應(yīng)用科研案例教學(xué)法的“工程熱力學(xué)”教學(xué)改革研究

摘要：針對“工程熱力學(xué)”課程的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合自身的科研工作，將科研案例教學(xué)法引入到“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)中。探討了科研案例教學(xué)法的研究現(xiàn)狀、在教學(xué)中的意義、應(yīng)用價值、應(yīng)用點(diǎn)及具體實(shí)施方案等內(nèi)容，以期為課程教學(xué)探索一種更為完善的教學(xué)方法。同時為工科生進(jìn)一步掌握專業(yè)技能和提高實(shí)踐能力打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：科研案例教學(xué)法；工程熱力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0039-02

“工程熱力學(xué)”是能源與動力工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)與研究的主要對象是熱能與其他形式能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系、轉(zhuǎn)換規(guī)律及應(yīng)用。它不僅是相關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ)，而且是在涉及能源、化工和冶金等領(lǐng)域，特別是能源轉(zhuǎn)換與利用的各領(lǐng)域中深入研究、開發(fā)和創(chuàng)新的基礎(chǔ)。該課程的概念性比較強(qiáng)，涉及的理論也較為抽象，同時與生產(chǎn)實(shí)際又有十分密切的聯(lián)系。在教學(xué)過程中，對該課程老師和學(xué)生都有“難教難學(xué)”的感受。如何提高“工程熱力學(xué)”課程的課堂教學(xué)質(zhì)量，一直是相關(guān)專業(yè)教師長期探索的目標(biāo)。

案例教學(xué)法是由哈佛法學(xué)院院長朗代爾于1870年最先采用的，在法學(xué)教育中發(fā)揮了極大的作用，并被推廣至醫(yī)學(xué)、管理學(xué)等實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科的教學(xué)中普遍應(yīng)用?？蒲邪咐虒W(xué)法在案例教學(xué)法的基礎(chǔ)上，從分析課程特點(diǎn)及課程教學(xué)現(xiàn)狀入手，在教學(xué)內(nèi)容上嘗試選用專業(yè)任課教師及課題組已完成的應(yīng)用到該課程基礎(chǔ)知識的科研項目，將其設(shè)計、組織并呈現(xiàn)于課堂，使學(xué)生在“工程熱力學(xué)”課程中通過對具體科研案例的討論、分析、表達(dá)等活動，讓學(xué)生在具體的科研案例中牢固掌握該課程的理論知識，形成理論結(jié)合實(shí)際的教學(xué)方法。在此基礎(chǔ)上促使學(xué)生積極思考，主動探索，提高自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，并能夠?qū)ⅰ肮こ虩崃W(xué)”這門課程靈活應(yīng)用到今后的專業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)際工作中。

一、“工程熱力學(xué)”教學(xué)改革研究現(xiàn)狀

目前，“工程熱力學(xué)”教學(xué)改革研究主要集中在以下幾個方面：第一，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和優(yōu)化，主要以課程的設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)和更新點(diǎn)作為重點(diǎn)改革內(nèi)容。[1]第二，實(shí)驗課教學(xué)的改革，主要對實(shí)驗課的比重、實(shí)驗教學(xué)的方式、實(shí)驗考核方式以及實(shí)驗課與科研相結(jié)合的教學(xué)方式進(jìn)行了探討。[2]第三，新方法新技術(shù)在“工程熱力學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)等也被引入“工程熱力學(xué)”教學(xué)中，成為教學(xué)改革研究的方向之一。[3-5]

案例教學(xué)法在“工程熱力學(xué)”教學(xué)中已有應(yīng)用，[6，7]但科研案例教學(xué)法在工科生“工程熱力學(xué)”教學(xué)中卻鮮有報道。在“工程熱力學(xué)”教學(xué)中，授課老師往往采用最多的是“舉例”，“舉例”雖然有助于理論知識的形象化，但其局限性是僅僅解決了某個獨(dú)立的知識點(diǎn)，而對知識的整合性較差。而科研案例教學(xué)法不同于“舉例”的最大區(qū)別在于側(cè)重了知識面的涵蓋，在具體應(yīng)用時設(shè)定了比“舉例”更為復(fù)雜的科研案例情境，應(yīng)用專業(yè)術(shù)語將不同章節(jié)知識點(diǎn)加以整合，形成系統(tǒng)且相對完整的案例，貼近實(shí)際，應(yīng)用性更強(qiáng)。科研案例教學(xué)法利用任課老師的科研課題，將已成熟的科研案例設(shè)計組織后呈現(xiàn)給學(xué)生，能夠更好地為學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和“工程熱力學(xué)”課程培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)。

