工程教育认证下工程热力学的创新能力培养

工程教育认证下工程热力学的创新才能培养〔〕:

摘要：在工程热力学课堂，结合工程认证的各种才能要求，在培养学生创新才能方面进展了教学改革。从自主学习才能的培养，加强才能训练和重视习题课，深化浅出分析难点问题，进展各种课堂讨论，促进学生开拓思维，加强理论环节，开展创新强校工程训练等几个方面进展了教学改革。理论证明，逐步培养和进步学生的创新才能，改革收到了良好的效果。

关键词：工程热力学；工程教育认证；创新才能培养

本文引用格式：曾冬琪，等.工程教育认证下工程热力学的创新才能培养[J].教育现代化,2022,7(46):54-57.

一引言

近年来我国的一些工科类专业开展了工程教育认证工作【1】，工程教育认证工作从12个方面考察学生毕业要求的达成度。不同才能的要求不同教学环节来支撑，作为整个教学体系中的一个非常重要的环节-课堂教学，不同课程要支撑不少于一个毕业要求的达成。十二五期间国家施行"本科教学工程";，已将大学生创新创业训练作为主要建立内容。施行大学生创新创业训练方案是创新人才培养形式的重要途径，是培养大学生创新意识和才能的有效手段，是进步人才培养质量的务实举措【2】。

广东海洋大学由2022年开展准备工程认证工作，学校也一直响应广东省大学生创新创业训练要求积极开展施行创新活动。工程热力学是广东海洋大学机械与动力工程学院能源与动力工程专业、建筑环境与能源专业、水产学院轮机工程专业的专业根底课，为后续的专业课程的学习打下理论根底。在热能与动力工程专业和建筑环境与能源工程专业的工程认证体系中，该课程支撑工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、个人和团队等5个毕业要求，课程的教学工作的效果直接关系到学生毕业要求的达成度。能源与动力工程专业、建筑环境与能源专业、水产学院轮机工程等专业每年为企业培养和输送大量工程技术人才，为培养出企业需求的具有创新才能的应用型卓越工程师【3】而不断地努力着。

为到达工程认证的工作要求，从专业目的培养和定位上，对工程热力学课程也提出了新的要求。因此，以教育部工程教育认证工作为平台，以培养学生创新才能为目的，开展工程热力学教学改革，进步课程教学质量势在必行。

二课程现状和特点

工程热力学是研究热能和机械能互相转换规律及热能有效利用的科学，它不仅是相关专业课的根底，而且是在涉及能源、化工和冶金等领域，特别是能源转换与利用的各领域中深化研究、开发和创新的根底。该课程的概念性比拟强，涉及的理论也较为抽象，公式概念多，同时与消费实际又有非常亲密的联络。学生还未开始学习专业课，对于学习该课程与今后的联络非常迷茫，加上课程内容繁杂，极大地影响学习的积极性，对该课程教师和学生都有"难教难学";的感受【4】。我校的实际教学过程，主要采用以教师为中心的传统教学方法，这种方法，教师容易控制教学过程，但容易出现填鸭式教学，知识虽然传授了很多，但学生真正学到的知识较少，学生被动学习，缺乏独立自主学习和锻炼创新思维才能的时机。

针对工程热力学课程教学存在问题，借鉴一些高校的教学改革经历[5-7]，我们进展了探究与改革，并获得了良好的效果。

三教学内容与各项才能的对应设计

对应工程热力学教学内容进展了教学设计，阶段阶梯的递进培养学生的创新才能，如图1所示。从根本理论的学习出发，培养学生的自主学习才能；以理论的根本应用为前提，加强学生考虑才能和表达才能，通过习题锻炼知识应用和解题才能；通过难点学习，对知识深化理解，进步学生抑制困难、面对挫折的才能；通过课堂问题讨论，促进学生开拓思维，扩宽视野；加强理论环节锻炼，通过实验课设计问题讨论，锻炼学生的理论才能；最后通过创新强效工程训练，锻炼学生综合素质，培养学生创新才能。

