基于工程教育专业认证的《制冷压缩机》课程教学改革与实践

基于工程教育专业认证的《制冷压缩机》课程教学改革与实践

刘焕卫

烟台大学，山东烟台，264005

摘  要  以烟台大学能源与动力工程专业制冷压缩机课程为研究对象，以学生学习效果为中心，学生产出为导向，构建了基础性内容“线上+案例”、复杂结构特征“线上+虚仿”、高阶性内容“线下+研讨”的三阶教学设计，进一步提高能源与动力工程专业人才的培养质量。

关键词  制冷压缩机；工程教育专业认证；三阶教学；课程教学改革

中图分类号： G642        文献标识码：A    

Teaching reform and practice of ' Refrigeration Compressor ' course based on engineering education professional certification//LIU Huanwei

Abstract: Taking the refrigeration compressor course of energy and power engineering in Yantai University as the research object, considering the students' learning effect as the center and the students' output as the guidance, the three-stage teaching design of basic content 'online + case', complex structural features 'online + imitation' and high-level content 'offline + discussion' is constructed. The results of course teaching reform can improve the teaching quality of energy and power engineering.

Key words: refrigeration compressor; engineering education professional certification; three-stage teaching mode; course teaching reform

Authors’address  Yantai University  Yantai, Shandong, China, 264005

0  引言

烟台大学能源与动力工程专业根据工程教育专业认证要求，以学生为中心、以产出为导向和持续改进的OBE理念[1-2]和新工科建设的要求[3]，进行专业建设，并在产教融合、课程建设、教学改革、师资队伍建设等方面进行了大量探索与实践[4]。能源与动力工程专业包括制冷和空调两个特色方向。制冷压缩机课程是制冷与空调专业方向的重要课程之一，该课程的教学过程是培养制冷工程设计工作者基本素质的重要阶段[5]。制冷压缩机课程自2003年本专业设立以来一直开设，累积20年。该课程2019年获批烟台大学在线课程建设和教育部高教司产教融合改革项目；同年建成线上资源，并对在校生实施线上+线下的混合式教学。2021年，获批烟台大学一流课程，上线国家高等教育智慧教育平台。

1教学过程存在的问题

基于工程教育专业认证要求，制冷压缩机在实际教学过程中存在：

（1）学生为中心的“OBE”教育教学理念不够突出，个性化培养及学习效果不理想。能动类学生省内、外比例大约为6：4，学生之间基础差异较大，传统大班授课无法根据学生具体情况施教，也缺乏师生互动，学生学习受教学时间和地点的限制，无法及时得到教师的指导。

（2）该课程是一门理论和实践高度融合的课程，理论与实践脱节，教学模式影响学习效果。多媒体授课模式能形象直观演示制冷压缩机结构及工作原理，但紧紧停留在图片或者视频上，学生不能及时跟上教师的思路，实践能力培养力度有限。

（3）“学生为中心”不够突出，全员过程性考核不显著。考试和考勤等教学评价模式忽视了学生主动学习能力和创新能力的培养，缺少互动讨论、翻转展示、测试等过程性考核。

近年来，制冷压缩机课程根据以学生为中心、以产出为导向和持续改进的OBE理念和一流课程建设的要求，进行了大量的改革和实践。

（1）将能源与动力工程专业OBE理念融入该课程的2021秋学期的教学过程之中，完善制冷压缩机课程的目标达成评价机制。

（2）深化制冷压缩机理论和压缩机拆装虚拟仿真相结合的实践性，侧重制冷压缩机运行中故障判断以及初步分析原因的复杂工程能力的培养，提高课程“高阶性”。

（3）引导学生进行探究式和个性化学习，增加课程综合性内容和解决制冷空调复杂工程实践问题的能力；严格考核考试评价，增强学生研讨的外延性及深度，增加课程的挑战度。

2 制冷压缩机课程改革与实践

2.1课程目标

能源与动力工程专业主要培养从事制冷及低温工程、空调工程的设计，制冷空调系统的安装、运行管理等工作的高级应用型人才。制冷压缩机课程面向能源与动力工程专业大三学生，践行立德树人和“OBE”的教育教学理念，融入课程思政，以学生发展为中心，以学习产出为导向，理论与实践相结合的培养模式。为支撑我校应用型人才培养目标的达成，制冷压缩机课程目标为：

