基于“互联网”背景下《热工基础》教学模式的改革与探索.pdf

第 51 卷第 9 期2023 年 5 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.9May.2023基于“互联网”背景下 热工基础教学模式的改革与探索南 辉1,陈慧媛2,薛彩红1,杨桂军2,韦浩民1(1 青海大学机械工程学院,青海 西宁 810016;2 青海大学化工学院,青海 西宁 810016)摘 要:随着高等教育改革的不断深入,西部地区综合型大学本科教育也进入一个全新的发展时期。热工基础 课程属材料成型与机械类专业的专业基础课,是实践性和探索性很强的一门课程。本文针对传统 热工基础 专业课程存在的问题,以互联网技术为切入点,探索了该课程教学理念、教学体系与内容、教学方法与手段等方面的改革,旨在能更好地培养学生的工程实践能力、创新意识和团队合作精神。关键词:互联网;实践教学;教学体系;热工基础中图分类号:G642.0 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)09-0198-03 基金项目:青海大学专业核心课程(ZYHX-202106)。第一作者:南辉(1984-),男,副教授,主要从事材料化学教学与研究。Research and Practice on Teaching Mode of Thermal EngineeringFoundation Based on“Internet Technology”NAN Hui1,CHEN Hui-yuan2,XUE Cai-hong1,YANG Gui-jun2,WEI Hao-min1(1 Institute of Mechanical Engineering,Qinghai University,Qinghai Xining 810016;2 Institute of Chemical Engineering,Qinghai University,Qinghai Xining 810016,China)Abstract:With the deepening of higher education reform,the undergraduate education of comprehensive universitiesin the western region has also entered a new period of development.Thermal Engineering Foundation is a basic professionalcourse for Material Forming and Machinery majors,it is a course with strong practicality and exploration.In view of theproblems existing in the foundation of Thermal Engineering Foundation course,taking Internet technology as the startingpoint,the reform on the teaching concept,teaching system and content,teaching methods and means of the course wereexplored,in order to better cultivate students engineering practice ability,innovation consciousness and teamwork spirit.Key words:Internet technology;practice teaching;teaching system;Thermal Engineering Foundation2018 年,教育部明确提出,要加紧建设高水准的高等学校教育和培养人才的本领1,加速推进信息技术与教学的深层次融合,将互联网、大数据等技术深度应用到理论教学与实践教学过程中2-3。在面向 21 世纪材料成型及控制工程以及机械类专业培养方案中,我校将 热工基础 课程列为必修的基础课程,归其原因为:热工基础 是将工艺与工程进行有机结合起来,并通过系统优化的观念和方法来分析、研究换热过程与规律的一门课程,其贯穿于生产的全过程,涉及到能源动力、节能环保、保温散热、温湿度的控制等实际工程,是一个覆盖面极广的综合交叉学科,是实践性和探索性很强的一门课程。本文以青海大学本科教学中 热工基础 专业课程为例,分析了目前该课程的现状与存在的问题,并以此为基础,结合我校教学现状给出了“以互联网技术为切入点,使 热工基础 教学不受任何限制,朝着全天候学习的方向发展”的新模式,以便能更好地培养学生的工程实践能力、创新意识和团队合作精神。1热工基础 课程现状与存在的问题1.1 课程现状热工基础 课程属材料成型与控制工程与机械类专业的专业基础课。