“以學(xué)生為中心”的“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革探索

高懷斌 馬逾 王憶佳

摘?要：在工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程中，“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和主動(dòng)性。采用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、案例教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等多種方式，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握知識(shí)。同時(shí)，借助現(xiàn)代多媒體技術(shù)和在線資源為學(xué)生提供豐富的課堂資源，提高學(xué)習(xí)效率和效果，采用以過(guò)程考核為主的多元化課程評(píng)價(jià)體系，更全面地考查學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和能力。以學(xué)生為中心的教學(xué)模式是適合工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程的一種教學(xué)方式，有助于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和能力提升，推動(dòng)教學(xué)效果的不斷提高。

關(guān)鍵詞：學(xué)生中心；熱工基礎(chǔ)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：In?the?course?of?engineering?thermodynamics?and?heat?transfer，the?"studentcentered"?teaching?mode?can?better?stimulate?students'?interest?in?learning，improve?their?learning?motivation?and?initiative.By?adopting?various?methods?such?as?projectbased?learning，case?teaching，and?experimental?teaching，students?can?master?knowledge?in?practice.At?the?same?time，with?the?help?of?modern?multimedia?technology?and?online?resources，rich?classroom?resources?are?provided?for?students?to?improve?learning?efficiency?and?effectiveness.A?diversified?course?evaluation?system?based?on?process?assessment?is?adopted?to?comprehensively?examine?students'?learning?process?and?ability.The?studentcentered?teaching?mode?is?a?suitable?teaching?method?for?the?course?of?engineering?thermodynamics?and?heat?transfer，which?can?promote?students'?learning?and?ability?improvement，and?continuously?improve?teaching?effectiveness.

Keywords：studentcentered；thermodynamics?basics；teaching?reform

一、課程教學(xué)改革背景及意義

在工程領(lǐng)域中，熱力學(xué)基礎(chǔ)課程在培養(yǎng)優(yōu)秀工程人才方面扮演著至關(guān)重要的角色［1］?。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)和評(píng)估方法導(dǎo)致學(xué)生與實(shí)際工程應(yīng)用脫節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力降低。為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，以學(xué)生為中心的教學(xué)方法逐漸在熱力學(xué)基礎(chǔ)課程中受到關(guān)注。這種教學(xué)方法認(rèn)為學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和個(gè)性化的學(xué)習(xí)過(guò)程是教學(xué)核心，“以學(xué)生為中心”一方面可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和創(chuàng)造力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力［2］?；另一方面，“以學(xué)生為中心”可以幫助學(xué)生更好地理解熱能傳遞和轉(zhuǎn)換的規(guī)律和原理，提高能量轉(zhuǎn)換和利用的實(shí)際應(yīng)用效率，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的工程人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

事實(shí)上，以學(xué)生為中心的教學(xué)方法在工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和研究。一項(xiàng)國(guó)內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)案例分析、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和小組討論等方式，采用以學(xué)生為中心的教學(xué)方法可以有效增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作精神，從而更好地滿足工程實(shí)踐對(duì)于工程熱力學(xué)知識(shí)的需求。一項(xiàng)美國(guó)的研究也得出了類(lèi)似的結(jié)論，認(rèn)為以學(xué)生為中心的教學(xué)方法可以促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果和滿意度。此外，還有一項(xiàng)德國(guó)的研究發(fā)現(xiàn)，以學(xué)生為中心的教學(xué)方法可以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力。因此，將以學(xué)生為中心的教學(xué)方法應(yīng)用于工程熱力學(xué)課程中，可以有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力水平，更好地滿足工程實(shí)踐對(duì)于工程熱力學(xué)知識(shí)的需求。因此，“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方法在工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)領(lǐng)域中具有很大的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。本文主要討論針對(duì)“以學(xué)生為中心”的“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

二、課程教學(xué)改革的設(shè)計(jì)與實(shí)施

以學(xué)生為中心的課程教學(xué)改革的理論基礎(chǔ)包含多個(gè)方面，包括建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、個(gè)性化教育理論、情感教育理論和社會(huì)交往學(xué)習(xí)理論等。這些理論認(rèn)為每個(gè)學(xué)生都是獨(dú)特的個(gè)體，需要量身定制的教育方式和方法，以滿足學(xué)生的個(gè)性和需求。情感和態(tài)度對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)成就和人格發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，因此以學(xué)生為中心的課程教學(xué)改革也注重培養(yǎng)學(xué)生的情感素質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的自信和自尊心。

