面向過(guò)程評(píng)價(jià)的“工程熱力學(xué)”教學(xué)設(shè)計(jì)和方法探索

［摘 要］ “工程熱力學(xué)”是動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科的核心課程，具有內(nèi)容廣、公式多、概念抽象等特點(diǎn)。在“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)中采用過(guò)程評(píng)價(jià)，不僅能夠激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，鍛煉學(xué)生批判性思維，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，而且能讓教師更準(zhǔn)確把握學(xué)生狀態(tài)，靈活運(yùn)用教學(xué)方式。從課堂參與度和測(cè)驗(yàn)方式兩個(gè)維度的評(píng)價(jià)切入本課程的過(guò)程評(píng)價(jià)體系，探討了適合本課程的評(píng)價(jià)方式，并分享了適合該評(píng)價(jià)方式的教學(xué)設(shè)計(jì)和方法。

［關(guān)鍵詞］ 工程熱力學(xué)；過(guò)程評(píng)價(jià)；教學(xué)改革；課程考核

［基金項(xiàng)目］ 2022年度北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教改項(xiàng)目“以過(guò)程評(píng)價(jià)為導(dǎo)向的工程熱力學(xué)教改探索”（B202206）

［作者簡(jiǎn)介］ 陳 學(xué)（1985—），男，浙江溫州人，博士，北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授，主要從事氣液兩相流動(dòng)與傳熱研究。

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）46-0081-04 ［收稿日期］ 2023-12-13

引言

“如何在學(xué)校里進(jìn)行有意義的知識(shí)和技能的積累”是學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)所要解決的問(wèn)題［1］。20世紀(jì)以來(lái)，教育理論中先后涌現(xiàn)出了Tyler的目標(biāo)模式、Stufflebeam的改進(jìn)模式和Scriven的目標(biāo)游離模式等學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)模式，Earl闡明了“以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)習(xí)”的作用機(jī)理［2］。20世紀(jì)80年代，教育評(píng)價(jià)進(jìn)入了共同構(gòu)建、全面參與、多元價(jià)值的時(shí)期［3］，過(guò)程性評(píng)價(jià)應(yīng)運(yùn)而生，強(qiáng)調(diào)教育的建構(gòu)性與反饋的及時(shí)性，同時(shí)關(guān)注師生互動(dòng)以及學(xué)生的個(gè)性發(fā)展［4］。20世紀(jì)末21世紀(jì)初，Holmes在大學(xué)本科二年級(jí)的自然地理學(xué)課程中實(shí)施過(guò)程性評(píng)價(jià)，研究發(fā)現(xiàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)使學(xué)生的學(xué)習(xí)有了很大的進(jìn)步［5］。Kim［6］調(diào)查發(fā)現(xiàn)，過(guò)程性評(píng)價(jià)對(duì)于促進(jìn)移動(dòng)性課程的開(kāi)發(fā)以及各國(guó)學(xué)生課程學(xué)習(xí)交流合作起到了重要的作用。關(guān)于過(guò)程性評(píng)價(jià)的觀點(diǎn)主要兩種［7］，高凌飚等［8］認(rèn)為過(guò)程性評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)做到目標(biāo)與過(guò)程并重，且與教學(xué)過(guò)程相互整合。陳瑩等［9］總結(jié)了高校教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要原則，論證了過(guò)程導(dǎo)向的必要性。侯梁燕等［10］指出無(wú)論是對(duì)于教師還是學(xué)生，過(guò)程性評(píng)價(jià)均有其不同的積極意義。吳彩霞［11］指出，以過(guò)程評(píng)價(jià)為導(dǎo)向的綜合評(píng)價(jià)體系是一種發(fā)展性、動(dòng)態(tài)性及多元化的評(píng)價(jià)，注重學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的變化和引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題，從而全面促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng)。

