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摘要:“工程热力学与传热学”课程是安全工程本科专业一门重要的专业技术课程,在安全人才培养中起着重要的作用。为了提高教学质量和效果,培养适应社会需要的安全专业综合型人才,这门课程应该从课程人才培养目标出发,结合学校办学特色,从修订教学大纲、调整教学内容、深化教学改革、加强教学实验建设等方面着手进行建设。
关键词:工程热力学与传热学;教学改革;安全工程;案例教学
作者简介:林日亿(1973-),男,湖南桂阳人,中国石油大学储运与建筑工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:热能利用;梁金国(1963-),男,山东昌乐人,中国石油大学储运与建筑工程学院,教授,主要研究方向:热能利用。(山东 东营 257061)
基金项目:本文系中国石油大学教改项目“安全工程专业‘工程热力学与传热学’课程体系的改革与实践”(项目编号:BK-B200625)的部分研究成果。
“工程热力学与传热学”课程是安全工程专业的专业基础课程之一,起着联结本专业基础课与技术课的桥梁作用。可见本课程在该专业的重要性,其教学水平直接影响安全专业本科生的质量。中国石油大学(华东)(以下简称“我校”)自2000年开始招生安全工程专业,并于2002年开设本课程。由于是新招专业的新开课程,在专业建设和课程建设方面较其他学校的同类专业存在较大的差距。在这几年的教学实践过程中,对本课程建设方面进行了一些探索,得到了一些粗浅的体会。
一、适应人才培养目标,修订课程教学大纲
1.课程的人才培养目标
任何一门学科都有自己的特点和独特的知识结构。因此,在安全工程专业教育过程中针对特殊行业的安全,应该进行突出行业特点的安全工程专业教育。只有通过科学而全面的课程设置,让学生充分掌握学科的基础知识,深入掌握安全科技知识,培养出安全工程技术及安全管理工程人才,才能较全面掌握安全科学理论和技术原理,对可能发生的事故进行预防性的处理,避免了经验主义造成的事故预防滞后性和片面性的缺点。[1]我校的安全工程专业正是通过石油、石化行业特点开展安全教育,培养出适于该行业的高层次安全专业人才,其培养目标为:培养掌握现代石油、石化工业生产过程中安全技术和安全管理方法,从事安全技术及工程、安全科学和研究、安全监察与管理、安全健康环境检测、安全设计与生产、安全教育与培训等方面工作的复合型高级工程技术人才。[2]
在专业培养目标的总体框架下,开设课程的培养目标就应与专业培养目标相符合。另外,随着社会发展和市场经济体制的完善,用人单位对人才需求提出了更高的要求,希望大学生既是懂理论又会实践的全才。在此基础上制定的“工程热力学与传热学”课程的培养目标为:通过课程的学习,学生应了解热力学的宏观研究方法,掌握热能与机械能之间的转换规律和能量有效利用的理论,获得热量传递规律的基础知识,能够正确运用热力学基本原理和定律分析计算各种热力过程、热力循环,能够正确利用传热规律分析工程传热问题,使学生具备分析解决实际工程热问题的基本能力,初步培养安全用热的能力,并为学生学习有关的专业课程提供必要的理论基础。
课程培养目标提出了培养学生安全用热的能力,并为后续课程的学习打下基础,这与以往“工程热力学与传热学”课程目标有所不同,以往仅仅对热能转换与利用、传递现象进行分析和具体应用,而对于安全工程专业就提出了更高的要求,也符合专业培养计划和目标。
2.课程的教学大纲
根据“工程热力学与传热学”课程培养目标,在原有教学大纲的基础上,对课程教学大纲进行了修订,主要表现在以下几方面。
(1)在课程目标中增加了“培养学生分析和避免热能转换与传递过程中可能产生的热安全问题的能力”,旨在培养该专业学生的安全用热能力。
