“制冷原理與設備”課程教學改革實踐

“全面提高高等教育質量是高等教育發展的核心任務，是建設高等教育強國的基本要求，是實現建設人力資源強國和創新型國家戰略目標的關鍵。”課程教學模式的改革是提升教學質量、拓展教學內涵、培養創新能力的必然途徑。制冷技術廣泛應用于農業、工業、醫療、商業、人民生活、航空及航天等領域。“制冷設備與原理”課程（以下簡稱“制冷”）是熱能工程專業的專業課，它以工程熱力學、傳熱學、流體力學、機械工程等知識為基礎，涉及各種制冷方法、制冷循環與設備。
一、教學改革措施
1.調整課程結構。在課程結構調整中，既保留傳統“制冷”課程體系的主要教學內容，又結合我校國防教育特色，刪除了原來課程第九章“小型制冷裝置”，改換為“航空航天制冷技術”，主要介紹飛機空調的典型制冷方法和制冷循環，航天器中常用的制冷方法以及各種新型低溫制冷技術。考慮到原來第九章最后一節“變頻空調”是比較先進的制冷技術，將這部分內容保留、整合到第六章“制冷壓縮機”中。調整后的課程結構，整體性強，教學內容得到更新和拓展，具有先進性和特色性。
2.改進課堂教學模式。此前，“制冷”課程采用的教學模式是以老師為中心，強調理論知識的講授，較少發揮學生在學習中的積極性。
此次課堂教學改革中，加大了形象、生動的影音教學比例，其中包括播放“單級離心式壓縮機”“兩級離心式壓縮機”“滾動轉子式壓縮機”“豎管降膜蒸發器”“絲網冷凝器多頭排焊機”等5個教學短片。采用啟發式教學方式，課堂上多提問，使教學產生互動，提高學生參與學習的積極性。注重“制冷”與“熱力學”“傳熱學”“流體力學”等專業基礎知識的關聯性。如講授蒸汽壓縮制冷循環時，介紹了該循環是如何從逆向卡諾循環演變而成；講授節流制冷時，回顧了“熱力學”中曾經講授的節流過程的熱力學特征，為加深“制冷”與“熱力學”課程的關聯性，又深入介紹了焦耳—湯姆遜節流系數的熱力學定義，以及由該系數表示的實際流體的三種節流溫度效應等。
3.培養創新學習的能力。創新學習是指導學生主動有效地參與學習，獨立地發現問題，尋找有創意地解決問題的方法。創新學習的目的就是使教育成為培養創新精神、激發創造力的源泉。“制冷”課程中，需要講授多種不同的制冷方法、制冷循環和設備，課程內容中蘊含著方法創新、設備技術創新、循環節能優化等多方面技術更新的可能。在教學中，以所講內容為切入點，注重培養學生科學的觀察和思考習慣，引導、激發學生借鑒別人的研究成果或專利，樹立創新意識，進行創新嘗試。如講授渦旋管制冷時，啟發學生運用渦旋管制冷原理，制作手動飲料快速冷卻器；講授吸收式制冷時，啟發學生將低品位太陽能或工業余熱與吸收式制冷相結合，設計新型節能組合式制冷工藝。課程教學中，要求每個學生在學期末完成一項課外制冷技術創新設計，并將創新設計成績按照20%的比例計入課程總成績，在創新題目的評分中，重點考察新穎性、原創性，不苛求成功，允許失敗，著重鼓勵學生樹立創新意識，從而逐步獲得創新能力。
4.培養工程實踐能力。以前的“制冷”課程教學中，教學方式單一，沒有引入實踐教學，缺乏實驗動手能力和工程設計能力的訓練，不利于學生專業綜合素質和實踐能力的培養。本次改革，對于學生工程能力的培養主要從實驗動手能力和工藝設計計算兩方面進行。為提高學生對于中央空調制冷循環工藝、制冷設備、換熱設備、物性參數測試等技術的感性認識，鍛煉實驗技能，本次教學模式改革中，增加了“飛機空調制冷實驗”和“氣—液換熱器實驗”。為調動學生參與實驗的積極性，實驗課開課前，邀請有興趣的學生與教師一起進行實驗試做，結果有7名同學報名參加；實驗課程中，先請參加過實驗試做的同學為其他學生講解實驗目的、裝置結構和實驗步驟，學生講解完后，老師再對其講解內容進行補充、更正；實驗中，除了操作裝置、記錄實驗數據外，還要求學生分析、尋找實驗裝置存在的不足，提出改進意見。