2018年8月，教育部印發(fā)《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》指出，要切實(shí)加強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程考核，加大過(guò)程考核成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中的比重［12］。同年10月，教育部又出臺(tái)了《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》強(qiáng)調(diào)，加大過(guò)程考核成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中的比重。健全能力與知識(shí)考核并重的多元化學(xué)業(yè)考核評(píng)價(jià)體系，完善學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)測(cè)、評(píng)估與反饋機(jī)制［13］。2020年10月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》指出，堅(jiān)持科學(xué)有效，改進(jìn)結(jié)果評(píng)價(jià)，強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)，探索增值評(píng)價(jià)，健全綜合評(píng)價(jià)，充分利用信息技術(shù)，提高教育評(píng)價(jià)的科學(xué)性、專(zhuān)業(yè)性、客觀性。堅(jiān)持統(tǒng)籌兼顧，針對(duì)不同主體和不同學(xué)段、不同類(lèi)型教育特點(diǎn)，分類(lèi)設(shè)計(jì)、穩(wěn)步推進(jìn)，增強(qiáng)改革的系統(tǒng)性、整體性、協(xié)同性［14］。辛濤［15］指出以上四類(lèi)評(píng)價(jià)中，過(guò)程評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)居于核心地位，過(guò)程評(píng)價(jià)是扭轉(zhuǎn)不科學(xué)教育評(píng)價(jià)導(dǎo)向的關(guān)鍵。

針對(duì)大學(xué)教學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科，蘇牧羊等［16］對(duì)“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”課程的過(guò)程性考核進(jìn)行了探討，闡明了過(guò)程性考核改革的必要性，提出了過(guò)程考核的改革建議。焦健等［17］基于“大學(xué)物理”教學(xué)提出了包含課堂環(huán)節(jié)、作業(yè)環(huán)節(jié)、章測(cè)試環(huán)節(jié)、專(zhuān)題活動(dòng)四部分構(gòu)成的過(guò)程評(píng)價(jià)方案。何晨［18］提出在過(guò)程評(píng)價(jià)中加入文化內(nèi)容考評(píng)，通過(guò)豐富課堂設(shè)計(jì)、課前發(fā)動(dòng)學(xué)生查閱資料、設(shè)計(jì)課堂場(chǎng)景活動(dòng)等手段，加強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)文化內(nèi)容的輸入和輸出。總而言之，學(xué)者們根據(jù)各專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)際特點(diǎn)提出了諸多教改觀點(diǎn)，如提高過(guò)程評(píng)價(jià)分占比［19-20］和構(gòu)建完備的評(píng)價(jià)方案等［21-22］。

一、過(guò)程評(píng)價(jià)的必要性

“工程熱力學(xué)”是動(dòng)力工程及工程熱物理一級(jí)學(xué)科下的核心課程，也是機(jī)械大類(lèi)專(zhuān)業(yè)下的重要課程。“工程熱力學(xué)”有以下特點(diǎn)：一是內(nèi)容廣，本科“工程熱力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容涵蓋兩條熱力學(xué)定律、兩類(lèi)工質(zhì)、多種熱力學(xué)參數(shù)、熱力過(guò)程及正逆循環(huán)等。二是公式多，如熱力學(xué)第一定律的多種表達(dá)式和推論、熵變的計(jì)算、特殊過(guò)程參數(shù)的計(jì)算等，且經(jīng)常需要用到多種公式的靈活應(yīng)用和推導(dǎo)。三是概念抽象，既有熵、?、焓、推進(jìn)功等學(xué)生此前鮮有接觸的熱力學(xué)概念，又有熱力學(xué)面、濕空氣性質(zhì)等復(fù)雜的表述，且需要借助多種圖表描述這些概念。正是因?yàn)橐陨咸攸c(diǎn)，如果僅以結(jié)果評(píng)價(jià)引導(dǎo)整個(gè)課程的學(xué)習(xí)，將會(huì)使師生在教與學(xué)中產(chǎn)生困頓。隨著教學(xué)要求的進(jìn)一步提高，教學(xué)模式的不斷進(jìn)步，學(xué)生群體個(gè)性的發(fā)展，傳統(tǒng)的單純理論教學(xué)方式和期末考試定成績(jī)的考核方式已經(jīng)逐漸顯露出弊端。如果單純從結(jié)果評(píng)價(jià)導(dǎo)向引領(lǐng)“工程熱力學(xué)”的教學(xué)，將難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，大大降低學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的自主性、創(chuàng)造性，因此要將過(guò)程評(píng)價(jià)為導(dǎo)向的概念引入“工程熱力學(xué)”的教學(xué)中。

二、過(guò)程評(píng)價(jià)的實(shí)施

多元化的評(píng)價(jià)方案是過(guò)程考核所必需的，在近幾年的教學(xué)中，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)在以下方面豐富和完善了評(píng)價(jià)方案，過(guò)程評(píng)價(jià)的實(shí)施思路如圖1所示。

（一）課堂參與程度評(píng)價(jià)