二、科研案例教學(xué)法意義及應(yīng)用價值

將科研案例教學(xué)法應(yīng)用在工科生“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)中的意義主要有：一是通過具體的科研案例，增強(qiáng)學(xué)生對理論課程的興趣，培養(yǎng)學(xué)生在思考中掌握此學(xué)科的基本概念和理論知識。二是通過科研案例教學(xué)，可在一定程度上代替部分實(shí)驗教學(xué)，解決經(jīng)費(fèi)及設(shè)備不足造成的實(shí)驗難以開展的問題。三是通過針對性強(qiáng)且典型的的科研案例，引導(dǎo)學(xué)生思考，加深對知識的理解和記憶，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、分析問題和解決問題的能力，為其獲得終身學(xué)習(xí)的能力奠定基礎(chǔ)。四是通過科研案例教學(xué)，使得科研為教學(xué)服務(wù)的同時，為學(xué)生進(jìn)一步掌握專業(yè)技能和提高實(shí)踐能力打下堅實(shí)基礎(chǔ)。五是通過科研案例教學(xué)，引導(dǎo)和促進(jìn)教學(xué)老師積累科研案例，從事科研工作，起到科研促進(jìn)教學(xué)，教學(xué)促進(jìn)科研的雙重作用。六是通過科研案例教學(xué)法在工科生“工程熱力學(xué)”課程中的應(yīng)用，進(jìn)一步完善了工科生“工程熱力學(xué)”教學(xué)方法的改革。

三、科研案例教學(xué)法在工科生“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

1.科研案例教學(xué)法在工科生“工程熱力學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)的目的就是培養(yǎng)學(xué)生掌握熱力學(xué)基本概念及其基本定律，理想氣體的熱力性質(zhì)（包括實(shí)際氣體），研究熱能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換，分析各種熱力循環(huán)過程、計算與應(yīng)用熱力循環(huán)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際熱力工程問題的能力。

例如在動力裝置循環(huán)一章中，通過對蒸汽動力裝置循環(huán)的過程及效率的學(xué)習(xí)，研究提高循環(huán)效率的方法。那如何讓學(xué)生更有效地掌握這些方法呢？科研案例教學(xué)法應(yīng)是一個較好的嘗試。授課老師通過講解課題組承擔(dān)的電廠鍋爐改造及其煙氣余熱回收利用的科研項目，將其問題提出，結(jié)合本章基礎(chǔ)知識分析解決問題的方法，將完整過程呈現(xiàn)給學(xué)生，增強(qiáng)學(xué)生對本章知識點(diǎn)的興趣，同時引導(dǎo)學(xué)生自己提出解決方法，教師加以點(diǎn)評，使之在思考中加深對基本概念和理論知識的理解，從而提高其分析問題和解決問題的能力，進(jìn)而加強(qiáng)科研能力的培養(yǎng)，充分將教學(xué)和科研有機(jī)地結(jié)合起來。

2.科研案例教學(xué)法在工科生“工程熱力學(xué)”課程理論教學(xué)中的應(yīng)用

由于“工程熱力學(xué)”課程基本概念及基本定律較多，對于學(xué)生來說，如此廣泛的知識體系難以在短時間內(nèi)掌握，學(xué)生對于“工程熱力學(xué)”課程的理論知識感覺枯燥，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。所以設(shè)想在工科生“工程熱力學(xué)”的教學(xué)過程中如果通過典型且含有問題的科研案例，使得抽象的理論變得生動具體，又與實(shí)踐相結(jié)合，既提高了學(xué)生的積極性，又使得知識點(diǎn)容易被理解。在講解熱力學(xué)第二定律時，介紹了狀態(tài)參數(shù)——熵。同學(xué)們對這個參數(shù)覺得很難理解，為此引入了課題組承擔(dān)的住宅中節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的問題研究。介紹利用熵權(quán)理論來確定住宅節(jié)能技術(shù)評價中各個影響指標(biāo)的權(quán)重，并在此基礎(chǔ)上對方案進(jìn)行優(yōu)化，從而更直觀準(zhǔn)確地判斷和選擇住宅節(jié)能方案。因而科研案例不僅有助于實(shí)踐教學(xué)，又有助于理論教學(xué)的實(shí)施。

