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基于应用型人才培养的工程热力学教学改革探索

更新时间:2009-03-28

0 引言

工程热力学研究热能转换规律及能量有效利用,是建筑环境与能源应用工程专业 (简称建环专业)、能源与动力工程等专业的核心专业基础课,是建筑环境与能源应用工程专业课程如制冷技术、空气调节等的理论基础,也是学生在涉及能源及能源转换的各领域进行深入研究和开发创新的基础。但因其概念抽象、逻辑性强、内容多、公式多且应用条件复杂、理论性较强,历来被视为难学难教的课程之一[1,2]。

理工科专业所对应的工作大多数以第二产业为主,这些企业单位所提供的大部分岗位集中在一线生产的施工现场,所从事的工种难度大、强度高、有一定的安全风险,并且工作的周期也不固定,常出现加班情况。女生由于身体性能先天比不上男生,抗压能力差,而且一旦入职面临结婚生子加重对企业的额外经济负担,因此企业单位往往青睐于理工科专业男性就职,即使招聘理工科女大学毕业生也会相应的提高其入职门槛,更多在乎理工科女大学毕业生的音容相貌以及才艺上,加重了女大学生求职的难度。

传统工程热力学教学过程中,其理论性得到了充分的认识,并在教学过程中得到师生的重视,教师也通过对学生兴趣的激发、课件制作、知识的梳理、图表讲解、考核形式等方式改善教学效果。但从对学生学习效果的观察和反馈来看,仍存在一些问题,无法达到预期的教学效果,教学过程仍需针对应用型人才培养进行新的探索。

1 应用型人才培养要求与工程热力学教学

1.1 应用型人才培养的知识、能力、素质要求

应用型人才需要在一定的理论规范指导,但并非从事学术研究性工作,其主要任务是将抽象的理论符号转换成具体操作构思或产品构型,将知识应用于实践。换言之,应用型人才就是既有足够的理论基础和专业素养,又能理论联系实际,将知识应用于实际的人才[3]

应用型人才的核心是“用”,其基础就是掌握知识与能力。根据知识的专业性与通识性共融特征,我们将应用型人才培养的知识结构要素划分为专业基础知识、专业发展知识、综合性知识和工具性知识四类。专业基础知识体现在大学生学科基础课程的知识体系中,是培养人才从事专业活动必备的基础知识,对于培养应用型人才专业能力和专业素质起着非常重要的奠基性作用。专业发展知识是培养人才发展能力和专业素质需要的专业理论性知识或操作性知识,是培养应用型人才发展能力和综合素质的必要前提。综合性知识体现在跨学科课程的知识体系中,是培养应用型人才公共能力、通用素质必备的理论或操作性知识。工具性知识是帮助大学生实习和掌握专业基础知识、专业发展知识和综合性知识的方法性知识,如文献检索、计算机等。工程热力学知识即属于专业基础知识,是专业发展知识培养的基础。

(3)为理解喷管不同截面的压力变化规律,设置可水平移动的压力表,同时思考该因素造成的测量误差。

(4)车轮的旋转使得环向指数不为零时的共振峰分解为两个共振峰,峰值降低。两个峰值频率之间的差可由2mΩy来估算,此处m是环向指数,Ωy是车轮的旋转速度;

建环专业应用型人才培养过程中,工程热力学教学主要任务是传授专业基础知识,与工程实践有机结合,为形成专业能力和专业智能素质奠定理论知识基础[4]

在专业知识和专业能力的基础上,应用型人才应具备的素质分为基础通用素质、专业智能素质、专业情意素质、综合素质四大类,专业智能素质是学生运用专业知识和专业能力在专门的职业活动中将知识与能力内化成一种带有专业特征的素质,其高低直接影响专门职业活动效率。

1.2 工程热力学教学中存在的问题

(1)知识点支离,不能形成系统

学生的学习过程从零开始,通过各知识点的学习,完成整个知识体系。但学生学习过程中难以理解知识点在体系中的位置和作用,知识点理解不够透彻,将知识看成支离的片段,缺乏系统性,无法将各章节的知识之间及章节与后续课程之间无法形成有机联系,工程热力学基础课程作用发挥不到位。