(2)将教材改为高等教育出版社张学学、李贵馥编写的《热工基础》,并补充教学辅助材料。
(3)在课程基本要求中,将“混合气体及其性质”、“气体辐射”、“非稳态传热”、“导热问题的数值解法基础”作为重要内容提出,同时要求学生“了解由于热能的转换与传递过程中可能发生的安全问题,学会避免类似问题的计算方法”。
(4)在教学内容与学时分配建议中,将工程热力学内容缩减2学时,主要删除了热力学第二定律一章中“克劳修斯不等式”和“热能的可用性即火用参数”等内容。增加2学时用于辅助教学材料主要内容的讲解。
二、完善课程教学内容,调整课程教学体系
1.教学内容与学校办学特色相统一
“工程热力学与传热学”课程主要阐述热能的有效利用以及与此有关的热现象的基本规律。本课程总的教学思想是:通过热力学的学习,掌握基本热力过程与典型热力循环分析、提高循环效率的途径;通过传热学的学习掌握导热、对流换热、辐射换热的基本规律和求解方法,掌握控制(强化或削弱)热量传递过程的技术措施及换热器的热计算方法。
我校是2002年开始新设安全工程专业,依托我校以“石油”作为办学特色的思想,主要培养学生从事涉及石油、石化等设施系统安全方面的工作。因此,在教学内容上必须进行适当的调整,以符合学校的专业特色。基于此,对教学内容进行了补充和调整,具体有如下几点。
(1)调整了部分教学重点内容:1)由于混合气体存在燃烧、爆炸的可能性,将“混合气体及其性质”作为重点教学内容提出,而将“克劳修斯不等式”和“热能的可用性即火用参数”等内容作为了解性内容讲解;2)将传热学部分的“导热”内容作为重点,这是基于工程材料受热后应力改变方面考虑,力求让学生掌握热应力分析方法避免安全隐患。
(2)补充了教学辅助教学材料:为了体现我校的石油特色且与学生毕业后的工作挂钩,补充了一些在石油开采和运输环节热能转换与传递过程中可能发生安全问题的内容作为教学辅助内容,包括:热采井井筒应力数值计算、换热器管板和壳体热应力的强度分析、油池火灾热辐射下的最小安全距离、爆炸极限在油库安全中的应用分析等。利用上课小专题、课后发材料给学生自学等形式进行相关内容的学习。使学生能认识该课程在专业中的重要性,同时也提高了学生学习的积极性。
2.教学内容应与专业平台建设相吻合
为了适应社会的发展和培养综合素质人才的要求,拓宽专业口径、增强就业的适应性,需要进行专业平台建设。安全专业从众多的专业课中提炼本专业共同的工程技术原理和方法,构建专业平台课程体系。[3,4]课程教学体系一般由基础课、专业基础课和专业课3个层次组成,新办专业必须明确哪些课程是专业基础课、哪些是专业课,以便任课教师明确课程性质,确定课程教学内容。“工程热力学与传热学”课程就是其中的专业基础课程之一,是后续专业课程中涉及热能转换与传递规律和设备内容的基础和桥梁。因此,课程的开始就应按照课程体系层次安排,而不能先开设专业基础课,后开基础课。进行学科建设时,应组织召开专业教学研讨会,进行教学计划的安排和课程教学内容的调整,避免不按照课程衔接顺序开课,同时避免出现有些教学内容重复和遗漏等问题。
三、深化课程教学改革,加强实验教学环节
1.板书结合多媒体教学,构成立体教学结构
“工程热力学和传热学”属于专业基础课,具有较深的理论和丰富的数学表达方式,表现为理论推导多、公式多。以往的传统板书式教学方法非常适合,通过教师边写黑板边讲解的过程,学生掌握非常容易,且印象深刻。但是,随着多媒体技术的发展,单一的板书教学形式已经不能完全呈现一些教学内容,而通过多媒体技术的声、形、色及动作,能更好地将深奥的抽象内容、实际工业过程得以充分的展示,便于学生理解和掌握,教学效果毋庸置疑。但是,多媒体教学也应避免简单的文字描述、大量的文字罗列、页面切换快、教师讲得快等不足,应利用生动的动画图像、清晰的文字注解和优美的声音等多媒体信息将课程内容展现出来。另外,应对教学内容进行划分,哪些内容采用板书讲解,哪些内容采用多媒体展示。通过传统和新型教学手段结合,能增加学生的学习兴趣,促进学习的积极性,从而提高课堂教学效果。
