“制冷原理与设备”课程教学改革实践

“全面提高高等教育质量是高等教育发展的核心任务，是建设高等教育强国的基本要求，是实现建设人力资源强国和创新型国家战略目标的关键。”课程教学模式的改革是提升教学质量、拓展教学内涵、培养创新能力的必然途径。制冷技术广泛应用于农业、工业、医疗、商业、人民生活、航空及航天等领域。“制冷设备与原理”课程（以下简称“制冷”）是热能工程专业的专业课，它以工程热力学、传热学、流体力学、机械工程等知识为基础，涉及各种制冷方法、制冷循环与设备。
一、教学改革措施
1.调整课程结构。在课程结构调整中，既保留传统“制冷”课程体系的主要教学内容，又结合我校国防教育特色，删除了原来课程第九章“小型制冷装置”，改换为“航空航天制冷技术”，主要介绍飞机空调的典型制冷方法和制冷循环，航天器中常用的制冷方法以及各种新型低温制冷技术。考虑到原来第九章最后一节“变频空调”是比较先进的制冷技术，将这部分内容保留、整合到第六章“制冷压缩机”中。调整后的课程结构，整体性强，教学内容得到更新和拓展，具有先进性和特色性。
2.改进课堂教学模式。此前，“制冷”课程采用的教学模式是以老师为中心，强调理论知识的讲授，较少发挥学生在学习中的积极性。
此次课堂教学改革中，加大了形象、生动的影音教学比例，其中包括播放“单级离心式压缩机”“两级离心式压缩机”“滚动转子式压缩机”“竖管降膜蒸发器”“丝网冷凝器多头排焊机”等5个教学短片。采用启发式教学方式，课堂上多提问，使教学产生互动，提高学生参与学习的积极性。注重“制冷”与“热力学”“传热学”“流体力学”等专业基础知识的关联性。如讲授蒸汽压缩制冷循环时，介绍了该循环是如何从逆向卡诺循环演变而成；讲授节流制冷时，回顾了“热力学”中曾经讲授的节流过程的热力学特征，为加深“制冷”与“热力学”课程的关联性，又深入介绍了焦耳—汤姆逊节流系数的热力学定义，以及由该系数表示的实际流体的三种节流温度效应等。
3.培养创新学习的能力。创新学习是指导学生主动有效地参与学习，独立地发现问题，寻找有创意地解决问题的方法。创新学习的目的就是使教育成为培养创新精神、激发创造力的源泉。“制冷”课程中，需要讲授多种不同的制冷方法、制冷循环和设备，课程内容中蕴含着方法创新、设备技术创新、循环节能优化等多方面技术更新的可能。在教学中，以所讲内容为切入点，注重培养学生科学的观察和思考习惯，引导、激发学生借鉴别人的研究成果或专利，树立创新意识，进行创新尝试。如讲授涡旋管制冷时，启发学生运用涡旋管制冷原理，制作手动饮料快速冷却器；讲授吸收式制冷时，启发学生将低品位太阳能或工业余热与吸收式制冷相结合，设计新型节能组合式制冷工艺。课程教学中，要求每个学生在学期末完成一项课外制冷技术创新设计，并将创新设计成绩按照20%的比例计入课程总成绩，在创新题目的评分中，重点考察新颖性、原创性，不苛求成功，允许失败，着重鼓励学生树立创新意识，从而逐步获得创新能力。
4.培养工程实践能力。以前的“制冷”课程教学中，教学方式单一，没有引入实践教学，缺乏实验动手能力和工程设计能力的训练，不利于学生专业综合素质和实践能力的培养。本次改革，对于学生工程能力的培养主要从实验动手能力和工艺设计计算两方面进行。为提高学生对于中央空调制冷循环工艺、制冷设备、换热设备、物性参数测试等技术的感性认识，锻炼实验技能，本次教学模式改革中，增加了“飞机空调制冷实验”和“气—液换热器实验”。为调动学生参与实验的积极性，实验课开课前，邀请有兴趣的学生与教师一起进行实验试做，结果有7名同学报名参加；实验课程中，先请参加过实验试做的同学为其他学生讲解实验目的、装置结构和实验步骤，学生讲解完后，老师再对其讲解内容进行补充、更正；实验中，除了操作装置、记录实验数据外，还要求学生分析、寻找实验装置存在的不足，提出改进意见。