要建立完善的過(guò)程評(píng)價(jià)，課堂參與程度評(píng)價(jià)是不可或缺的主要部分，因?yàn)槠渲苯佑绊憣W(xué)生的積極性和課堂氛圍。學(xué)生的投入可通過(guò)課前準(zhǔn)備、課堂參與、作業(yè)完成情況三方面體現(xiàn)。

課前準(zhǔn)備可通過(guò)上節(jié)課設(shè)置的思考題或者調(diào)查題推進(jìn)，讓學(xué)生需要花費(fèi)一定時(shí)間和精力收集資料、整理信息和總結(jié)思考之后才能較好地完成，促使學(xué)生預(yù)習(xí)或者復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，達(dá)到鞏固知識(shí)點(diǎn)或拓展知識(shí)面的作用，根據(jù)學(xué)生的投入程度打分。課堂參與采用提問(wèn)、討論、辯論等多種形式，通過(guò)綜合學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用情況和表現(xiàn)力打分。提問(wèn)是最基本的能夠刺激學(xué)生提高注意力的方法，連續(xù)的提問(wèn)能夠使學(xué)生在課堂保持興奮和專(zhuān)注。討論是激發(fā)思考、鍛煉思維的有效手段，在“工程熱力學(xué)”課堂中設(shè)置討論環(huán)節(jié)，能夠極大地加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。合適的辯題能讓學(xué)生在辯論中相互吸收對(duì)方的觀點(diǎn)，拓展知識(shí)。課后作業(yè)完成度的考察不應(yīng)只看作業(yè)對(duì)錯(cuò)，也應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生真正的參與程度，督促學(xué)生獨(dú)立完成。

（二）多種測(cè)試結(jié)合評(píng)價(jià)

除期末考試外，本課程還設(shè)置了課前小測(cè)試、小結(jié)小測(cè)試、習(xí)題課測(cè)試等多種測(cè)試。課前小測(cè)試為3～5題的題量，用時(shí)控制在若干分鐘。一部分題目回顧了上節(jié)課的講授內(nèi)容，另一部分題目涉及本節(jié)課內(nèi)容。一方面可幫學(xué)生復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容，另一方面刺激學(xué)生預(yù)習(xí)課程，即使沒(méi)有預(yù)習(xí)，也可以讓學(xué)生帶著主要問(wèn)題來(lái)上課，提升課堂效果。小結(jié)小測(cè)試一般為1題，即講完某個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)后，通過(guò)1道習(xí)題迅速鞏固。習(xí)題課測(cè)試為若干單元內(nèi)容集中起來(lái)的綜合練習(xí)，用時(shí)控制在1學(xué)時(shí)，旨在融會(huì)貫通知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)一步鞏固知識(shí)。所有的測(cè)試結(jié)果在講解前提交，教師可通過(guò)查看測(cè)試情況把握學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度，亦可根據(jù)測(cè)試結(jié)果給出相應(yīng)的“平時(shí)分”。讓學(xué)生在感受到知識(shí)積累的同時(shí)也看到成績(jī)的“積累”，從而促進(jìn)學(xué)生全面參與到課程中來(lái)。

（三）與過(guò)程評(píng)價(jià)模式相結(jié)合的教學(xué)模式

要想達(dá)到理想的課堂效果，必須讓學(xué)生在課堂上時(shí)常處于“高壓”的狀態(tài)，即通過(guò)豐富的課堂活動(dòng)吸引學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，而不是讓課堂成為教師的“獨(dú)角戲”。針對(duì)課堂參與度評(píng)價(jià)和多種測(cè)試評(píng)價(jià)，結(jié)合“工程熱力學(xué)”的特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)采用與評(píng)價(jià)模式相結(jié)合的教學(xué)模式，全面滿(mǎn)足課堂全過(guò)程。以下分享的為本教研團(tuán)隊(duì)近年來(lái)采取的教學(xué)模式和方法，在班級(jí)組的比較中，這些方法取得了較好的教學(xué)效果。

通過(guò)設(shè)置課后思考題或者讓學(xué)生講解上節(jié)課所留作業(yè)題目的解題思路，讓學(xué)生在上課之前“熱身”，提高預(yù)習(xí)率和作業(yè)獨(dú)立完成率；再通過(guò)頻繁的課堂提問(wèn)和小結(jié)測(cè)試，讓學(xué)生跟上課堂節(jié)奏。在本科生2～3課時(shí)的授課中，讓學(xué)生時(shí)刻保持專(zhuān)注是一件不容易的事情，為達(dá)到更好的教學(xué)效果，需要采取一些教學(xué)技巧，以下為幾個(gè)例子。

