科教融合理念在工程熱力學教學中的應用探索

聶宇宏++劉勇++童軍杰++王淑香++劉洋++曹雪玲

摘 要：將科教融合的理念用于工程熱力學的教學中，從問題的提出、教學內容、教學方法、實踐性教學環節等方面入手，有效地激發了學生的學習興趣，鍛煉了學生的科研能力，提高了教學質量。研究了如何以科學研究支撐高水平的教學活動，實現了人才培養模式的創新。

關鍵詞：科教融合 工程熱力學 探索性學習

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0170-02

現在人們普遍認為大學的教學與科研應當相互融合，這是當代大學的核心理念，國內的許多教育工作者都認為科教融合應成為高校辦學的新常態[1]，并充分闡釋了科研與教學之間的關系[2]。

長期以來，人們對科研活動的理解習慣停留在純粹科學的層面，所以通常認為只有研究型大學需要開展科研，事實上，科研活動具有豐富的層次性，它囊括了從基礎理論研究到應用科學、技術科學的一切層面。科研不僅限于學術的研究，一切有關促進教學的研究活動都可以被納入到科研中去，教學研究也可以是科研。然而，科研并不總像人們所期望的那樣能夠有效地促進教學，這很大程度上在于老師沒有主動地將科研成果應用到教學中去[3]。中國高校人才培養的問題不在于過于強調科學研究而影響了教學，而在于過于倚重單一的課堂教學途徑。由于改革者過于執著于傳統的課堂教學，使科學研究這個重要的育人形式被忽略了。在很多高校中，教師的科研活動和學生的課程之間是脫節的，我校本科生的教學活動也是如此，為了有效地執行科教融合理念，我們在工程熱力學課程的教學中進行了一些嘗試，并取得了一定的成果。

工程熱力學是與能源相關專業本科生的重點基礎課程，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[4]。該課程對學生的邏輯思維、分析問題和解決問題能力的培養至關重要。教學目的是讓學生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。我們在倚重課堂教學的基礎上，將科教融合的理念應用到課程的學習之中，建立科研教學學習的體系，從強調傳授知識和技能轉到重視學生的主動自覺學習上，利用豐富的學術資料來豐富和優化教學新模式。

1 帶著問題去學習

在本科生的培養中，都在強調加強學生的創新能力。創新是一種高度自主的行為，而激發個體創新行為的原動力就是“問題”，以問題為導向，研究為媒介，養成學生高度自主的學習行為。我校的工程熱力學課程是輪機工程、能源與動力工程等專業本科生的專業基礎課，涉及到的研究方向有船舶動力裝置性能與系統優化設計、船舶節能減排與人工環境、船舶輪機設備及系統的性能分析與優化等。學生開始接觸這門課時，由于前期課程學習的基礎不同，未來的專業方向也各有差異，為了實現科教融合理念，我們的做法是讓學生帶著問題去學習。學生通過班主任、學長了解自己未來可能會選擇的專業方向，確定其專業方向可能與工程熱力學相關的內容。在課程的學習中，遵循科學研究的方式，從相關內容中找到與工程熱力學的結合點，設立學習與研究的內容，對自己設定的內容進行學習。如未來專業方向是船舶節能減排與人工環境，也就是與空調制冷有關，可針對新型的溶液除濕、吸收式制冷等方向，學習的重點內容就是實際氣體的性質與熱力學一般關系式，在這樣的學習內容之中，選擇一個小的學習點，開始查閱文獻、確立選題。

2 教學內容

工程熱力學的主要教學內容包括熱力學基本定律、工質的熱力性質及熱力過程、管內氣體流動的熱力學、熱力系統分析等。熱力學的理論基礎對所有的學生都進行講解，在講解時，始終關心最新科學前沿，通過科教融合，將最新的科學研究成果轉化為教學內容，使學生學到最新的科技創新思想、理念和成果。其他的內容，根據學生之前選擇的專業方向，選擇性學習。將學生分為若干小組，如流體熱力性質組、管內氣體流動的熱力學組、熱力系統分析組等，各組結合自身未來可能用到的熱力學知識，在基本理論的基礎上，進行有針對性的研究和學習。

3 教學方法

課程的教學中采用探究式的教學方法。伯頓·克拉克認為“探究”是聯結教學與科研的中介，就建立一種探究的模式，在這種模式中，參與科研或探究也就是一種形式的教學[5]。以“探索式”的教學取代簡單的知識傳授，培養學生的學習能力、批判精神和創造能力。我們在課程教學的過程中，每一學習小組根據自身的選題，展開研究工作，并寫成小論文，在課堂上進行討論，加強自身理解的同時，也為其他學生的學習提供幫助，如何讓其他沒有參與這項學習的學生能夠理解本小組所做的工作，其實也是科學普及的工作。科學研究的各個環節具有不同的育人功效和育人形態，其中有些是明顯的，有些是隱含的，更多的時候還必須借助教學、文化才能達到育人的效果[6]。這樣，學生經歷了整個的研究過程，也經歷了學習的過程。并且通過科研這個實踐平臺，為學生提供了解學術前沿和他人觀點、培養創造力、協作能力的機會。

4 實踐性教學

學生參與到科研中去是極有效的教學方式，但中國絕大多數高校并不具備讓學生在課程學習時實際投入真實的科研項目和資源環境的條件，因此，科研育人除了可以開發一些替代的模仿真實情景的虛擬科研項目外，更多地是將教師的科研或者將最新的科技前沿問題通過知識和學術轉化，變成教學的資源，這種轉化應該是科教育人的主要表現形式。我們為了解決在工程熱力學的授課中實驗設備不足而難以進行實驗研究的難題，將數值模擬的研究工作引入到課程的學習中。如在管內氣體流動的熱力學小組的學習中，用商業CFD軟件進行縮放噴管內的流動模擬，通過噴管設計、數值模擬等環節，學生實際模擬了背壓發生變化時噴管內的流動情況，模擬出了與教材中相同的壓力變化曲線，證實了模擬結果的正確性，同時還通過CFD軟件的顯示功能，形象地看到的激波的形成，加深了對課程內容理解。這樣的學習方法，為今后進入研究、以及對未來的工作也都打下了良好的基礎。

參考文獻

[1] 鄒曉東，韓偉，姚威.科教融合：高校辦學新常態[J].高等工程教育研究，2016（1）：43-50.

[2] 武宇華.科教融合的大學本科人才培養模式研究[D].曲阜師范大學，2014.

[3] 馬海泉，任煥霞.科教融合與全面提高高等教育質量—北京師范大學校長鐘秉林訪談錄[J].中國高校科技，2012（5）：4-7.

[2] 沈維道，童鈞耕.工程熱力學[M].北京：高等教育出版社，2007.

[5] Clark B R.The modern integration of research activities with learning and teaching[J].Journal of High Education，1997，68（3）：242-247.

[6] 吳洪富.大學場域變遷中的教學與科研關系[D].武漢：華中科技大學，2011.endprint