此外，學(xué)生在與他人互動(dòng)中學(xué)習(xí)的效果更好，因此以學(xué)生為中心的課程教學(xué)改革也強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，讓學(xué)生在協(xié)作中相互促進(jìn)，共同進(jìn)步。綜合來(lái)看，以學(xué)生為中心的課程教學(xué)改革的理論基礎(chǔ)是建立在以上幾種教育理論的基礎(chǔ)之上的，旨在創(chuàng)造出一個(gè)積極、個(gè)性化、情感化和社交化的學(xué)習(xí)環(huán)境，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展和成長(zhǎng)。

為了實(shí)現(xiàn)這一理念，在課程教學(xué)內(nèi)容組織及設(shè)置上，以學(xué)生為中心，注重學(xué)生深入分析能力，注重教師與學(xué)生之間的互動(dòng)和交流。除了以學(xué)生為中心的教學(xué)方法外，課程考核、考試評(píng)價(jià)也需要進(jìn)行改革，著重注重過(guò)程評(píng)價(jià)。采用多樣化的考核方式可以確保學(xué)生的學(xué)習(xí)成果得到全面的評(píng)價(jià)。教學(xué)內(nèi)容要注重工程應(yīng)用以及學(xué)生參與，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，下圖為以學(xué)生為中心教學(xué)方法示意圖。具體設(shè)計(jì)及實(shí)施方案包括以下3個(gè)方面：

（一）教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的確定

在工科教育中，課程教學(xué)目標(biāo)的制訂是非常關(guān)鍵的一環(huán)。學(xué)校的辦學(xué)定位以及對(duì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)與要求，都是制訂課程教學(xué)目標(biāo)的重要參考。對(duì)于西安科技大學(xué)機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)而言，必須立足于服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的需要，充分發(fā)揮學(xué)校煤炭安全特色的優(yōu)勢(shì)，以培養(yǎng)面向未來(lái)、國(guó)家需要、行業(yè)亟須的科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才和中堅(jiān)力量為目標(biāo)，逆向設(shè)計(jì)課程目標(biāo)，以幫助學(xué)生掌握能量轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用過(guò)程的基本規(guī)律。

在逆向設(shè)計(jì)課程目標(biāo)時(shí)，應(yīng)該以“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”為原則，確保教學(xué)目標(biāo)的有效性和實(shí)效性。學(xué)生的興趣是一個(gè)重要的參考因素，因?yàn)橹挥袑W(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容感興趣，才能夠真正吸收和掌握知識(shí)，發(fā)揮最大的學(xué)習(xí)效果。在具體的課程內(nèi)容方面，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生熟練掌握能量轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用過(guò)程的基本規(guī)律。

此外，在煤炭安全領(lǐng)域，能量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用非常廣泛，包括煤炭開(kāi)采、煤炭運(yùn)輸、熱力發(fā)電等，基于新工科發(fā)展動(dòng)態(tài)，熱力學(xué)的基礎(chǔ)理論體系是煤炭地礦領(lǐng)域中非常重要的理論知識(shí)，學(xué)生必須掌握并靈活運(yùn)用這些知識(shí)，才能夠在工程實(shí)際問(wèn)題中得到有效的應(yīng)用。最終，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，達(dá)到“知識(shí)—能力—素養(yǎng)”三維產(chǎn)出成果的教學(xué)目標(biāo)［3］?。

在“立德樹(shù)人”背景下，“以學(xué)生為中心”的教育教學(xué)核心要素之一仍是課程，它承載了高校教育的基本內(nèi)容和方式。因此，在教學(xué)內(nèi)容方面，我們需要從全局角度審視“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程，充分遴選知識(shí)點(diǎn)，以價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授三位一體的育人理念為指導(dǎo)，重構(gòu)課程知識(shí)體系。這樣才能使學(xué)生在學(xué)習(xí)中真正掌握知識(shí)，培養(yǎng)良好的人格和價(jià)值觀，具備實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維。在這個(gè)過(guò)程中，我們需要深度挖掘大國(guó)重器的紅色基因傳承和卡脖子技術(shù)的開(kāi)拓創(chuàng)新延伸。大國(guó)重器是指具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高端裝備和技術(shù)，在其研發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中，涵蓋了國(guó)家發(fā)展和國(guó)家安全的重要因素，是我國(guó)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的核心。因此，在教學(xué)中，需要將這些紅色基因進(jìn)行傳承和弘揚(yáng)，讓學(xué)生深入了解國(guó)家重大戰(zhàn)略，具備實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維。同時(shí)，我們還需要打造極具機(jī)械學(xué)科特色的思政案例庫(kù)。這個(gè)案例庫(kù)需要從實(shí)際中挖掘一些具有啟發(fā)性的例子，如航天器的設(shè)計(jì)、高鐵的研發(fā)等。通過(guò)這些案例，可以讓學(xué)生更加深入地了解機(jī)械學(xué)科的特點(diǎn)和實(shí)踐應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和研究熱情。除了專(zhuān)業(yè)知識(shí)的傳授，我們還需要強(qiáng)化學(xué)生的工程倫理教育。特別是對(duì)于工程技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，他們未來(lái)的職業(yè)生涯往往涉及社會(huì)生產(chǎn)、生活和安全等方面，因此在工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程中加強(qiáng)學(xué)生工程倫理教育顯得尤為重要。