1.故錯(cuò)法，讓知識(shí)點(diǎn)深入人心。例如，在理想氣體方程的計(jì)算中故意未統(tǒng)一單位或沒(méi)有采取絕對(duì)溫標(biāo)解題；在熱力學(xué)第一和第二定律綜合問(wèn)題中故意忘記系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的能量傳遞等。故錯(cuò)法起到了強(qiáng)調(diào)易錯(cuò)點(diǎn)的作用，顯著提升了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

2.設(shè)置對(duì)立，激烈討論。在容易產(chǎn)生分歧看法的知識(shí)點(diǎn)上，在課堂上允許學(xué)生展開(kāi)辯論，讓學(xué)生思想碰撞、腦洞大開(kāi)，再通過(guò)辯論后的教師講解提高教學(xué)效果。在“工程熱力學(xué)”中，有不少知識(shí)點(diǎn)可以適用此類(lèi)方法，比如熱力系統(tǒng)的選取、對(duì)布朗棘輪和麥克斯韋妖的理解、同種類(lèi)氣體等溫等壓混合熵增引發(fā)的吉布斯悖論等。也可結(jié)合當(dāng)前的能源現(xiàn)狀，理論聯(lián)系實(shí)際，例如，電動(dòng)車(chē)對(duì)環(huán)境的影響是否比內(nèi)燃機(jī)車(chē)要小？引導(dǎo)學(xué)生從能源的利用鏈條、能源利用過(guò)程中的污染問(wèn)題、污染防治的手段及“工程熱力學(xué)”課程可從哪些方面幫助人類(lèi)減污減碳進(jìn)行思考。

3.課堂小游戲。即使在大學(xué)生的課堂上，一些課堂小游戲也能提升教學(xué)效果。在一些較為抽象的概念講解上用到教具，如熱力學(xué)面的模型，讓學(xué)生在傳閱模型的同時(shí)，隨時(shí)隨機(jī)地讓手持模型的學(xué)生回答教師的提問(wèn)，讓抽象的概念結(jié)合形象的模型在教具的“擂鼓傳花”中得到落實(shí)；在理想氣體變化過(guò)程方向的描述中，讓學(xué)生在黑板上用T-S圖和P-V圖畫(huà)出理想氣體狀態(tài)的變化方向，讓其他學(xué)生判斷溫度、比容等參數(shù)的變化，用你畫(huà)我猜小游戲鞏固知識(shí)點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

重視過(guò)程評(píng)價(jià)，是當(dāng)前高校工科教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。以過(guò)程評(píng)價(jià)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)應(yīng)是結(jié)合多種評(píng)價(jià)的綜合評(píng)價(jià)。本文針對(duì)“工程熱力學(xué)”特點(diǎn)，提出了完善面向過(guò)程評(píng)價(jià)的思路和模式，然后立足評(píng)價(jià)模式探討了與之相應(yīng)的可行的教學(xué)方法，旨在以學(xué)生為中心，在課堂上與學(xué)校形成積極良好的互動(dòng)，豐富課堂參與度評(píng)價(jià)；通過(guò)多種測(cè)試方式考查學(xué)生的掌握情況，督促與過(guò)程評(píng)價(jià)相結(jié)合，從而全面提高“工程熱力學(xué)”的教學(xué)效果。

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Exploration of Teaching Design and Methods in Engineering Thermodynamics with a Process Assessment Oriented Approach

CHEN Xue， LUO Yan， LU Tao

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Beijing University of Chemical Technology，

Beijing 100029， China）

Abstract： Engineering thermodynamics is a core course in the disciplines of power engineering and engineering thermophysics， characterized by extensive content， numerous formulas， and abstract concepts. The application of process assessment in the teaching of engineering thermodynamics not only stimulates students’ interest in self-directed learning， cultivates critical thinking skills， and develops problem-solving abilities， but also enables teachers to more accurately assess students learning and flexibly apply teaching methods. This paper explores the process assessment system for this course from the perspectives of classroom participation and assessment methods. Suitable evaluation methods for the course are discussed， and teaching methods are shared.

Key words： Thermodynamics; process assessment; education reform; course assessment