5.改進考核方式。以往“制冷”課程的考核，是以期末考試成績占80%，平時作業和出勤成績占20%計算。考試主要是客觀問題，有10%—20%的靈活思考題。
事實上，課程考核的過程，不應該是簡單的打分過程，更應該成為學習環節的一部分。考核方式，對于學生的學習和思考方式，發揮著引導和促進作用。據調查，美國大學中，期末考試成績一般占總成績比例的30%—40%。為促使學生主動思考、創新學習，應該降低期末考試成績在考核中所占的比例，強化平時設計能力、創新能力和實驗動手能力的綜合考核。本次教學模式改革中，課程總成績按照設計型大作業占20%、制冷技術創新設計占20%、實驗占10%、期末考試占50%的比例綜合考核，減輕了學生期末考試的壓力，增加了平時的學習工作量與學習積極性。這種考核方式受到學生的歡迎和支持。
6.引入和應用英文教材。由于各學校課程結構設置的不同，目前國內可供選用的本科“制冷”教材中，基本沒有“制冷壓縮機”的內容。該課程的以往教學中，“制冷壓縮機”這章使用另外一本中文教材。本次改革中，考慮到近年來制冷壓縮機技術進步較快，現有中文教材內容落后，同時學生的專業英語應用能力也應該在教學中得到提高，因此選擇了2009年出版的英文制冷技術教材“Refrigeration Technology”中的第十章“Chapter 10 Compressors”，影印給學生，作為本課程“第六章制冷壓縮機”的教材。新教材中，有滾動轉子壓縮機、滑片壓縮機等內容，拓展了原來的教學內容。考慮到課堂學時有限，因此對于新增加的“滾動轉子壓縮機”內容，安排在課堂上講解，而“滑片壓縮機”部分，則通過課堂提示，學生課外自學的方式完成。
二、教學改革實踐
在“制冷”課程教學模式改革過程中，改進了原有教學模式，以培養創新型拔尖人才的目標為導向，注重“基礎知識、實踐能力、創新素質”的統一協調培養，使教學內容更加豐富、合理，使學生課堂學習效率和參與教學過程的積極性顯著提高，實驗動手能力、工藝設備設計能力得到有效訓練，閱讀英文專業資料能力有所提高，創新思維得到初步訓練和激發。從考試結果看，學生對課程基礎知識的掌握比往屆學生好。
三、改革所需條件
課程教學模式改革工作的推廣與持續，需要以下條件予以支撐：
1.教師對教學的投入需要增大，知識結構需要完善。教學模式改革，要求教師在挑選教材、收集素材、組織和優化教學內容等方面投入更多的時間和精力。教師不僅要熟悉本課程的教學內容，還需要熟悉本專業其他相關專業基礎課和專業課的教學內容，講課前，要設計所講內容與前續、后續相關課程內容的結合點和結合程度。此外，教師還需要具備較好的工程實踐能力和專業英語水平，具備指導學生完成創新設計與實驗的能力。
2.實驗條件需要配套建設和完善。教學模式的改革，離不開實驗教學的配合，因此需要增加實驗經費投入，配套建設多項實驗。
3.對教學的考核激勵機制需要調整和完善。大學教師一般都承擔著一定的科研任務。如果將精力投入到科研中，短期內可在科研經費到款、發表文章與專利、科研獲獎等方面獲得明顯成效；而投入到教學中的大量精力，在短期內一般不會看到顯著效果。因此如果學校對教學的考核和獎勵機制不到位，教師的主要精力就不會自覺投入到教學中，教學模式改革將難于推廣和持續，教學質量很難真正提高。