1、能源與動力工程專業(yè)熱工系列課程改革實踐摘要：熱工系列課程作為能源與動力工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，舊的課程體系已不適應(yīng)時代發(fā)展，故需要進行一定范圍的改革。提出了混合式教學(xué)方式，并將課程的教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化，教學(xué)效果良好。關(guān)鍵詞：能源與動力工程；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；混合式教育作者簡介：代乾（1981-），男，河北滄州人，天津城市建設(shè)學(xué)院能源與安全工程學(xué)院，講師；王澤生（1964-），男，天津人，天津城市建設(shè)學(xué)院能源與安全工程學(xué)院，教授。（天津300384）基金項目：本文系天津城市建設(shè)學(xué)院2012年度教育教學(xué)改革與研究項目（項目編號：JG-1207）的研究成果。中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1

2、007-0079（2013）05-0074-022012年9月，教育部頒布實施新的普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄（2012年），熱能與動力本科專業(yè)更名為能源與動力工程專業(yè)。由專業(yè)名稱可見該專業(yè)的內(nèi)涵更加廣闊和深遠，從而也說明隨著能源動力科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和新問題地提出，社會對人才的培養(yǎng)提出了新的要求。目前，大約有170多所高校設(shè)置了熱能與動力工程專業(yè)。1隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源與環(huán)境逐漸成為世界各國所面臨的重大科技和社會問題。培養(yǎng)高素質(zhì)的具有創(chuàng)新意識的能源工程專業(yè)人才是本學(xué)科義不容辭的責(zé)任。而熱工系列課程作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻。合理的課程體系是體現(xiàn)教育教學(xué)理念的重要載體，是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)

3、目標(biāo)、構(gòu)建學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的中心環(huán)節(jié)，建立適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展需要、體現(xiàn)熱能動力技術(shù)學(xué)科內(nèi)在規(guī)律、科學(xué)合理的課程體系極為重要。2為了使該課程適應(yīng)新的要求，非常有必要對其進行一定的改革，以培養(yǎng)適應(yīng)21世紀社會發(fā)展需要的人才，同時對推動我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的意義。一、實施混合式教育方式開發(fā)混合式學(xué)習(xí)方案的關(guān)鍵因素在于確定適當(dāng)?shù)臅r機，使用適當(dāng)?shù)幕旌戏绞?，為適當(dāng)?shù)膶W(xué)生施行教學(xué)。而教師想要運用適當(dāng)?shù)幕旌戏绞叫枰紤]學(xué)習(xí)地點的設(shè)置、信息傳輸技術(shù)及時間的安排、教學(xué)策略和績效援助策略等。3混合式教學(xué)模式一般可分為以下幾個階段：4-61.前期分析學(xué)生作為學(xué)習(xí)活動的主體是有認知、有情感的，學(xué)生本身的知識水平

4、、學(xué)習(xí)能力和社會特征都對學(xué)習(xí)的信息加工過程產(chǎn)生影響，教師進行學(xué)生特征分析有助于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)準備和學(xué)習(xí)風(fēng)格，從而為后面的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計和媒體的選擇提供依據(jù)。2.混合式教學(xué)的組織與管理教師應(yīng)按照教學(xué)進度有針對性地選擇和設(shè)計教學(xué)活動，同時要參照已經(jīng)設(shè)計好的課程目標(biāo)、課程內(nèi)容及其呈現(xiàn)形式，將其與具體的章節(jié)知識點相關(guān)聯(lián)。教學(xué)活動的作用在于為學(xué)生創(chuàng)造具體的學(xué)習(xí)情境，并加強師生、生生之間的交流互動，因此恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略對于教學(xué)活動的順利展開尤為重要。3.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺及教學(xué)資源建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的對于教學(xué)來說不應(yīng)當(dāng)只是發(fā)布教學(xué)內(nèi)容，而更多的應(yīng)該是支持教學(xué)交互、教學(xué)評價和教學(xué)管理，教學(xué)交互、教學(xué)評價和教學(xué)管理是保證教學(xué)質(zhì)量

5、的重要環(huán)節(jié)，這就需要有一個集教學(xué)內(nèi)容發(fā)布與管理、課堂教學(xué)、在線教學(xué)交互、在線教學(xué)評價、基于項目的協(xié)作學(xué)習(xí)、發(fā)展性教學(xué)評價和教學(xué)管理等功能于一體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺來支撐混合式教學(xué)。本校對“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”、“工程流體力學(xué)”原有的教學(xué)網(wǎng)站進行了全面改版，并于2010年先后投入運行。其中“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)網(wǎng)站主頁如圖1所示。網(wǎng)站按照省部級精品課程的要求制作，網(wǎng)上教學(xué)內(nèi)容詳實，包括課程的概況、教學(xué)文件、習(xí)題及答案、實驗實踐教學(xué)等各種資源。學(xué)生可通過瀏覽網(wǎng)站學(xué)習(xí)更多的知識，這對課堂教育來說是一個非常有益的補充，并有助于實現(xiàn)教與學(xué)的互動。二、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化“工程流體力學(xué)”是理解能源動力系統(tǒng)工質(zhì)流動與