关键词:工程热力学与传热学;教学改革;安全工程;案例教学
作者简介:林日亿(1973-),男,湖南桂阳人,中国石油大学储运与建筑工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:热能利用;梁金国(1963-),男,山东昌乐人,中国石油大学储运与建筑工程学院,教授,主要研究方向:热能利用。(山东 东营 257061)
基金项目:本文系中国石油大学教改项目“安全工程专业‘工程热力学与传热学’课程体系的改革与实践”(项目编号:BK-B200625)的部分研究成果。
“工程热力学与传热学”课程是安全工程专业的专业基础课程之一,起着联结本专业基础课与技术课的桥梁作用。可见本课程在该专业的重要性,其教学水平直接影响安全专业本科生的质量。中国石油大学(华东)(以下简称“我校”)自2000年开始招生安全工程专业,并于2002年开设本课程。由于是新招专业的新开课程,在专业建设和课程建设方面较其他学校的同类专业存在较大的差距。在这几年的教学实践过程中,对本课程建设方面进行了一些探索,得到了一些粗浅的体会。
一、适应人才培养目标,修订课程教学大纲
1.课程的人才培养目标
任何一门学科都有自己的特点和独特的知识结构。因此,在安全工程专业教育过程中针对特殊行业的安全,应该进行突出行业特点的安全工程专业教育。只有通过科学而全面的课程设置,让学生充分掌握学科的基础知识,深入掌握安全科技知识,培养出安全工程技术及安全管理工程人才,才能较全面掌握安全科学理论和技术原理,对可能发生的事故进行预防性的处理,避免了经验主义造成的事故预防滞后性和片面性的缺点。[1]我校的安全工程专业正是通过石油、石化行业特点开展安全教育,培养出适于该行业的高层次安全专业人才,其培养目标为:培养掌握现代石油、石化工业生产过程中安全技术和安全管理方法,从事安全技术及工程、安全科学和研究、安全监察与管理、安全健康环境检测、安全设计与生产、安全教育与培训等方面工作的复合型高级工程技术人才。[2]
在专业培养目标的总体框架下,开设课程的培养目标就应与专业培养目标相符合。另外,随着社会发展和市场经济体制的完善,用人单位对人才需求提出了更高的要求,希望大学生既是懂理论又会实践的全才。在此基础上制定的“工程热力学与传热学”课程的培养目标为:通过课程的学习,学生应了解热力学的宏观研究方法,掌握热能与机械能之间的转换规律和能量有效利用的理论,获得热量传递规律的基础知识,能够正确运用热力学基本原理和定律分析计算各种热力过程、热力循环,能够正确利用传热规律分析工程传热问题,使学生具备分析解决实际工程热问题的基本能力,初步培养安全用热的能力,并为学生学习有关的专业课程提供必要的理论基础。
课程培养目标提出了培养学生安全用热的能力,并为后续课程的学习打下基础,这与以往“工程热力学与传热学”课程目标有所不同,以往仅仅对热能转换与利用、传递现象进行分析和具体应用,而对于安全工程专业就提出了更高的要求,也符合专业培养计划和目标。
2.课程的教学大纲
根据“工程热力学与传热学”课程培养目标,在原有教学大纲的基础上,对课程教学大纲进行了修订,主要表现在以下几方面。
(1)在课程目标中增加了“培养学生分析和避免热能转换与传递过程中可能产生的热安全问题的能力”,旨在培养该专业学生的安全用热能力。
(2)将教材改为高等教育出版社张学学、李贵馥编写的《热工基础》,并补充教学辅助材料。