5.改进考核方式。以往“制冷”课程的考核，是以期末考试成绩占80%，平时作业和出勤成绩占20%计算。考试主要是客观问题，有10%—20%的灵活思考题。
事实上，课程考核的过程，不应该是简单的打分过程，更应该成为学习环节的一部分。考核方式，对于学生的学习和思考方式，发挥着引导和促进作用。据调查，美国大学中，期末考试成绩一般占总成绩比例的30%—40%。为促使学生主动思考、创新学习，应该降低期末考试成绩在考核中所占的比例，强化平时设计能力、创新能力和实验动手能力的综合考核。本次教学模式改革中，课程总成绩按照设计型大作业占20%、制冷技术创新设计占20%、实验占10%、期末考试占50%的比例综合考核，减轻了学生期末考试的压力，增加了平时的学习工作量与学习积极性。这种考核方式受到学生的欢迎和支持。
6.引入和应用英文教材。由于各学校课程结构设置的不同，目前国内可供选用的本科“制冷”教材中，基本没有“制冷压缩机”的内容。该课程的以往教学中，“制冷压缩机”这章使用另外一本中文教材。本次改革中，考虑到近年来制冷压缩机技术进步较快，现有中文教材内容落后，同时学生的专业英语应用能力也应该在教学中得到提高，因此选择了2009年出版的英文制冷技术教材“Refrigeration Technology”中的第十章“Chapter 10 Compressors”，影印给学生，作为本课程“第六章制冷压缩机”的教材。新教材中，有滚动转子压缩机、滑片压缩机等内容，拓展了原来的教学内容。考虑到课堂学时有限，因此对于新增加的“滚动转子压缩机”内容，安排在课堂上讲解，而“滑片压缩机”部分，则通过课堂提示，学生课外自学的方式完成。
二、教学改革实践
在“制冷”课程教学模式改革过程中，改进了原有教学模式，以培养创新型拔尖人才的目标为导向，注重“基础知识、实践能力、创新素质”的统一协调培养，使教学内容更加丰富、合理，使学生课堂学习效率和参与教学过程的积极性显著提高，实验动手能力、工艺设备设计能力得到有效训练，阅读英文专业资料能力有所提高，创新思维得到初步训练和激发。从考试结果看，学生对课程基础知识的掌握比往届学生好。
三、改革所需条件
课程教学模式改革工作的推广与持续，需要以下条件予以支撑：
1.教师对教学的投入需要增大，知识结构需要完善。教学模式改革，要求教师在挑选教材、收集素材、组织和优化教学内容等方面投入更多的时间和精力。教师不仅要熟悉本课程的教学内容，还需要熟悉本专业其他相关专业基础课和专业课的教学内容，讲课前，要设计所讲内容与前续、后续相关课程内容的结合点和结合程度。此外，教师还需要具备较好的工程实践能力和专业英语水平，具备指导学生完成创新设计与实验的能力。
2.实验条件需要配套建设和完善。教学模式的改革，离不开实验教学的配合，因此需要增加实验经费投入，配套建设多项实验。
3.对教学的考核激励机制需要调整和完善。大学教师一般都承担着一定的科研任务。如果将精力投入到科研中，短期内可在科研经费到款、发表文章与专利、科研获奖等方面获得明显成效；而投入到教学中的大量精力，在短期内一般不会看到显著效果。因此如果学校对教学的考核和奖励机制不到位，教师的主要精力就不会自觉投入到教学中，教学模式改革将难于推广和持续，教学质量很难真正提高。