通过理论学习和实验操作,使学生能够掌握热力学定律、工质特征、传热理论,并在此基础上,具备对各类热工设备进行分析的能力,为解决能源动力、节能环保、保温散热、温湿度的控制等实际工程问题提供理论与技术支持。其目的主要有两方面:(1)掌握热力学基本概念和定律,熟悉各种工质的热力学性质。掌握各种热力学过程的画图、计算等方法。学会应用动力循环和制冷循环分析热机与制冷机的工作原理,掌握提高其效率的方法;(2)明确热量传递的基本方式,掌握导热、对流换热和辐射换热的基本分析方法和计算公式,能运用传热学知识指导工程实践中强化和削弱换热等相关问题。第 51 卷第 9 期南辉,等:基于“互联网”背景下 热工基础 教学模式的改革与探索199 1.2 存在问题热工基础 课程的实践性非常强,与工程实际结合紧密。但传统教学只注重理论的基本验证,实验操作技能也只是停留在“做”和“学”层面上,而往往忽略了最重要的“思”。使得其仅仅体现了“开放性”与“实践性”,而对培养学生的“创新性”与知识的“交叉性”并没有很好的体现4-7。这些问题主要表现在:(1)由于课时所限,缺少材料制备后对其进行热导体系测试的相关内容,同时由于实验条件所限,使导热体系测试内容的不完善,最终导致实验内容与 热工基础 理论内容的衔接性不紧密。(2)目前课程实验内容主要集中在保温材料的制备而缺乏实践应用性的实验研究内容,特别是缺乏与企业实际产品相依托的实验内容,以及缺少与前沿性研究课题相结合的综合应用实验研究,导致学生的学习积极性不高。(3)该课程与现代互联网技术联系不足。目前,在教学中虽普遍使用多媒体授课。但由于该课程理论性强,在讲授过程中,存在与实验空间的结合性差,使实验动漫与视频等平面教学要素难以表达的等问题6。例如在材料制备的课程上,虽有可以借鉴的制备步骤和流程,但无法呈现给学生,只能依靠老师的引导和示范来培养学生的空间想象能力。鉴于 热工基础 课程中出现的诸多不足,我们希望建立“以互联网技术为切入点,使该课程的教学不受任何限制,朝着全天候学习的方向发展”的新模式,以便能更好地培养学生的工程实践能力、创新意识和团队合作精神。2热工基础 课程教学理念及体系构建2.1 教学理念课程教学内容的不断整合、优化和凝练是课程体系建设的灵魂,也是提高教学质量的有效措施8。通过构建本课程新的体系,不仅能培养学生对系统换热工程的研究兴趣,而且通过理论学习和实验操作,使学生能够熟练掌握热力学定律、工质特征、传热理论,并在此基础上,具备对各类热工设备进行分析的能力,为解决能源动力、节能环保、保温散热、温湿度的控制等实际工程问题提供理论与技术支持,满足企业对现代化工程人才的需求;同时,本着“润物细无声”的理念,结合工科专业特点,在专业课教学中融入“工匠精神”与“红色基因”,加强大学生理想信念、价值取向、政治信仰、社会责任的教育,在传道授业解惑中引人以大道、启人以大智。2.2热工基础 课程体系的构建图 1 课程教学体系构建Fig.1 Construction of course teaching system在 热工基础 课程教学体系构建的过程中,采取“一个支点,两个基点”的做法,即:“以互联网技术为支点,以掌握课程大纲要求与提高学生实践应用水平为两个基点”,具体的课程体系构建如图 1 所示。(1)教学方法的灵活多变。一方面,课堂板书与多媒体相结合的教学方法,利用互联网技术,引入动漫、案例、视频等多媒体教学与重点内容板书相结合方式来加深学生印象的教学方法。教师有选择地尽量将课程重点难点内容制作成让学生印象深刻的多媒体、案例及视频,并通过板书多作讲解,加深学生印象;另一方面,以实验指导书为中心的教学方法转变成以解决问题为中心的实践教学方法。在以往的教学模式中,常常选择一本实验指导书的内容作为实践教学内容,并基本上遵循该教材的编排模式进行实践教学。尽管这种按部就班的教学模式也能让学生掌握本课程的主要内容,取得基本满意的教学效果。但如此的教学模式,无法激起学生的学习积极性及主动性,课程对本专业知识的进一步拓展帮助不够。针对以实验指导书为中心模式中存在的问题,在实践时结合操作实例,利用互联网技术,采用“实时在线+企业动漫”启发式教学方法,以解决实际问题为主线,在每一个教学实验之前,首先提出一个实际问题案例,围绕其解决方法,展开网上查阅资料与师生互动,逐步开展解决问题所必备的专业及基础知识,最后根据所学知识,完整的提出一个或几个解决方案,让学生进行选择性实验,增加学生的创新及探索精神。(2)利用互联网技术,搭建课程在线平台,实现自主学习与教师答疑的网络互动。一方面,利用我们现有的与 热工基础 课程相关的各种素材资源和视频资料,建立 热工基础课程校园教学在线平台9。随着校园在线学习平台的建立,实现学生自主学习与教师答疑的教学新模式。学生可以通过校园在线平台的数据库学习课程的相关内容,掌握其基本概念、基本规律和基本分析的手段,并可以与教师进行在线实时互动。另一方面,课后采用大作业的方式,利用互联网资源,让学生网上学习与课程相关的各类换热过程模拟软件的使用并利用这些模拟设计软件进行换热过程优化,从而达到让学生独立思考,变被动学习为主动学习的目的。