四教学过程的改革措施

根据以上教学内容对应的各项才能的教学设计，我们按照阶段阶梯式的递进培养步骤，主要的改革措施有以下的一些方面。

〔一〕阶段一：自主学习才能的培养

学习方法的讨论。在大学的学习中，学习方法显得尤为重要。来大学的主要目的，出来学习专业课的知识，很重要的一点是，要在大学里学会自学的方法。只有掌握了良好的学习方法，学习起来才会事半功倍。要求学生必须做好课堂笔记，最好应用彩色的笔，应用符号，还有就是把自己预习、学习和复习过程对知识的疑问和理解，推导，进展记录。比方，水蒸气图的学习，未饱和区在哪里？做好课堂笔记。为什么有教师的ppt，仍然无从下手呢？因为不会做笔记。教师都应用ppt上课了，这样相对来说，学生课堂上做笔记的时间相对就少了，这就需要教师调整上课时间，对某些需要重点记下的内容，提醒学生做笔记，或者课后把该要点发给学生，要求学生记录下来。写在书上，以便日后再看到时，会回想起来，进展考虑。比方问题，自由扩散是不可逆过程，为什么？

知识点总结。因为"工程热力学";课程知识体系的连接性的特点，每个章节的内容环环相扣，缺一不可，在学习过程中，假设某一个环节没有学好，会影响其他后面章节的学习。因此，要求学生学好每一个章节的根底上，还要会归纳总结。把章节的知识进展整理、归并，在此过程中，既对章节进展了复习，又对知识进展了概括和比照，发现彼此的联络，对整体构造的认识会有豁然开朗的感觉。例如对热力学第一定律闭口系统能量方程Q=△U+W和开口系统稳定流动能量方程Q=△H+Wt，这两个方程的不同之处在哪里，适用条件有什么不同，在经过比照分析后，对知识进展理解之后，再进展记忆和使用就水到渠成了。

通过小测验，检测学生对知识的掌握程度。适时地进展一些小测验，通过测验，让同学对学过的知识点进展了运用，又让教师理解学生对知识点的掌握存在着哪些问题。对错误的复习和总结，是学习的重要方法。

〔二〕阶段二：加强才能锻炼和重视习题课

锻炼考虑问题、提出问题的才能。在课堂上引导学生提出问题，对不明白、心存疑惑的知识点，鼓励同学大胆提出质疑，对提问题的同学大力表扬，培养学生学习过程对问题要有打破砂锅问到底的态度，对待困难要有勇于探究的精神。可以在课前和课后布置一定的考虑判断的小题目，让学生结合课前预习和课后复习，寻找答案。

锻炼学生表达才能。在讲课的过程中，遇到一些内容的讲解，为进步同学们的兴趣，邀请同学上讲台为大家讲解。由于工程热力学课程和其他专业课不同，难以利用太多的课堂时间来让学生进展类似翻转课堂等的训练，但是，就一些小的知识点的讲述上，还是可以尝试进展一下的，如：让同学指出水蒸气焓熵图上的定压线，定温线。又如：对孤立系统的熵的分析，可以让某些简单的系统让学生进展推导，增强学生参与课堂讲授，对学生融入课堂，调动其积极性，都有很强烈的感受和提升了课堂效果。

重视习题课，锻炼运用知识的解题才能。对布置的作业进展讲评时，局部作业可以由学生上黑板演示和讲解解题过程，增加学生对习题课的参与感，而不是一味地由教师讲解答案，而更多地从学生的角度出发，发现问题，解答问题。

〔三〕阶段三：深化浅出分析难点问题

通过难点问题的学习和分析，对知识的深化浅出的理解，可以培养学生在学习中抑制困难的精神和毅力，进步面对挫折和摆脱困境的才能。针对课程学习的难点问题，使学生在接触概念，熟悉概念的根底上，通过相关的例题，进展分析，使抽象的概念在解题的过程中，逐渐明晰，明了。比方：熵的定义和概念，是学习的难点[8]，而熵的变化在学习过程中相当重要。在热力学第二章中，对熵的定义的证明，克劳修斯不等式的推导，熵方程的应用，从不同的角度对熵进展了大量的阐述。内容较多，而且容易使同学对熵的知识混淆，这时，把一些相关的题目拿出来，让学生做，共同讨论结果，从而把熵的概念通过分析题目，而变得明晰。如选择题：不可逆循环，熵的变A大于零B小于零C等于零D不确定。

