“工程熱力學”研究型教學方法改革與探索

田霖

摘要：培養具有自主學習能力的創新型人才是新能源產業發展的重要推動力，工程熱力學作為新能源科學與工程專業基礎課程具有十分重要的地位。文章針對教學實踐中發現的問題，結合工程熱力學課程內容特點，提出教學模式、學習策略以及教學評價體系的改革方法，探索提高學生學習興趣、培養學生自主學習能力以及激發學生創新熱情的研究型教學方法。

關鍵詞：工程熱力學;研究型教學方法;學習策略;教學模式

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）51-0105-02

當前能源危機與環境污染問題的突顯，促進了太陽能、風能以及生物質能等新能源開發利用產業的發展。為適應新能源產業發展對創新型人才培養的迫切需求，南京林業大學發揮自身優勢，以生物質能源高效清潔利用為特色，充分發揮在生物質氣化、液化多聯產技術方面的優勢，貫徹厚基礎、寬方向、重實踐的原則，培養能夠在生物質能、風能、太陽能、地熱能等新能源領域的高級工程技術人才和富有創新意識的專門人才。

“工程熱力學”是新能源科學與工程專業課程體系中重要的專業基礎課[1-3]。一方面為后續“生物質能源工程”、“節能原理與技術”、“熱工測量與過程控制技術”等專業課的學習奠定理論基礎;另一方面，為學生分析和解決工程實際中熱工問題提供重要理論工具。因此，培養具有創新意識和創新精神人才的教學目標對高校傳統“教師講、學生聽”的灌輸教學模式提出了挑戰。

一、研究型教學方法探索

工程熱力學課程具有概念多、公式多、內容抽象等特點，教學改革多集中在知識呈現方式方法的改革[4，5]，如多用圖表可化抽象為形象，理論聯系實際，提高了知識的趣味性等，這些改革措施有效降低了學生接受知識的難度，在一定程度上提高了教學效率，但是并未從根本上改變教師在教學過程中的主體地位，學生仍處于被動學習地位，知識在教師與學生間呈單向傳輸，唯一的反饋就是課后作業。導致大學生在今后解決工程實際問題時無法創新性地運用工程熱力學所學知識。因此，提高學生的創新能力是工程熱力學課程教學改革的重要目標。

研究性教學是創新型人才培養的重要手段，也是新型教學理念的具體體現。研究性教學模式完全符合新能源科學與工程專業工程熱力學課程教學改革的目標。本文將從研究性教學模式選擇、研究性學習策略組織與研究性教學評價設計等三個方面進行探討。

二、研究性教學改革方法

1.研究性教學模式合理選擇。研究性教學模式大致分為問題解決模式、項目研究模式以及任務驅動模式三種。教學模式的選擇要以提高大學生學習工程熱力學課程的興趣為主要目的，同時要綜合考慮工程熱力學課程特點。工程熱力學理論性強，不涉及對工程具體問題進行分析。因此，內容抽象，晦澀難懂，學生學習動力不足。大學生的學習動力主要來源于兩方面：學分積點與科研興趣，前者為被動動力，后者則為主動動力。教學實踐表明，合理選擇研究性教學模式可以實現將被動轉化為主動的目的。具體地講，考試及格和獲取學分積點是大學生最基本的學習動力，此時適合選擇問題解決模式。但初次接觸工程熱力學課程的學生很難提出問題，因此課后習題成為首選。為體現學生學習主體性，以緒論部分講解為例，改變先概念后習題的傳統講解模式，轉為“先習題后概念”，教師列出引導性習題，學生利用已有知識（如高等數學、大學物理）自主思考，發現疑難點提出問題，在問題逐漸解答過程中認知概念。問題由學生提出，教師解答，這充分體現了學生的主體地位。

隨著學生基礎知識的累積和分析能力的不斷提高，可逐步過渡到項目研究模式或任務研究模式。學生從多個層次獲得項目或任務：學院設立的大學生導師制;學校設立南京林業大學生創新訓練項目以及國家設立的挑戰杯、“互聯網+”、創新創業等。項目研究模式或任務研究模式的選擇使學生的學習興趣從課堂轉到課外，從被動轉為主動。可見，教學模式的合理選擇是以提高學生學習動力為目的，并要根據學生學習動力變化情況而跟蹤調整。