（二）教學(xué)方法和手段的改進(jìn)與創(chuàng)新

在現(xiàn)代教學(xué)中，教育者需要采取更多元化的教學(xué)方式，以適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和個(gè)性化發(fā)展。混合式教學(xué)將線上學(xué)習(xí)和線下授課有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既能保證知識(shí)的傳授，也能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。基于此，本文提出了一種多元化混合式教學(xué)模式，旨在幫助學(xué)生更好地掌握熱工學(xué)知識(shí)。該模式分為四個(gè)部分：線上學(xué)習(xí)、線下授課、課程實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目訓(xùn)練。

在當(dāng)前的在線學(xué)習(xí)環(huán)境下，制作視頻并提供隨時(shí)可以重復(fù)學(xué)習(xí)的資源是一種非常有效的教學(xué)方式。通過(guò)視頻，學(xué)生可以自行復(fù)習(xí)課程內(nèi)容，提高對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。為了讓學(xué)生更好地掌握知識(shí)點(diǎn)，在線下授課環(huán)節(jié)中，教師可以針對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和課程的難點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的講解。因此，制作視頻并提供隨時(shí)可以重復(fù)學(xué)習(xí)的資源，以及在線下授課環(huán)節(jié)中針對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況進(jìn)行針對(duì)性的講解，是當(dāng)前在線學(xué)習(xí)環(huán)境下非常重要的教學(xué)方式。

同時(shí)，教師將結(jié)合實(shí)際的科研實(shí)踐和工程實(shí)際中的具體問(wèn)題，進(jìn)行啟發(fā)式、研討式和總結(jié)式的教學(xué)，幫助學(xué)生理解和運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)。除了在線上學(xué)習(xí)和授課環(huán)節(jié)中的教學(xué)方式外，課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)物項(xiàng)目的訓(xùn)練也是非常重要的一部分。通過(guò)實(shí)踐，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)物項(xiàng)目的訓(xùn)練也可以讓學(xué)生更好地理解和掌握熱工學(xué)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的印象和理解。因此，在課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)物項(xiàng)目的訓(xùn)練中，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生積極參與，提供必要的指導(dǎo)和支持，以便學(xué)生能夠更好地掌握熱工學(xué)知識(shí)，提高實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)這種多元化混合式教學(xué)模式，學(xué)生將會(huì)得到更全面的熱工學(xué)知識(shí)和能力的提升，同時(shí)也能夠增加學(xué)生的學(xué)習(xí)樂(lè)趣和參與度。這種模式將以學(xué)生發(fā)展為中心，積極落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，貫徹“價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)提高”的教學(xué)目標(biāo)。

同時(shí)，在“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程中，以O(shè)BE（Outcomebased?Education）理念為引領(lǐng)，將課程目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生所需技能和知識(shí)緊密結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)從知識(shí)學(xué)習(xí)到能力培養(yǎng)、素養(yǎng)提升的全面發(fā)展。采用多媒體技術(shù)來(lái)建設(shè)教學(xué)資源，將課堂、在線、項(xiàng)目和實(shí)踐平臺(tái)等多個(gè)資源有機(jī)結(jié)合，以提供全方位的教學(xué)支持。教學(xué)視頻、課件、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、互動(dòng)討論和期末測(cè)試等形式的在線資源應(yīng)該能夠?yàn)閷W(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。同時(shí)，我們還應(yīng)該提供一些生活實(shí)例、熱點(diǎn)問(wèn)題、課程問(wèn)題、科研工程實(shí)例等多種項(xiàng)目資源，以便學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。此外，我們還應(yīng)該為學(xué)生提供熱導(dǎo)率測(cè)試儀、熱物性測(cè)定儀等多種可供學(xué)生進(jìn)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐平臺(tái)，以便他們?cè)趯?shí)踐中加深對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