知识目标：掌握活塞式、滚动转子式、涡旋式、螺杆式和离心式五种典型制冷压缩机的基本结构、工作原理、热力学性能以及变容量调节等核心知识，跟踪制冷压缩机新技术及前沿理论；

能力目标：具备制冷系统工程中制冷压缩机选型、设计计算能力，运行中故障判断、原因初步分析的能力，进而具备解决实际工程复杂问题的能力；

素质目标：提高制冷压缩机能效，践行节能减排理念，具备追求卓越的工匠精神和勇于探索的专业素养。

2.2课程教学设计

制冷压缩机主要讲授活塞式和螺杆式制冷压缩机2种典型制冷压缩机的拆卸和安装等，具体内容涵盖上述两种类型压缩机的各零部件结构特点、作用以及工作原理等。该课程为专业方向课学习以及工程实际应用打下基础。

本课程以学生学习效果为中心，学生产出为导向，构建了基础性内容“线上+案例”、复杂结构特征“线上+虚仿”、高阶性内容“线下+研讨”的三阶教学设计。

线上+案例：对制冷压缩机的基本结构等基础性内容，采用线上为主、案例教学为辅的学习模式，通过设置的章测试、互动问答等环节，跟踪学生学习情况；

线上+虚仿：对活塞式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机的复杂结构部分的内容，开发虚拟仿真教学软件，深度融合虚拟仿真实验教学方法，培养学生实践能力；

线下+研讨：对制冷压缩机在制冷系统中实际应用等高阶性内容，通过布置案例，线下研讨为主，因材施教，提高解决复杂工程问题的能力。

2.3课程教学内容及教学方法

2.3.1课程内容与资源建设重构课程内容：对该课程活塞式制冷压缩机、涡旋式制冷压缩机、滚动转子式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机及离心式制冷压缩机等5种典型的制冷压缩机设计37个知识模块，包括基本原理和结构特征的19个知识模块、活塞式和螺杆式压缩机复杂结构的6个知识模块、压缩机在实际系统应用等12个知识模块。

资源建设：根据上述重构的课程内容，建设59个线上授课视频，时长500分钟，测试题87道，案例分析12题，以及制冷压缩机拆装虚拟仿真软件线上资源。校内2017-2023级开展9轮教学，校内选课人数超过700余人。目前，该课程选课高校25所，1157人，互动2.64万次，具体如图1所示。

图1制冷压缩机线上运行情况

2.3.2教学方法改革本课程教学内容围绕课程目标，针对5种制冷压缩机在实际制冷系统中的应用这一主线，不断优化知识点和教学模式：

（1）案例式教学：制冷压缩机基本原理和结构特征等19个知识模块，通过线上视频及案例学习，促进知识的理解。在课前任务设计相关自测题，并及时了解学生课前任务完成情况，实时调整课堂教学活动，课后在线进行阶段性自测和作业，检验教学效果。建立了完整的题库，并设计相应小测试、作业、在线章测试，起到了及时检测学生学习情况和反馈作用；在课程论坛上发布了讨论题目，引导学生进行探究式学习，起到了加深或拓展知识，引发学生思考的作用。

（2）VR实践教学：活塞和螺杆压缩机结构复杂6个知识模块，耦合虚仿内容，将理论融入实践过程。

为进一步加深对课程内容的理解，团队开发了制冷压缩机拆装虚拟仿真实验教学项目。通过虚拟的制冷压缩机拆装实验线上学习，对本课程的活塞式和螺杆式制冷压缩机，更加深入的理解。2020年，制冷压缩机拆装虚拟仿真实验教学项目获得山东省一流课程建设点。