2.研究性學習策略組織。研究性學習強調要把學生真正置于主體地位，學習策略組織的目的是提高學生的自主學習能力。在教學實踐中，教師應當把握工程熱力學知識點的連貫性，譬如自發過程、非準平衡過程、不可逆過程、熱力學第二定律表述、熱力學第二定律表達式、熵產、 、火無等知識點都是貫穿的，但這些概念并不是在某一頁甚至某一節內整體呈現的，需要教師作引導，制定學習策略，逐層揭開面紗。學習策略是以知識建構為核心的，組織策略是把分散的、孤立的知識集合成一個整體，并表示出它們之間的關系。

具體的學習情境中常用的組織策略有圖表法、概念區分法、交叉法等。圖表法指利用表格的方法來整理知識，例如將書中所有公式列一張表、所有概念列一張表、所有涉及的微積分常用公式列一張表等。概念區分法是將概念之間的不同點進行集中研究以加深對概念的認識，如可逆與不可逆、開口與閉口系、平衡與穩定、熵產與熵流、 與火無等相關的問題集中起來進行區別分析。交叉學習法是將其他課程與工程熱力學相關內容進行交叉學習，如將《工程流體力學》與工程熱力學“氣體流動”章節進行交叉、將工程熱力學“化學熱力學”與《基礎化學》或《生物質熱解原理》課程進行交叉。上述學習策略在南京林業大學網絡教學平臺上實現，并通過表格、圖標、聲像、動畫等豐富多彩的形式展示教學內容，學生通過超級鏈接來完成知識點連貫性研究，每個學生可以設計適合自己學習習慣的概念認知鏈路，完成連貫學習，起到了因材施教、提高學習自主性的作用。

3.研究性教學評價設計。研究性教學評價更關心學習的過程，學生是否掌握某個具體的知識并非處于最重要的地位，關鍵是能否對所學的知識有所選擇、判斷與運用，從而有所創造。研究性教學評價學生研究成果的價值取向重點是學生的參與研究過程，諸如學習方式、思維方式、知識整理與綜合、信息資料的收集、處理判斷等。其過程考評手段可以多元化。針對問題驅動模式，教師可以在網絡教學平臺上對每個知識點設置任務，并為每個學生建立“檔案袋”評價系統，記錄每個學生的基礎知識認知、任務完成日志，并對學生資料積累和分析處理工作、學習心得總結或研究建議進行過程跟蹤與過程評價。針對項目研究與任務驅動模式，主要考察工程應用，該部分力求培養學生分析能力，則采用更科學合理的成果考評，提交課堂討論報告、專題論文等;同時將課堂討論以個體、團隊相結合的方式納入考核體系。通過考試形式的改變，激發學生主動思考、解決問題的熱情，真正培養和鍛煉學生的綜合研究能力。

三、結束語

工程熱力學是一門傳統的理論性課程，提高學生學習積極性、培養創新型人才是本課程教學改革的重要方向。結合自己的教學實踐，借助本文，分享幾點工程熱力學課程研究性教學改革的方法和心得：首先，合理選擇教學模式是提高學生學習動力的有效途徑，且要根據學生學習動力變化情況而跟蹤調整;其次，學習策略科學組織有利于提高學生學習自主性;最后，創新性教學評價設計有利于激發學生主動思考、解決問題的熱情。

參考文獻：

[1]李松，劉春慧，尹慧敏，等.基于專業聯盟背景下“新能源科學與工程”專業創新人才培養模式探究[J].教育教學論壇，2018，（47）：105-106.

[2]杜文漢，趙宇，陳磊，等.新能源科學與工程專業工程認證培養方案探討[J].課程教育研究，2018，（33）：228-229.

[3]孫慶強，劉學東，李志國.工科大學生新能源類課程研究性學習探討[J].科技視界，2017，（19）：89-90.

[4]袁俊飛，王雨，歐陽懷瀑.“工程熱力學”課程教改實踐與體會[J].教改教法，2016，（370）：60-62.

[5]何宏舟，鄒崢，丁小映.提高“工程熱力學”課程教學質量的方法研究[J].集美大學學報，2002，3（3）：88-92.