研究型教學方法在《高等工程熱力學》課程中的實踐

摘要：研究型教學是高水平研究型大學所特有的、嶄新的教學模式和教學理念。其核心思想在于“寓學于研”，其主要特征在于“以學生為主體”。本文結合研究型教學理念，從教學模式、教學內容和教學評價三方面入手，在《高等工程熱力學》課程中展開教學實踐。結果表明，較之單純的傳統教學模式，研究型教學方法促進了學生的學習主動性，提高了獨立解決問題的能力。

關鍵詞：研究型教學高等工程熱力學課程實踐

如何激勵研究生的創新意識，鍛煉和培養研究生的創新和研究能力，是研究生教育改革的重要課題之一。當前，傳統的接受式教學模式面臨巨大的挑戰，這種教學方式的特點是：教師在講臺上講授，學生在臺下做筆記，學生被動地接受知識，這種傳統的單向灌輸式教學方式，無法調動學生學習的積極性和主動性，學生往往在沒有壓力的狀態中學習，教學效果不佳。本科生相比，研究生身心已較為成熟，思維活躍、求知欲望和實踐意向都較為強烈，若還是采用傳統的灌輸式教學，注重結論和公式的推導，而這些結論和公式到底有何作用，學生常常并不清楚，學習積極性不高，教學效果事倍功半。學生缺乏研究創新，不能很好地解決實際問題，是傳統教學模式最大弊端，有的研究生在進入論文階段后不清楚科研論文如何寫作，對科學問題的敏感性不強，將文獻的閱讀變成簡單的課程學習，科研能力、創新能力都不強，專業課程內容呈老化，教學特點日益淡化，甚至浪費了課程學習階段，因此，有必要對研究生的課程，尤其是專業課程的教學方法和教學理念進行改革，引進國內外先進的教學方法和教學理論，提高研究生的科研能力和創新能力。

研究性教學模式是在綜合美國布魯納的“發現學習模式”和瑞士皮亞杰的“認知發展學說”基礎上構建的教學模式，主要強調它在與工程實踐結合較緊密的專業課程中的應用，是一種培養創造性人才的新途徑。因為學生學習的過程與科學家的研究過程在本質上是一致的，因此學生應像“科學家”一樣，以主人公的身份去發現問題、分析問題、解決問題，并在探究過程中獲取知識、發展技能、培養能力，特別是培養創新能力，發展自己的個性。研究性教學將科學研究的思想和過程融入課堂教學中，鼓勵和帶領學生從課本固有知識框架中走出來，勇敢且智慧地去發現未知，幫助學生形成自己對某一事物的分析路徑和獨特觀點。

《高等工程熱力學》是動力機械、制冷與低溫工程、工程熱物理、化工等與能源相關專業研究生的重點基礎課程，其理論對高效利用能源、節約能源以及開發新能源有重要的指導意義。其主要教學內容包括熱力學理論基礎、流體工質的熱力性質計算、多組分系統熱力學和相平衡、管內氣體流動熱力學。其教學目的是讓學生更深刻地理解熱力學三大定律，以及用熱力學知識去解決問題的方法。從以往的教學情況看，學生普遍反映理論較難理解，課程實用性不強，學習興趣不高。針對這種情況，筆者結合研究型教學的特點進行以下方面的嘗試。

一、改變教學手段，傳統教學模式和課堂討論式教學相結合

《高等工程熱力學》是本學院研究生的專業基礎課程，一些必要的理論和方法需要通過傳統教學模式教授給學生。在講授過程中，針對以往學生提出的實用性不強的問題，在講解某一理論的時候，更側重該理論及方法的應用背景，讓學生在結合使用背景去理解理論知識，達到事半功倍的效果。課堂討論則是研究型教學的一種方法，研究導向的教學模式側重于營造情境，提出問題，引導學生獨立思考，形成自己的觀點，而不在于給學生提供權威性的標準答案。在進行傳統教學的一個階段結束之后，進行一堂課堂討論，一方面，有利于加深學生對所學知識的理解；另一方面，也可以提高學生對問題獨立思考的能力。但組織課堂討論，要注重討論內容的選擇，過難或過于抽象的問題會使學生喪失興趣和信心，導致冷場。在課堂討論過程中，教師要始終把握討論的重點和方向，不致偏題，對于學生提出的觀點，教師要給予適當的點評和鼓勵，指出其不足，并引導討論逐步深入進行。同時為了避免同學在課堂上提出的問題比較空洞、缺乏一定的論據，在課堂討論的前二周時間會給學生布置下去題目，讓學生在課下進行查閱資料并歸納總結，最終在課堂上提出自己有理有據的論點。

