2)强化教学研究,定期集体备课、研讨课程“重点、难点内容”。课程组制定教学研究课题,比如“及损”“溴化锂吸收式制冷循环”等,申报教研项目,其中省教育厅项目《分析方法研究填埋气供暖技术应用》。课程组有业务能力强、丰富经验的主讲教师,也有新手需要培养,定期集体备课,共同研讨“重点、难点”教学内容及教学方法。考虑“大类招生、平台培养”的模式,课程组教师资源共享,统一选取教材,教学内容选取、习题选取等需要讨论。

    (3)青年教师培养与培训相结合,推动教师培训常态化。除了采取“一对一培养模式”“高效培养模式”外,课题组定期组织“课堂观摩课”,对重点、难点内容进行“讨论课”“培训课”,推动教师培训常态化。另外,创造条件和机会去参加省内外的教学研讨、一流课程建設培训,比如慕课培训等。

    2.2 以提升教学效果为目的创新教学方法,采用翻转课堂式教学模式,使课堂活起来

    课程组基于如下思想:强化课堂设计,解决好怎么讲好课的问题,杜绝单纯知识传递、忽视能力素质培养的现象,采用翻转课堂式教学模式,具体做法如下:

    (1)对每一章内容进行“指导性学习”“讨论性学习”划分,“翻转课堂”讨论内容多选有工程应用背景等,其教学效果:强化师生互动、生生互动,杜绝教师满堂灌、学生被动听的现象。

    (2)对“翻转课堂”讨论内容的组织实施,将班级分设讨论小组,课外讨论、自学,每人写出讨论总结,课上进行汇总,将问题细化、透彻化,优化了“传统+翻转课堂”教学模式。通过“翻转课堂”互相讨论,可以培养学生多角度、批判性思维的能力。

    2.3 采用“PPT课件+传统板书”的教学手段,课堂教学信息量大

    作为公式多,推导过程多的基础课程,大多数教师习惯板书表达,其中一位主讲教师曾在能源与动力工程专业的教学中采用“PPT课件+板书”,课堂教学内容丰富、信息量大,教学效果良好。

    课程组要求任课教师采用“PPT课件+传统板书”的教学手段,而且对PPT制作提出了一定要求,具体要求如下:

    (1)PPT课件制作要求与教材相匹配,可以插入动画、动态图、图片等,制作质量要求精良,保证图片清晰美观,如教材图片需要用CAD绘制等。

    (2)PPT课件制作中采用“超链接”,将公式推导过程完整的表达在“超链接”页面,清晰条理性好,与板书相比,节省了一些时间。

    (3)对PPT课件的教学内容也做了一定要求,基础课程具有“内容太细化,公式多、推导多”的特点,要求对“重点、难点内容”课件中描述完整、表达清楚。

    2.4 作为能源大类招生的平台课,课程教学内容“取舍”探索研究

    能源工程系三个专业“建筑环境与设备工程”“能源与动力工程”“新能源工程”的平台课“工程热力学”,课程为56学时(6学时实验、50学时理论课),工程热力学基本理论部分包括:基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力性质及热力过程、水蒸气的热力性质及热力过程、热力学第二定律;应用部分主要包括:湿空气、气体与蒸汽流动(喷管)、蒸汽动力循环、制冷循环。对于三个专业的平台培养,若学时足够,应用部分全部细讲比较好,但目前学时偏少,如何对教学内容作取舍,总思路:应用部分内容要求满足应知应会的基本要求;对后续课程学习所用较少的难点知识,采取“舍”,采取指导性学习方式;对工程应用较多的重点知识,采用“多取”,重点讲解、讨论等方式强化。

    大致教学内容上做如下调整:

    (1)基本理论部分:“基本概念”学时量减少,重点概念“可逆过程”“热力循环”学生写学习总结;“热力学第一定律”精讲,概念、推导及应用,做重点讲解;“理想气体性质及过程”学时量减少,有些内容只讲“枝干”,“细节”内容安排自学;“水蒸气性质及过程”精讲,重点“水蒸气热力性质表、图”“水蒸气热力性质软件”重点介绍;““热力学第二定律”是教学难点,是高等工程热力学的基础、考研必考内容,后续课程及工程应用很少,处理方法:框架讲解,考研学生在线辅导、在线讲解。

    (2)应用部分:基于三个专业的平台教学,应用部分内容的选取更难,“湿空气、制冷循环”是“建筑环境与设备工程”的教学重点,“气体与蒸汽流动(喷管)、蒸汽动力循环”是“能源与动力工程”的教学重点,相对“新能源工程”内容分量差别不大。在课程学时偏少情况下如何平衡选取?课程组作如下考虑:由于基本理论部分教学内容、教学手段作了调整,学时上有结余,应用部分的内容全部选取,重点、难点内容做精讲,其他部分采用指导、讨论、自学的方式。

    2.5 激发学习动力和培养专业志趣,制作多个专题的多媒体课件

    对某些专题做课件,包括热力发电循环、磁流体发电、太阳能热利用、热管、燃料电池、半导体制冷、热泵等技术专题。对制作专题的多媒体课件的内容及形式说明:

    (1)“热力发电循环、热泵”专题内容,能量转换基本原理学生已掌握,需要对实际循环与理论循环简介,对工程实际应用及国内外技术发展前沿介绍,采取插入视频、著名学者学术研讨报告等。获得实践的教学效果:学生深入理解重点知识、培养分析解决综合问题的能力。

    (2)“磁流体发电、太阳能热利用、热管、燃料电池、半导体制冷”专题内容,作为新能源、新技术介绍给大家,了解该课程应用方面的新能源技术,提高学生综合专业素质,也采取插入视频、著名学者学术研讨报告等方式,专题课件报告在学生开设课程中穿插,培养了学生学习课程的兴趣,开阔了学科领域视野。

    2.6 以激发学习动力和专业志趣为着力点,完善学习过程的评价,使学生忙起来

    基础课程枯燥难懂,对重点难点分组讨论学习,讨论过程及评价的实施可以课堂内外、线上线下;讨论学习内容分为“深入研究型”“问题探究型”等,提升课程学习的深度;讨论学习成绩评定形式采用“论文式”“报告答辩式”等;具体做法如下:

    (1)对每一章的“知识节点”进行“深入研究型”“问题探究型”等划分,分配给讨论学习小组;教师需写出讨论提纲、提出问题等。该内容可以课堂内外、线上线下实施。

    (2)对“翻转课堂”讨论的内容,实施过程进行量化打分,作为学生综合成绩评定。

    3 结语

    课程组紧紧围绕学校提出的一流本科课程建设任务,改变教学观念,树立课程建设新理念,推进课程改革创新。特别针对消灭“水课”,建设“金课”的办学思路,寻求课程建设中存在的问题,制定教改方向及措施,优化线下一流课程建设,实践环节教学效果良好。

    今后还将结合线下课程建设的经验,开展线上线下混合式一流课程建设,包括慕课、在线课程等建设。

    项目:1.2020年河北建筑工程学院一流本科课程建设项目;2.2020年校級教育教学改革研究与实践重点项目(地方工科院校创新创业教育生态系统的构建研究与实践),项目编号“2020JY003”

    作者简介:卢春萍(1966—?),女,教授,河北建筑工程学院能源工程系,研究方向:供热、节能技术。

    通讯作者:牛建会(1981—?),女,副教授,河北建筑工程学院能源工程系,研究方向:制冷空调热泵技术研究。

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