在关键词共现图谱的基础上,进一步进行聚类分析得到桂医近十年研究文献的关键词共现聚类图,以了解桂医学科研究的知识结构,如图3。桂医相关科研文献关键词共现聚类图共形成9个聚类,本节主要对聚类规模较大的5个聚类进行探讨。

在具备一定的理论知识的基础上,可调动学生的积极性,利用计算机辅助工具,实现利用理论知识与工程实践相结合。如制冷循环过程,通过将典型的家用分体空调图片、流程引入课堂,结合逆卡诺循环知识,使学生能够快速掌握制冷的流程。在掌握理论知识的基础上,利用VB等程序编制教学小软件供学生使用,结合制冷剂的物性参数数据库,学生可将某工况下的参数输入软件设置的循环节点,进一步确定制冷循环中蒸发器、冷凝器的换热量、压缩机的耗功量等参数,分析制冷系数。

通过思考、设计实验方案,验证性实验发挥了设计实验的功效,将枯燥的“按步骤开闭阀门—读数—关机”实验,变成了逻辑清晰、有理论支撑、有的放矢的设计性实验过程,培养了学生的专业能力和专业智能素质[8]

1.3 实验实践教学内容不足

工程热力学课程理论性较强,概念与公式推理复杂,需要实践课时验证。但课程实验教学内容大多是验证性实验,实验过程单调,一般是对实验指导书内容的重复,学生兴趣不高,实验环节对知识点理解和实践能力帮助有限[5]

(1)喷管流动性能验证需保证喷管初压P1不变,改变背压Pb,引导学生设计真空泵创造喷管背压Pb;从工程角度用稳压罐实现稳压;

2 工程热力学教学模式改革探索

在培养应用型人才的背景下,工程热力学的教学不仅仅要传授理论知识,更重要的是提高理论知识的应用能力和指导学生解决实际问题的能力。因此探索采用启发式教学,视学生为主体,通过启发学生从实践中观察、思考、提炼理论知识,培养学生的学习动力和学习能力,加强工程热力学理论知识与实践的联系、深化学生的理解,加强知识的贯通,实现“从实践中来,到实践中去”,提高学生分析现象、分析提炼理论原因、解决工程实践问题的能力,为培养应用型人才奠定基础[6]

2.1 PBL教学模式

传统的工程热力学教学以传递—接受式为主,以教师为主,而学生缺乏学习的主动性,往往事倍功半。工程热力学教改过程中,采用了以学生为中心的问题式教学,将课堂主动权向学生转移[7]

每个教学单元开始时,结合与教学内容相关、学生相对熟悉的工程实践活动,提出工程问题,引导学生主动思考问题相关理论知识,分析讨论后分享思考结果,培养了学生的思考能力和表达能力,同时可将实际问题与理论知识联系起来,潜移默化的提高分析能力和实践能力。

如,热力学第二定律部分教学内容之前引入空调相关问题:1kw的电力可以产生2kw的热量吗?1kw的电力可以产生2kw的冷量吗?问题在该部分内容讲授前一周提出,提示学生可结合普通家用空调的耗电量和制冷/热量的数量关系进行分析。问题中包含了能量的数量问题和品质问题,分别指向热力学第一定律和热力学第二定律。学生观察过程中首先得出问题的答案,然后思考问题背后的根源——电能和热能的区别。分析思考的过程中,既巩固了学过的热力学第一定律,也对热力学第二定律有了一定的感性认识,学生的分析能力得到锻炼和提升,学习更有针对性,理解更透彻、记忆更牢固。

学习过程中,可针对一定的章节,设置“自学—讲授”任务,通过角色转换、当众讲解,养成学生的自学习惯,培养自学能力和表达能力。

2)采用预先配制NaOH 10g-50 mLH2O溶液与K3Fe(CN)610g-50 mLH2O按1:1比例混合使用,金相试样腐蚀的时间为60 s。

如,沈维道、童钧耕主编的《工程热力学》(第四版)教材第一章,讲述热力系统。通过生活中熟悉的例子如暖水瓶、人体、水杯等物体的分析,确定系统的概念。引导学生对热力系统的各类型,如开口/闭口系统、绝热系统、孤立系统自学,掌握每种类的要点和判定依据,并对同学讲解,学习过程中,既能提高积极性,培养学习能力,又可以通过课堂讲解,锻炼表达能力。听讲的同学也能通过提问、找错等环节,掌握该知识点。

