工程教育专业认证体系下的热工基础教学大纲及教学改革实践

王刚，兰向军，冯志华，倪俊芳

（苏州大学 机电工程学院，江苏 苏州）

热工基础是一门融合工程热力学和传热学的基础课程，在机械工程专业学生的学习中扮演了承前启后的重要作用，该课程是高等数学和力学的延伸课程，并且为后续的机械结构课程设计奠定专业基础，因此在本专业的教学中扮演了重要作用。随着我国的高等教育加入《华盛顿体系》[1]，参加工程教育专业认证是每一个工科专业所向往的目标[2]，但参加该认证则对专业教育提出了更高的挑战，即不仅需要在原有的基础上进一步完善课程的大纲，还需要针对专业认证的要求，对本专业的教学提出新的改革方案并不断反馈分析。

热工基础虽然融合了工程热力学和传热学两门课程，但是课程深度相对于这两门单独的课程较浅，然而为了适应新时代的教学要求，热工基础需要在较少的教学课时下具有较高的教学深度，这对于教师提出了新的挑战[3-7]。热工基础包含热力学第一定律、第二定律、 气体做功等热力学知识，同时包含了简单的热传导等 知识，单纯的数学公式这一看似枯燥的教学内容虽具有一定的教学意义，但是如何提高学生的学习兴趣，并能利用最新的科学进展解决实际问题，则显得尤为重要。本课程在教学中，逐步提出理论加仿真实践的教学方法，及在理论公式的基础上，采用有限元商用软件（ANSYS-Workbench），建立生活中常见的实际问题，通过采用软件仿真，分析求解实际模型，并进行优化，软件中丰富的功能及鲜艳的云图显示形式，提高了学 生的学习积极性，为该课程的进一步深化改革指明了 方向。

一 针对工程教育专业认证的热工基础教学大纲设计及修订

通过对工程教育专业认证的深入解读，并结合本校机械工程专业的实际教学及毕业生工作情况，设计并制定了热工基础教学大纲。

（一）课程目标

针对热工基础在本专业的课程定位，该课程共设置四个课程目标，各目标内容及其同毕业要求的支撑关系见表1所示。

（二）课程目标与教学内容支撑关系

该门课程共计36课时，每周讲授一次课，每次2课时，教学组织形式包括课堂教学、习题课、实验、软件仿真环节。由于《热工基础》这本课程较偏理论，学生学起来存在枯燥或反感等主观情绪，且由于所学理论以公式为主，模型简单、生活中不常见，因此所学的内容实际情况略有差异。为了提高学生的学习热情并提高学习效果，本课程引进了基于有限元的软件仿真环节，一方面通过软件的应用，极大的提高了学生的学习积极性，并且贴近了实际科研或设计中所涉及的研究工具。本课程的教材选用童钧耕、赵镇南主编的《热工基础》。本课程的教学目标、教学内容以及教学组织形式的支撑关系见表2。

表1 热工基础课程目标及其与毕业要求对应关系

表2 课程目标、教学内容以及教学组织形式的支撑关系

（三）课程考核及成绩评定

课程考核以考核学生对课程目标的达成为主要目的，以检查学生对教学内容的掌握程度为重点。课程成绩包括三个部分：平时成绩、期中考试成绩和期末考试成绩。为提高学生的写作及总计能力，本课程引入了课程论文撰写环节，主要是利用所学热工知识，系统性的分析生活中所见的某些现象，可以从理论公式分析，也可通过软件仿真进行探究，其中需要查找学术文献，借鉴写作方式，最终总结归纳成一篇学术论文。这种学术论文的撰写虽然没达到发表到学术期刊的水平，但是在论文撰写的过程中，需要不断的查找学术文献，分析所建立模型的合理性和可行性，并给出分析结构，该过程对于学生的研究、分析、探究具有重要意义，能综合提高学生的整体学术素质和科研素养，为学生以后的学术深造或工作研究奠定良好的学术基础，具有重要的实用意义。本课程成绩的评定方式如下表3所示。

表3 《热工基础》成绩评定方式

二 具有实际意义的教学改革及成效分析

本课程在传统的教学方法中，主要是以教师讲授理论、学生操作简单实验为主要授课手段，但是随着科学技术手段的进步，发现学生在学习理论知识的同时，有更大的欲望想通过所学知识同生活结合或解决或分析生活中所遇见的规律现象，因此本课程引进了基于有限元（ANSYS-Workbench）的软件仿真分析课时。并且由于热工基础是一门理论同实践结合的课程，因此本课程的一个考核方式即撰写学术小论文。

（一）基于有限元的软件仿真课程改革

随着科学技术的进步，有限元软件的应用在学术研究或工程设计中扮演者越来越重要的作用，为紧贴时代步伐，并提高《热工基础》的学习热情，本课程引入了基于有限元的软件仿真课时，本环节一共4课时，分两周授课，主要以讲授有限元的初步理论以及基于有限元的传热学相关的应用案例。针对应用案例，最常用的两个案例分别是冬天情况下房间同室外环境的热传递仿真分析和倒入开水水杯的热模型，这两个模型将分别用到热传递和热辐射理论，对学生的知识掌握和分析工具的应用提供了手段，通过建立热工基础课程同生活间的关系，进一步提高了学生学习的积极性和成就感，从而为夯实的学生的理论基础。

（二）围绕《热工基础》同生活案例的学术论文 撰写

通过分析近年来大学生的学业水平和他们的反馈情况，发现在大学生培养过程中普遍存在的一个严重问题：学术性文章、报告的撰写能力严重不足。针对这一普遍现象，最好的解决方式及加强学生对学术性论文的

撰写要求及强度，通过多写、多总结来逐步提高学生的归纳总结能力。本课程作为该改革方向的一个探路课程，率先引入课程论文撰写环节，从热工角度分析生活或工作中所遇到的物理现象及规律，并将其以学术论文的形式展现出来。该学术论文撰写的过程将逐步提高学生对问题的分析、归纳、总结能力，为学生后期的学术深造或工作研究奠定良好的学术素养基础。

三 总结

《热工基础》课程作为机械类学生的一门理论基础课程，对学生整体课程学习具有承上启下的重要作用，并且该课程对理论及实践的结合性较强，因此如何提高学生对该课程的学习掌握程度对学生整体课程的学习具有重要意义。本文给出了针对本校实际情况的教学大纲，并提出了具有实际意义是两项改革措施。根据近两年的课程讲授，发现这两项改革举措能提高学生的整体水平，具有较高的改革意义，并且这两项改革措施对其它课程的改革具有借鉴意义。