6、流量、能量分配的基礎(chǔ)?！肮こ虩崃W(xué)”是研究如何充分和有效利用能量的學(xué)科，其基本內(nèi)容是熱力學(xué)基本定律和工質(zhì)熱物性、熱過程的研究，是理解能源動力系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換基本規(guī)律和提高系統(tǒng)能源利用效率的理論基礎(chǔ)。“傳熱學(xué)”研究熱量傳遞的基本規(guī)律，是理解和控制能源動力系統(tǒng)熱量傳遞過程的理論基礎(chǔ)。“熱工學(xué)”集成了“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”的基本理論和核心內(nèi)容，為能源動力類安全工程專業(yè)等提供必要和少量學(xué)時的熱工理論基礎(chǔ)教育，也是其他非能源動力類專業(yè)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用的理論基礎(chǔ)課程?！盁峁y量技術(shù)”和“流體熱工基礎(chǔ)實驗”課程則是關(guān)于“工程流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”的實驗理論的技術(shù)基礎(chǔ)課程，旨在揭示相關(guān)課程的實

7、驗研究目標(biāo)、原理、方法以及應(yīng)用。1.熱工系列課程間內(nèi)容關(guān)聯(lián)性分析（1）“工程流體力學(xué)”與“工程熱力學(xué)”在教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性之處主要體現(xiàn)以下兩個方面：“工程流體力學(xué)”中的一維無粘性重力流體流動能量方程（伯努利方程）與“工程熱力學(xué)”中的熱力學(xué)第一定律穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程式具有相同的理論基礎(chǔ)，后者是普遍適用的能量方程式，而后者是前者在一維無粘性重力流體條件下的特例和不同的表達方式；“工程流體力學(xué)”中的可壓縮流體流動基礎(chǔ)與“工程熱力學(xué)”中的氣體和蒸汽的流動研究對象及理論基礎(chǔ)完全相同，只不過研究的側(cè)重點不同，前者強調(diào)流動特性，后者注重能量傳遞與轉(zhuǎn)換過程。（2）“工程流體力學(xué)”與“傳熱學(xué)”課程在教學(xué)內(nèi)容方面具有

8、緊密的關(guān)聯(lián)性和延續(xù)性，主要體現(xiàn)在“工程流體力學(xué)”中粘性流動方面與“傳熱學(xué)”中對流換熱方面的相關(guān)內(nèi)容，具體為：1）研究對象均為傳遞現(xiàn)象，“工程流體力學(xué)”研究的是動量的傳遞，而“傳熱學(xué)”研究的則是熱量的傳遞，其規(guī)律及分析方法具有類比性。首先，傳遞驅(qū)動力分別為速度差和溫度差；其次，傳遞方式均為分子擴散和對流擴散，其中對于分子擴散基本規(guī)律兩者具有類似的形式，即牛頓摩擦定律及傅里葉定律，也均有描述傳遞能力的物性參數(shù)，即運動粘度（m2/s）和熱擴散系數(shù)（m2/s），而且流動邊界層與熱（溫度）邊界層具有相似的定義和相同的邊界層結(jié)構(gòu)；最后，描述傳遞現(xiàn)象的控制方程，即動量微分方程式（N-S方程）和能量微分方程，

9、也具有相似的形式。這也是“傳熱學(xué)”中動熱類比分析方法（類比律，即將阻力實驗結(jié)果直接用于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算）的理論基礎(chǔ)。2）如果粘性流體流經(jīng)壁面且具有與壁面不同的溫度時，就會同時發(fā)生動量傳遞和熱量傳遞現(xiàn)象。此時“工程流體力學(xué)”與“傳熱學(xué)”研究的是同一現(xiàn)象的不同方面的特性，即阻力特性和傳熱特性。一般阻力特性是傳熱特性研究的基礎(chǔ)，某些特殊情況（流動及對流換熱具有耦合特征）下兩者相互影響，如流體外掠平板的層流與紊流流動及對流換熱、圓管內(nèi)層流與紊流流動及對流換熱、外掠圓柱的層流與紊流流動及對流換熱、各類自由流動及對流換熱等等。顯然在此類教學(xué)內(nèi)容中，“工程流體力學(xué)”是“傳熱學(xué)”的基礎(chǔ)。3）具有相同的分析、