(3)在课程基本要求中,将“混合气体及其性质”、“气体辐射”、“非稳态传热”、“导热问题的数值解法基础”作为重要内容提出,同时要求学生“了解由于热能的转换与传递过程中可能发生的安全问题,学会避免类似问题的计算方法”。
(4)在教学内容与学时分配建议中,将工程热力学内容缩减2学时,主要删除了热力学第二定律一章中“克劳修斯不等式”和“热能的可用性即火用参数”等内容。增加2学时用于辅助教学材料主要内容的讲解。
二、完善课程教学内容,调整课程教学体系
1.教学内容与学校办学特色相统一
“工程热力学与传热学”课程主要阐述热能的有效利用以及与此有关的热现象的基本规律。本课程总的教学思想是:通过热力学的学习,掌握基本热力过程与典型热力循环分析、提高循环效率的途径;通过传热学的学习掌握导热、对流换热、辐射换热的基本规律和求解方法,掌握控制(强化或削弱)热量传递过程的技术措施及换热器的热计算方法。
我校是2002年开始新设安全工程专业,依托我校以“石油”作为办学特色的思想,主要培养学生从事涉及石油、石化等设施系统安全方面的工作。因此,在教学内容上必须进行适当的调整,以符合学校的专业特色。基于此,对教学内容进行了补充和调整,具体有如下几点。
(1)调整了部分教学重点内容:1)由于混合气体存在燃烧、爆炸的可能性,将“混合气体及其性质”作为重点教学内容提出,而将“克劳修斯不等式”和“热能的可用性即火用参数”等内容作为了解性内容讲解;2)将传热学部分的“导热”内容作为重点,这是基于工程材料受热后应力改变方面考虑,力求让学生掌握热应力分析方法避免安全隐患。
(2)补充了教学辅助教学材料:为了体现我校的石油特色且与学生毕业后的工作挂钩,补充了一些在石油开采和运输环节热能转换与传递过程中可能发生安全问题的内容作为教学辅助内容,包括:热采井井筒应力数值计算、换热器管板和壳体热应力的强度分析、油池火灾热辐射下的最小安全距离、爆炸极限在油库安全中的应用分析等。利用上课小专题、课后发材料给学生自学等形式进行相关内容的学习。使学生能认识该课程在专业中的重要性,同时也提高了学生学习的积极性。
2.教学内容应与专业平台建设相吻合
为了适应社会的发展和培养综合素质人才的要求,拓宽专业口径、增强就业的适应性,需要进行专业平台建设。安全专业从众多的专业课中提炼本专业共同的工程技术原理和方法,构建专业平台课程体系。[3,4]课程教学体系一般由基础课、专业基础课和专业课3个层次组成,新办专业必须明确哪些课程是专业基础课、哪些是专业课,以便任课教师明确课程性质,确定课程教学内容。“工程热力学与传热学”课程就是其中的专业基础课程之一,是后续专业课程中涉及热能转换与传递规律和设备内容的基础和桥梁。因此,课程的开始就应按照课程体系层次安排,而不能先开设专业基础课,后开基础课。进行学科建设时,应组织召开专业教学研讨会,进行教学计划的安排和课程教学内容的调整,避免不按照课程衔接顺序开课,同时避免出现有些教学内容重复和遗漏等问题。
三、深化课程教学改革,加强实验教学环节
1.板书结合多媒体教学,构成立体教学结构
“工程热力学和传热学”属于专业基础课,具有较深的理论和丰富的数学表达方式,表现为理论推导多、公式多。以往的传统板书式教学方法非常适合,通过教师边写黑板边讲解的过程,学生掌握非常容易,且印象深刻。但是,随着多媒体技术的发展,单一的板书教学形式已经不能完全呈现一些教学内容,而通过多媒体技术的声、形、色及动作,能更好地将深奥的抽象内容、实际工业过程得以充分的展示,便于学生理解和掌握,教学效果毋庸置疑。但是,多媒体教学也应避免简单的文字描述、大量的文字罗列、页面切换快、教师讲得快等不足,应利用生动的动画图像、清晰的文字注解和优美的声音等多媒体信息将课程内容展现出来。另外,应对教学内容进行划分,哪些内容采用板书讲解,哪些内容采用多媒体展示。通过传统和新型教学手段结合,能增加学生的学习兴趣,促进学习的积极性,从而提高课堂教学效果。