再如，理想气体热力过程的图解，很抽象，是该章节的难点。我们应用一些特殊的图例，让学生上黑板进展状态参数p-v图和T-s图之间的转换，并进展思路的讲解，从而熟悉根本热力过程的曲线，并对状态参数的变化在图上的规律有了直观的认识。按照一题多解的思路，把画图思路归类，从根底分析，到应用课本结论，深化浅出，把画图问题讲通讲透。例如把汽油机定容加热循环的p-v图作为条件，让学生画出对应的T-s图，学生在做题的过程中就要进展考虑：其中p-v图上的四个过程线怎么转化在T-s图上，又是怎么进展连接从而成为循环的，这就运用到理想气体热力过程中讲到的图线，做了这个练习，学生就能体会到图线的作用，和如何使用和转换。

难点学习，一直是工程热力学教学当中很多教师重视的局部。有些学生在遇到难点问题，一旦搞不明白，会影响后续内容的学习，也会打击自信心，甚至对学习失去兴趣。如何引导学生，面对困难，迎难而上，培养勇于探究的钻研精神，在这个环节的课堂教学中显得尤为重要。通过上述深化浅出的教学课堂设计和施行，学生普遍表现出对难点的学习不那么畏难了，逐渐理解了，自信心和继续学习的兴趣也进步了。

〔四〕阶段四：进展各种课堂讨论，促进学生开拓思维

首先，进展课程内容问题讨论。在知识讲授过程中，让同学提出问题，大家一起讨论。如：热力学第一定律闭口系统能量方程，为什么可以应用在开口系统中？讲解例题时，让学生提出疑问，假设遇到没有学生提问，教师把准备好的问题提出来，这样也是启发学生怎么提问，该问什么？经过大量的提问训练，越到课程后面，越来越多的学生参与到提问中来。通过对问题的讨论，学生懂得怎么应用学过的知识定律来解决问题，怎么把知识变成自己的，并加以利用。

其次，进一步进展综合专业问题讨论。提出一些与专业相关的问题，先让学生考虑，然后和学生讨论。通过专业的问题分析，让学生知道该门课程与专业的相关度。也通过该问题，把相关的知识点很好地捋了一遍，把本来零散的概念，在实际应用中联络起来，变得生动，亲切，易懂。例如：假定空气干球温度、含湿量不变，当大气压力降低时，以下说法正确的选项是：A空气焓值上升B露点温度降低C湿球温度上升D相对湿度不变。该题目是涉及到湿空气变化的实际应用的题目，对建环专业日后空气调节亲密相关，要完成对该问题的分析，必须具备湿空气的完好一套知识体系，还会灵敏应用湿空气的焓湿图，最终才能得出结果。这样的问题分析下来，同学们立即对"工程热力学";的专业根底的概念有了深化的理解，对湿空气的章节相当于复习了一遍，而又不枯燥。

在问题的组织中，教师还可以结合专业学科开展的新技术新方法，结合所从事的科研工作和成效，把工程热力学相关的问题进展整理，在课堂上让学生参与讨论，扩大学生的视野。

〔五〕阶段五：加强理论环节，设计实验问题讨论

工程热力学实验课环节，是理论知识和理论相结合的重要环节，通过实验课教学，锻炼学生的理论动手才能，培养严谨的科研精神和专业精神。对实验涉及的原理、操作，在做实验之前让学生进展预习，设计和提出相关的问题，让学生分小组进展考虑并讨论。

例如，在进展可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验课程教学过程中，在实验课前期引导中，把资料整理成图片或视频，导入课堂。布置课前考虑题和课后考虑题，如：1.课前考虑：饱和蒸汽的实验装置是按什么原理制成的？如何理解饱和状态的概念？2.课后考虑：在水蒸汽的饱和状态时会看到什么现象？为什么？这些考虑题，让分组做实验的同学共同讨论，即起到预习实验原理的，仔细观察实验现象，又把实验和理论很好地进展了结合。在实验过程中，布置技能测试题，在实验时进展记录，实验后进展数据处理、误差分析，完成上交。