10、計算方法。正是由于動量方程和能量方程具有相似的形式，理論分析法（包括微分方程組求解及積分方程組求解）、?；瘜嶒灧椒ǎㄏ嗨圃恚?shù)值計算方法均可應(yīng)用于阻力特性和傳熱特性的研究，甚至同一數(shù)值計算商業(yè)軟件（如FLUENT、ANSYS、PHINICS等）可同時分析求解同一現(xiàn)象的阻力特性和傳熱特性。因此在研究方法上，“工程流體力學(xué)”與“傳熱學(xué)”是并行的或者說是相同的。（3）“工程熱力學(xué)”與“傳熱學(xué)”課程在教學(xué)內(nèi)容具有關(guān)聯(lián)性之處主要體現(xiàn)以下兩個方面：“工程熱力學(xué)”中有關(guān)熱量傳遞只是討論熱力過程中熱量傳遞的量，而“傳熱學(xué)”研究的是熱量傳遞的機理、方式、影響因素、計算方法。在“熱力學(xué)”中熱量的單位是q（J/

11、kg），而“傳熱學(xué)”中熱量（熱流密度）單位是q（W/m2），可見后者強調(diào)的是熱量傳遞的速率及能力，而后者以前者的理論（即熱力學(xué)第一定律能量守恒規(guī)律）為基礎(chǔ)；“工程熱力學(xué)”中有關(guān)濕空氣焓及含濕量變化規(guī)律與“傳熱學(xué)”中的熱質(zhì)交換有著內(nèi)在聯(lián)系。如電廠冷卻塔中，“工程熱力學(xué)”討論了其工作原理及狀態(tài)參數(shù)的變化，而“傳熱學(xué)”則討論了其熱濕交換的具體方式和傳遞速率。2.熱工系列課程教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化原則依據(jù)培養(yǎng)方案，流體熱工系列課程時間安排順序是“工程流體力學(xué)”“工程熱力學(xué)”“傳熱學(xué)”（或“熱工學(xué)”）“熱工測量技術(shù)”，“流體熱工基礎(chǔ)實驗”課程與上述課程并行安排。因此，熱工系列課程教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化按照以下原則進

12、行：（1）安排在前的課程。教師除完成本課程教學(xué)內(nèi)容外，須根據(jù)上述各課程之間知識點的關(guān)聯(lián)性，有意識地為后續(xù)課程涉及的內(nèi)容打下牢固的理論基礎(chǔ)?！肮こ塘黧w力學(xué)”課程的教師需要向“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”課程任課教師了解相關(guān)的內(nèi)容，如一元絕熱穩(wěn)定流動的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律、相似原理等等，在“工程流體力學(xué)”的教學(xué)中兼顧這些內(nèi)容的教學(xué)需求。（2）安排在后的課程。教師依據(jù)上述各課程之間知識點的關(guān)聯(lián)性分析，在相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)過程中，須了解前面課程任課教師的授課內(nèi)容和方法，精選授課內(nèi)容，避免不必要的重復(fù)，使該課程與前面課程有機銜接，且注意采取比較教學(xué)法，讓學(xué)生更容易掌握課堂知識。（3）“熱工測量技術(shù)”和“流體熱工基礎(chǔ)實驗

13、”課程。課程任課教師應(yīng)了解和引用其他理論課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，使實驗教學(xué)與理論教學(xué)內(nèi)容有機結(jié)合。如溫度測量，教師除加強溫度測量原理、儀表、標(biāo)定及使用方法教學(xué)外，對于高速氣流溫度測量，需引用“工程熱力學(xué)”中氣流一維絕熱流動能量方程以及滯止溫度和氣流溫度的關(guān)系等相關(guān)理論知識，說明氣流速度對溫度測量誤差的影響；而對于高溫氣流溫度測量，需引用“傳熱學(xué)”的輻射換熱相關(guān)理論，說明輻射對測溫誤差的影響以及消除誤差的措施；而對于鎧裝熱電偶或在加溫度計套管情況下，還需引用“傳熱學(xué)”的通過肋壁導(dǎo)熱的相關(guān)理論，說明套管的存在對溫度測量誤差的影響以及消除誤差的措施。三、結(jié)束語經(jīng)過一定時間的教學(xué)體驗和學(xué)生的反饋表明，該教學(xué)模式使教學(xué)效果得到很大提高。筆者認為在以后的教學(xué)當(dāng)中，要把這種模式繼續(xù)深化并推廣到其他課程的教學(xué)當(dāng)中，熱工系列課程的教學(xué)改革也必然會取得成功。參考文獻：1宋文武，符杰，李慶剛，等.關(guān)于構(gòu)建“熱能與動力工程”大專業(yè)多方向課程體系的思考基于培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用人才的視角J.高等教育研究，2011，28（4）：44-48.2戰(zhàn)洪仁，張建偉，李雅俠，等.熱能與動力工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式及課程體系探討J.化工高等教育，2008，99（1）：19-21.3MattDonovan，MelissaCarter.BlendedLearning：WhatReally