同時筆者鼓勵學生自由思考、標新立異，引導學生在已有的學習和生活經驗基礎之上形成假說。比如，在進行“準平衡過程和可逆過程”這兩個基本概念的課堂討論中，有很多同學提出了對這兩個概念自己的理解，對原有的概念提出了質疑。同時通過課堂討論，大家也更深刻地理解了在經典熱力學中為什么要引入這兩個概念。

二、完善課程內容，追蹤研究領域的最新進展

學生要完成研究型的學習，單靠一本教材是不可能完成的。所以筆者在教學的過程中，針對某一部分教學內容，筆者經常是結合著國內外最新的研究文獻或者碩博論文進行講解，同時附上參考文獻。在整個課程的講解過程中，筆者共引用了10余本書，并對其進行簡短評價，學生可以根據自己的興趣和研究方向，有重點地對這些參考書和文獻進行深入的研究。研究生階段學生對研究領域內的所有未知充滿好奇，通過對本領域最新進展的學習，可培養學生創造性思維的意識。科研工作如果缺少創新性，則研究的價值就不能體現出來。因此筆者在授課過程中，一方面介紹當前研究的熱點問題，比如說開發環保型工質的問題、先進聯合循環的問題、不可逆熱力學中有限時間熱力學的問題等。同時還給學生介紹本專業的一些高水平期刊，比如說《Progress in Energy and Combustion Science》、《Microscale Thermophysical Engineering》等。讓學生追蹤本學科領域的最新研究進展，開拓自己的思路和視野。

三、改變評價體系，考核形式多樣化

過去的考試體系往往是一卷訂終身的形式，教學圍繞考試轉。最終考核的不是學生的綜合能力，而是學生的記憶能力。因此筆者和課程組其他人員討論，擬定采取“小組作業”和“個人作業”相結合的考核方式。小組作業一般由6～8人分工完成。在學期初期就將學生分組，每個小組的題目不同，要結合所學的內容和研究專題去確定題目。小組成員要定期進行討論。在小組研究過后，需要撰寫科技類的小論文，字數一般為3000字左右。之后，由小組成員分工把主要內容采用適當的形式（多采用PowerPoint）講解出來，其他小組的成員和教師會就作業內容提出問題。小組作業一般占個人總成績的40%，個人作業占個人成績的60%，其由期末考試、平時討論發言情況成績組成。期末考試改變過去閉卷考試的形式，而采取開卷考試的形式，試題題目側重于運用知識去解決實際問題的方法，而不再是公式的死記硬背。

通過這種考試形式的改變，在很大程度上調動了學生主動學習的積極性，對高等工程熱力學產生了濃厚的興趣。“小組作業”的形式改變了過去學生只是一個人悶頭拿著教材看和學的狀態，注重和組內其他人的交流，加強合作意識。同時小組的經常討論，也使得每個學生都得到了表達自己的機會，使學生的表達能力得到了加強。而科技論文的撰寫，是研究生今后從事科研的必備能力，因此課堂上科技論文的撰寫是其練兵的過程。這大大地激發了學生的學習興趣，同時也鼓勵學生的創新思維。

研究型大學培養的研究生更應該具有創新意識，因此在研究生專業基礎課上進行研究型教學的探索是非常有必要的，根據筆者進行的教學模式、教學內容和評價體系三方面的改革探索，已經確定初步的成效。但這僅僅是課程改革的開始，在教學模式和教學內容上我們還有許多工作要做，旨在使我們培養出來的研究生都符合知識經濟時代對創新人才的要求。

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基金項目：校一類教改立項《高等工程熱力學》互動式教學研究與課程建設。