通过现象分析、教学互换,学生能将理论知识针对性的与实践相对应,对工程实践,通过类比与对应的理论知识相联系,提升专业基础知识向专业能力和专业智能素质的转化。

2.2 启发式实验教学模式

改变传统验证性实验中“按实验指导书步骤进行、只动手不动脑”的模式,引导学生结合实验目的进行实验方案和实验装置的设计,理解实验过程,然后在实验室完成验证性实验,同时找出自行设计的实验方案的不足,甚至对现有实验装置提出优化方法,深化知识理解。

如喷管流动性能实验,实验目的:1)测定不同工況(初压P1不变,改变背压Pb)时气流在喷管中的流量m,绘制曲线m-Pb,比较最大流量mmax的计算值和实测值,确定临界压力Pc;2)测定不同工况下气流沿喷管各截面(喷管轴线位置x)的压力P的变化,绘制出一组P-X曲线,分析比较临界压力Pc的计算值和实验值,观察和记录临界压力出现在喷管中的位置。

启发学生思考:

通过计算散射参数曲线与其低频谐波的差值可以量化曲线平滑程度.这种方法具有参数少和计算量小等优点.具体实现过程分为2个步骤:滤波和求波动偏差.

(2)实验中需要测试喷管出口压力、流量,因此实验装置中应设置合理的流量测量装置和压力测量装置;

应用型人才的能力结构要素分为公共能力、专业能力和发展能力。公共能力是人们完成任何活动都必需的能力,如学习思考能力、交流沟通能力等;专业能力是指专门人才在从事专门领域工作的基本实践能力,发展能力是在专业能力基础上通过强化学习实践形成的胜任岗位需求并能协助进行职业转换、迁移的能力,是专业能力的延伸和拓展。

从表1可以看出,出苗时间随着播种期的推迟而缩短。T3出苗最快,为3 d;T4出苗为5 d,T2出苗为7 d,T1出苗最慢,为9 d。出苗率从高到低为T3>T2>T4>T1,显示在一定时间段内播种晚的出苗较快,出苗率也相对较高,造成这一现象的原因可能是播种期早的受环境低温影响造成甘草种子不易萌发,而播种期较迟的基本未受低温影响,可以快速萌发,出苗率也较高。

由于学生实践经验不足,无法将所学的抽象理论知识与实践中的设备、过程联系起来,导致学习的盲目性,缺乏系统性。

3 多样化教学方法与手段

3.1 构建知识点网络

工程热力学的知识从来都是一个有机整体,前后关联度强,但学生学习过程中缺乏对知识的整体把握,因此难以从各知识点的学习中体会联系,导致学习效果较差。教学过程中引导学生将各知识点编织成知识网,融会贯通,增强对知识体系的宏观把握。工程热力学中主要知识体系网如下图1。教学过程中,从基础知识点入手,学习系统及相关状态、过程、循环概念,理想气体及水蒸气的基本特性,通过具体问题引出热力学第一定律、第二定律。热力学过程的抽象理论形象化为压气机、气体动力循环、蒸汽动力循环、制冷循环等章节,分别对应生活中的空压机、汽车内燃机、发电厂、空调等工程实践过程,使理论知识与工程实践相结合,互相促进,深入理解知识点。

通过知识点网络图的构建,学生理解各知识点在知识网络中的地位和作用,同时将工程实践融入理论学习中,对理论知识更加清晰。

  

图1 与多变过程相关的知识点网络图

3.2 分析对比法

工程热力学知识体系中,很多知识点存在类似、递进、相反等关系,容易造成混淆和理解误差。引导学生对存在联系的知识点进行分析,找出异同,也是完善知识体系、加强理解的重要手段。如图1所示知识点网络图中,热力学第一定律与热力学第二定律的递进关系、卡诺/逆卡诺循环的相反关系、等温/等压/等容/等熵过程的类似关系等,梳理出各知识点的异同,掌握要点,事半功倍。

3.3 虚拟仿真技术辅助教学

利用计算机辅助工具,将简单枯燥的过程、循环用动态的虚拟过程体现出来,生动形象,能调动学生的听觉、视觉和想象力,激发学习兴趣。从实际工程/设备中体会过程和循环,从实践中获得理论知识,能提高学生对理论知识的理解。