（3）研讨教学：制冷压缩机在实际制冷系统中的应用等12个知识模块等以研讨教学的方式因材施教，提高解决工程复杂问题的能力。对部分内容翻转教学，小组讨论、合作学习、小组PK竞争、学习成果展示等，提高学生的参与度和学习的主动性，并将平时课前任务完成情况与课上参与教学活动过程都纳入平时成绩，进行过程考核。

2.3.3课程教学实践制冷压缩机课程教学改革，构建知识掌握、实践能力提升及巩固提高三阶段体系，着力强化学生理论和实践相结合能力，培养学生解决复杂工程问题的能力。

（1）知识掌握阶段：对5种制冷压缩机的结构特征、工作原理等基础知识由学生自主在线学习，通过章测试、互动问答、案例讨论等环节对知识掌握程度进行检测。课程上线国家高等教育智慧教育平台，构建情境、交互、体验、反思为一体的深度学习场域，来增强学生的自主学习和个性化学习意识。同时，加大线上和线下前沿知识与制冷压缩机相关复杂工程问题的研讨，使学生的知识面得以外延和拓展，实现不同学生的个性化培养。

（2）实践能力提升阶段：对活塞式和螺杆式制冷压缩机复杂结构的学习，设计了虚拟仿真实验教学项目。耦合制冷压缩机拆装虚拟仿真实验项目，通过案例讨论、生生互动、深度研讨以及学生展示等方式开展教学，提高学生理解和动手实践能力。借助三维实验场景的信息化新手段，将丰富的教学资料和信息化手段有效整合起来，实现虚拟仿真反哺理论教学。实物进课堂和翻转教学，使学生快速和深入理解课堂中的学习内容，实现理论和实践的深度融合。

（3）巩固提高阶段：对制冷压缩机在实际制冷系统中的设计计算、设备选型、实际运行故障分析及解决措施等采用混合式教学。通过案例讨论、生生互动、深度研讨以及学生展示等方式提高学生解决复杂工程问题的能力。例如，对喷气增焓涡旋式制冷压缩机系统在冬季寒冷工况下增大制热量以及带经济器的螺杆式制冷压缩机提高系统能效等解决实际工程问题进行案例式教学，学生研讨后进行汇报交流，提高学生解决复杂问题的能力。

3  结束语

本课程坚持立德树人和“OBE”教学理念，构建了“线上+案例”、“线上+虚仿”、“线下+研讨”相结合的“理论、虚拟仿真、实践”三维一体的教学模式。同学们对本课程评价好，动手实践能力和解决复杂问题的能力得以提升。近2届学生获得多项大学生创新创业计划训练项目、科技创新以及其他省部级以上奖项。教学改革得到学生充分肯定。基于工程教育专业认证，该课程的4个课程目标达成度均高于0.7，且采用混合式教学改革较传统教学模式的课程目标达成度分别提高了5.7%和6.4%，教学效果优良。通过跟踪后续课程《制冷装置设计》和《空调工程设计》等课程，制冷压缩机方面的知识掌握牢固，提高了对制冷压缩机设备选型、校核等实际应用问题的解决能力。

4  参考文献

[1] 林健. 新工科人才培养质量通用标准研制[J].高等工程教育研究,2020(3).

[2] 林健. 国家卓越工程师学院建设：校企全方位深度合作培养高层次卓越工程师[J], 高等工程教育研究, 2023(5).

[3] 宋强, 胡亚茹, 杨媛等. “新工科+工程认证+双一流”背景下地方高校材料卓越工程师培养实践教学体系构建[J]，高教学刊, 2023(25).

[4] 刘焕卫, 赵海波. 基于产教融合视角的校企协同育人机制探索——以能源与动力工程专业为例[J].中国教育技术装备, 2020(10).

[5] 高凤玲, 贺滔. 制冷压缩机课程教学方法与改革探讨[J], 课程教育研究. 2015(06).

项目来源：山东省本科教学改革研究项目“新工科背景下“五维一体”的能源与动力工程专业卓越人才培养模式改革与实践”（项目编号：M2022283）。

作者简介：刘焕卫，博士，副教授