此外,通过青海大学电子图书馆等网上资源,让学生查找所需要的资料,充分激发学生对本课程的学习热情。(3)强化与教学实践环节结合。一方面,根据 热工基础课程教学实践大纲,将实践内容由按章节形式讲授改为按专题形式讲授,学生按照自己的研究方向选择相应的专题,进行模块教学;另一方面,利用互联网技术,进一步深化应用模拟软件与 热工基础 的结合,使学生能在网络平台上实现实际的生产过程分析与合成,为学生提供应用理论知识解决能源动力、节能环保、保温散热、温湿度的控制等实际工程问题的操作平台,激发学生大胆探索和创新的兴趣,使学生获得创新实践能力与工程实践能力的训练,为 热工基础 的教学提供一种新途径4;最后,强化教学实践基地建设,强化与省内企业的联系(盐湖集团,亚洲硅业,黎明化工,云天化),在生产实习、课程设计及毕业论文(设计)等环节引入系统优化概念,使学生毕业后具备对各种换热过程计算和优化的能力(4)思政元素的融入,促进教学效果的有效提高。从课程价值中提取独特的行业价值、历史内涵、文化诉求;从发展历程中挖掘代表人物不畏艰苦、勇攀高峰、追求卓越、不懈奋斗的“红色基因”;从工程应用过程中培养学生以人为本、爱国敬业的“工匠精神”,同时鼓励学生服务西部,服务社会的鸿鹄之志;从课程沿革发展中鼓励学生不怕困难、勇于担当的科200 广 州 化 工2023 年 5 月学精神和自由发展、创新创业的时代精神;从为人处世中教育学生诚信友善、团结协作、包容尊重、谦虚守信的处世之道。在专业课教学中,将价值导向与知识传授相融合,弘扬社会主义核心价值观。(5)改革考核制度,由单一的考试改为多种考核方式相结合。根据授课内容和授课方式的改革,课程成绩由平时、专题讨论、实验与期末四部分组成(图 2),四部分的比例分别为10%、20%、20%和 50%。图 2 考核体系构建Fig.2 Construction of assessment system3热工基础 课程教学保障体系的搭建3.1 做好课程教学“专题”的选择工作地方高校教育主要为地区培养高层次研究与应用型人才,而青海产业结构有明显的地域性,因此,热工基础 课程本科教学的开展应密切结合本地区的产业结构特点,开设与本地企业相关的“专题”学习内容。我校与青海云天化、青海省黄河水电集团、青海亚洲硅业、青海盐湖集团、青海铝业等省内数十家大型企业建立了长期科研合作关系,可以为学生的“专题”的选择提供优质资源和环境。3.2 依托互联网技术,走“实时在线学习”的道路首先,热工基础 教学实践数据库的建立。数据库中的数据主要来源于企业和老师的科研,从而使教学实践内容更容易“接地气”。通过把各种素材和视频资料的整合,从而使学生在数据库中直观、自主的学习相关内容。该模式有助于大学生对课程教学实践大纲内容的掌握,能起到事半功倍的教学效果。其次,利用互联网技术,实现在线学习平台的建立。为了老师与学生使用方便,建立了能够满足教学实践要求和课堂理论教学需求的“在线学习平台”10-11。该平台基于互联网技术,将实验动漫、视频等教学资源上传到云端,借助云处理实现云端渲染,进而实现“在线学习平台”的建立。4 课程教学改革实施后的应用效果以培养现代化工程人才为目标的教学探索在 热工基础课程实施后,取得了明显的效果,主要体现在以下三个方面:(1)面对相对“自由”的教学实践环境,学生可以根据自己的需求随时在学习在线平台上选择自己感兴趣的专题进行学习。同时,我校图书馆网络资料不仅为学生提供了学习环境,而且也提高学生对 热工基础 课程的学习积极性。(2)以互联网为切入点构筑的在线学习平台中包含的视频动漫,皆取材于老师的科研或者地方企业的生产实践,使学生在实验过程中更贴近企业实际生产,熟悉不同领域的技术前沿,有助于实现学生今后就业的“无缝就业”。(3)通过该课程的实践与应用,我校材成类学生获得各类创新创业竞赛的项目也保持增长(2020 年获得第十二届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛全国决赛铜奖)。5 结 语“以互联网技术为支点,以掌握课程大纲要求与提高学生实践应用水平为两个基点”重新构建了 热工基础 课程教学体系与平台。使课程的教学实践完成了从一维(空间)到三维(空间、时间、视觉)的转化,突破了传统教学实践时空的限制,达到师生随时随地的学习与讨论,以及教学资源最大化利用的目的。该平台的构建重塑了“老师与学生”关系,更重要的是创新了教学实践理念和考核方式,既培养了学生扎实的专业知识,同时又赋予了学生较大的实践创新能力,必将有利于打造一流本科课程建设和服务地方经济建设。参考文献1 教育部.关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见EB/OL.(2018-10-08)2020-03-10.http:/ 教育部.关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见:教高20196 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