学生带着任务进展实验，而不是盲从教师的步骤进展，实验操作原理明晰，目的明确，既锻炼了动手才能，又强化了理论知识，学会了把理论和理论的对接。

〔六〕阶段六：开展创新强校工程训练，全面提升学生创新才能

将工程热力学与各种创新强校活动和工程结合起来，引导学生积极参与各种创新训练工程和学科竞赛活动。大二学生参与创新训练工程，学生可以自行拟定课题或者由导师引导拟定课题，可以提早理解专业前沿知识，进步对专业的兴趣，还可以有充足得时间完成工程。学科竞赛方面，四月开展学科竞赛，"制冷与空调";大赛、"节能减排";大赛和"人环杯";大赛，在这期间，邀请同学们前往参加发动会议，观摩比赛进展的情况。鼓励他们学好专业根底课程"工程热力学";，积极参与学科竞赛。

从近几年的经历看，大二学生参与到学科竞赛和创新工程，初步接触专业知识，通过参赛和观摩竞赛，理解了专业，进步了专业的认知度，为日后深化学习专业课程做了很好的铺垫和引路。因为参赛是以组队形式，可以和大三的同学组队参加竞赛，到了大三还可以再次参加竞赛，这样有了第一次的经历，再次参赛更加自信，通过两次竞赛洗礼，学生的各方面素养都得到了很大的进步，创新才能也不断地得到锻炼。

在教师的正确引导和悉心鼓励下，学生的创新理念得以不断加强，创新才能不断进步，表达在学生积极参加创新训练工程，参加各项专业学科竞赛的人数不断增加，并获得了优良的成绩，还申报了专利，发表了专业论文，局部同学在毕业设计时也注重增加了创新元素。

五课程考核方法的改革

课程的考核是促进学生认真对待各个课堂环节和理论环节的重要手段和保障，工程认证和学校的教学改革也要求加大平时考核的占比。严格和公平的考核制度，能鼓励学生积极投入到课堂教学过程中，参与小组的工作和讨论，查找资料和进展课堂的预习和复习环节，不再使课程的改革成为一句空话。

考核的方法采取多样化阶段化，对不同的课堂不同的内容可以有不同的考核方法。除了平常的课后习题作业给每个学生分别评分外，教师为了锻炼学生的团队精神布置的团体作业，教师即对小组成果进展打分，也对学生的个人付出给予评定，也要对每个学生进展考核打分。例如：小组讨论和小组实验的作业，小组有一个总的成绩，而每个学生也有各自的分数，这个分数主要看每个人在作业的工作中的投入和奉献大小而定。对学生在课堂参加各项环节的行为进展打分，例如：参与课堂展示，翻转课堂的学生，在课堂讨论环节积极参与发言，参加了创新工程和竞赛工程的学生，在平时考核时进展加分制。

除了平时作业成绩，教师还适当进展课堂的随堂小测验，教师不仅通过小测验理解教学效果，理解了学生掌握知识的程度，还可以对落后的学生可以进展针对性的辅导，而小测验的成绩作为平时成绩的重要组成局部，这样也调动了学生平时学习知识的投入。

合理的课程考核方法的施行，充分地调动了学生平时投入课堂学习的积极型，他们对课堂学习的期待值和收获感加强，每一次的参与都有"奖励";，理解了"一分耕耘一分收获";的道理。

六结语

根据工程热力学课程的特点，结合工程认证的才能要求，在课堂教学中，以学生为中心，采取了自主学习才能的培养、加强才能锻炼和重视习题课、深化浅出分析难点问题、进展各种课堂讨论、开展创新强校工程训练等教学改革措施。这些措施从六个阶段阶梯的递进方式逐步培养了学生各方面的才能，包括学习才能、考虑才能、分析才能、表达才能、探究才能、抑制困难才能，并开拓了思维，扩宽了视野，学生综合素质也得到进步，最后学生的创新意识得到深化，创新才能得以进步。

经过以上教学改革的理论，在工程热力学课程进展的过程中，可见学生总体相貌逐步得到改善