(2)理解不足,欠缺实践能力

1.1.4 文献类型 设盲或不设盲的临床随机对照研究(RCTs),且一般资料齐全,组间具有可比性,语种限定为中文或英文。

3.4 多元化考核

改变传统的考试方式,将学生学习过程中的阶段性学习效果的过程考核、自学效果考核纳入期末成绩的一部分,结合期中、期末考试,综合反映学生的学习情况。考试试卷中,增大工程实践的比例,重点考核学生用理论知识解决问题的能力。过程考核采用多种形式:1)阶段性知识点的考核,考察学生阶段掌握情况;2)对某个知识点的自学讲解,培养考核学生的自学能力和沟通表达能力;3)开放性的用知识点设计、创造设备或解决实际工程问题的考核,重点考察学生知识的理解和应用能力。

4 结语

应用型人才不仅仅要掌握知识,更重要的是掌握学习方法,并只有专业能力和专业智能素质。工程热力学教学过程中,通过采用多样化的教学方法和教学手段,建立知识点之间、知识与实践之间的联系,引导学生从工程实践、工程现象入手进行分析思考,从而理解工程实践与理论知识的关联,增强分析实践能力实践证明该多样化教学模式对学生应用能力提升有促进作用。

我记得在那天的开学典礼上,时任北大副校长的岳素兰教授发表了致辞,嘱咐我们珍惜在北大的学习机会,努力提高自己,在工作中学以致用,更好地为北大、为社会服务。

参考文献:

[1] 王默晗.“工程热力学”教学方式探讨[J].中国电力教育.2010,(3):90-91.

[2] 蒋亚龙.《工程热力学》课程教学研究初探[J].教育教学论坛.2014,(4):97-98.

[3]吴中江,黄成亮.应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J].高等工程教育研究,2014,(2):66-70.

作为中国财税改革的亲历者和见证者,刘克崮深知个人所得税的一大功能是调节收入分配。“无论是起征点的上调,还是专项附加扣除,都有一定程度的反向操作,使得高低收入人群间的差距越来越大”。

[4]宋克慧,田圣会,彭庆文.应用型人才的知识、能力、素质结构及其培养[J].高等教育研究,2012,33(7):94-98.

公允价值的真实性一直以来都得不到满足,很多经济学者都提出反对采用公允价值进行计量,因为他们认为它是一项牺牲真实性满足相关性的一项计量手段,并且我国现在很多现行交易市场体系不够完善,例如:在市场交易体系下,更多的是采用不太合理的估值技术,价格并不能真实反应价值量,对未来净现金流进行预测这一方法存在很大弊端,因为未来净现金流时间、地点、金额往往都是不确定的因素,现成的主观估计成分偏大,而且一些公司还有可能虚增会计利润,利用投资收益或者利用金融资产的计量等手段调节利益。因此,即使公允价值这种计量方式很有价值,但也决不能以牺牲真实性为代价。

[5]江海斌,吴晓艳.工程热力学实验教学改革探索[J].中国电力教育,2013(34):152-153.

[6] 吴暄,金光,高靖芳,等.工程热力学教学方法改革[J].中国冶金教育,2014(4):24-25.

积极落实最严格水资源管理制度。制订实施了《海委推动落实最严格水资源管理制度重点工作任务分工》,积极推进“三条红线”指标向市县一级分解。完成清漳河等4条流域省界河流水量分配成果及滹沱河、北运河水量分配技术方案,滦河、卫河水量分配工作相继启动。编制完成《海河流域重要江河湖泊水功能区纳污能力核定和分阶段限制排污总量控制方案》。完成“海河流域三条红线控制指标细化”“年度指标评价方法”等技术成果和水资源监控能力建设任务,为流域最严格水资源管理考核工作奠定坚实基础。

[7]耿凡,陈宁,王迎超.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨[J].中国电力教育,2014(12):90-91.

[8]谭羽非.突出专业特点改革工程热力学课程教学的研究与实践[J].高等建筑教育,2004,13(1):39-43.

 
魏莉莉,巩学梅,张丽娜
《宁波工程学院学报》2018年第01期文献

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