（三）學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)估和教學(xué)效果分析

為了更好地實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)，需要設(shè)定符合職業(yè)能力培養(yǎng)要求的課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以全面考查學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的知識(shí)掌握、能力提升和素質(zhì)拓展情況，確保評(píng)價(jià)結(jié)果客觀、公正、準(zhǔn)確［4］?。

首先，考試內(nèi)容需要緊扣教學(xué)大綱和教材內(nèi)容，依據(jù)知識(shí)點(diǎn)和難易程度進(jìn)行分類(lèi)和排序，將考試內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)考核和綜合能力考核兩部分。基礎(chǔ)知識(shí)考核和綜合能力考核都是課程考核的重要組成部分，它們分別注重考查學(xué)生不同的能力和水平。基礎(chǔ)知識(shí)考核主要考查學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容的掌握程度，包括概念的理解、公式的運(yùn)用等方面。這種考核方式可以檢測(cè)學(xué)生是否掌握了課程的基本知識(shí)點(diǎn)，是否能夠正確運(yùn)用公式和方法進(jìn)行計(jì)算，為學(xué)生的進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。綜合能力考核則側(cè)重對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行分析和解決能力等方面的考查，這種考核方式可以檢測(cè)學(xué)生是否能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合和應(yīng)用，是否能夠靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，為學(xué)生的工程實(shí)踐打下基礎(chǔ)。因此，在課程考核中，基礎(chǔ)知識(shí)考核和綜合能力考核都是非常重要的一部分，教師應(yīng)該合理設(shè)計(jì)考核方式，以便全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和能力水平。

其次，課程考核需要突破傳統(tǒng)卷面考試的束縛，注重過(guò)程考核，并且加大過(guò)程考核在最終成績(jī)中的比重。課程考核應(yīng)該設(shè)置理論知識(shí)階段考核和工程實(shí)踐素質(zhì)拓展考核，這樣可以對(duì)于學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的知識(shí)掌握、能力提升和素質(zhì)拓展等方面進(jìn)行全方位的考查。同時(shí)，考核方式也應(yīng)該多樣化，例如可以采用論文寫(xiě)作、項(xiàng)目報(bào)告、案例分析、演講等方式進(jìn)行考核，鼓勵(lì)學(xué)生多方位地發(fā)揮自己的才能和優(yōu)勢(shì)，從而更好地實(shí)現(xiàn)職業(yè)能力的培養(yǎng)。

最后，課程評(píng)價(jià)需要充分考慮學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，并將其納入考核體系之中，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)探究。可以制訂以平時(shí)項(xiàng)目完成的情況和學(xué)習(xí)過(guò)程考核為主的多元化課程評(píng)價(jià)體系，例如，對(duì)平時(shí)作業(yè)的完成情況、課堂討論的參與度、科研實(shí)踐和工程實(shí)踐的表現(xiàn)等方面進(jìn)行考核。

結(jié)語(yǔ)

在工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程中，以學(xué)生為中心的教學(xué)模式可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和主動(dòng)性。教學(xué)過(guò)程可采用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、案例教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等多種方式，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握知識(shí)，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。此外，借助現(xiàn)代多媒體技術(shù)可以為學(xué)生提供豐富的課堂資源和在線資源，如教學(xué)視頻、課件、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、互動(dòng)討論等，讓學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率和效果。同時(shí)，在考核方面也可以設(shè)置以過(guò)程考核為主的多元化課程評(píng)價(jià)體系，以更全面地考查學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和能力。總之，以學(xué)生為中心的教學(xué)模式是適合工程熱力學(xué)課程的一種教學(xué)方式，可以更好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和能力提升，推動(dòng)教學(xué)效果的不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

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［3］賈永英，宮克勤，劉曉燕，等.新工科背景下的“工程熱力學(xué)”課程體系改革［J］.教書(shū)育人（高教論壇），2021（21）：8081.

［4］蔣會(huì)明，袁靜，趙倩.“以學(xué)為中心”導(dǎo)向的“熱工基礎(chǔ)”課程隨堂考評(píng)模式探索［J］.科教導(dǎo)刊，2020（2）：3334+37.

基金項(xiàng)目：本文得到西安科技大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目“以學(xué)生為中心的《工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)》課程教學(xué)改革（2022年）”和“新工科背景下‘學(xué)練研賽’四位一體實(shí)踐教學(xué)體系改革（2021年）”支持

作者簡(jiǎn)介：高懷斌（1982—?），男，陜西榆林人，工學(xué)博士，西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事多孔介質(zhì)燃燒、溫差發(fā)電等研究。