3.科研案例教學(xué)法在工科生“工程熱力學(xué)”課程其他方面的應(yīng)用

此外，工科生“工程熱力學(xué)”教育中還存在實(shí)驗難以開展等問題。而科研案例教學(xué)法的開展將在很大程度上解決這些問題。科研案例教學(xué)中引入實(shí)際問題，存在實(shí)驗過程和實(shí)驗方案設(shè)計。該教學(xué)法突出了工科生“工程熱力學(xué)”的專業(yè)特點(diǎn)，突破了教材的局限，使學(xué)生緊緊圍繞教學(xué)重點(diǎn)，通過選擇針對性強(qiáng)且典型的科研案例，突出工科生“工程熱力學(xué)”的專業(yè)特點(diǎn)，還可解決因經(jīng)費(fèi)及設(shè)備不足等造成的工科生“工程熱力學(xué)”實(shí)驗難以開展等問題。

四、科研案例教學(xué)法在工科生“工程熱力學(xué)”課程的實(shí)施

1.開課前問卷調(diào)查

設(shè)計課前問卷，問卷涉及項目可行性、案例選擇的依據(jù)、案例選擇側(cè)重的專業(yè)方向、案例呈現(xiàn)的方式以及教學(xué)效果評價方法等等。

2.收集科研案例

教師收集教研室歷年來承接或參與的科研項目，以及文獻(xiàn)資料中可用于工科生“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)的科研案例（收集的科研案例其內(nèi)容是公開的，或經(jīng)課題負(fù)責(zé)人同意，可用于教學(xué)）。

3.科研案例的選擇和組織

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的興趣特點(diǎn)，對案例進(jìn)行精心的概括、組織。案例的設(shè)計一是要緊扣教學(xué)大綱的知識點(diǎn)，將知識點(diǎn)融入到案例的呈現(xiàn)過程中；二是要具有代表性、針對性、可討論性。授課章節(jié)需選擇代表本章重點(diǎn)的科研案例，并針對專業(yè)特點(diǎn)做重點(diǎn)選擇；三是要具有綜合性，是指案例的設(shè)計可以在實(shí)例基礎(chǔ)上進(jìn)行加工或整合，較全面地向?qū)W生展現(xiàn)知識點(diǎn)。同時，案例的選擇還需考慮學(xué)生的興趣點(diǎn)，讓學(xué)生在興趣盎然的學(xué)習(xí)過程中，不僅掌握知識，還鍛煉科研思維能力。

4.案例呈現(xiàn)和討論

教師可以通過將文字描述、多媒體手段、圖表等多種手段呈現(xiàn)案例，或者將幾種手段相結(jié)合，引入教學(xué)案例。教師呈現(xiàn)案例后，要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)來一步步地、循序漸進(jìn)地啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生積極思考，展開師生之間的對話，充分的溝通能夠豐富學(xué)生的見識，開拓學(xué)生的視野。學(xué)生可以分小組合作對案例中的各種問題進(jìn)行分析和討論，碰撞思維的火花，發(fā)現(xiàn)和探索解決案例問題的方法，體驗理論如何應(yīng)用于實(shí)踐，實(shí)踐中如何提煉出理論。

5.案例總結(jié)

案例總結(jié)是科研案例教學(xué)中的最后一個環(huán)節(jié)，也是最重要的一個環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)，教師要將討論中碰撞出的各種觀點(diǎn)和看法進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，將案例背后蘊(yùn)含的理論知識進(jìn)行歸納。在對工科生“工程熱力學(xué)”課程科研案例的總結(jié)中，不僅鞏固了案例討論的成果，也擴(kuò)充了學(xué)生的實(shí)踐知識和理論知識體系，加深了學(xué)生對于理論知識的理解，促進(jìn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力的發(fā)展。此外，教師還要對本次案例教學(xué)進(jìn)行反思——對案例的有效性反思，對教學(xué)的過程反思，對教學(xué)的效果反思，不斷完善對于科研案例教學(xué)法的掌握和運(yùn)用。

6.教學(xué)效果評價

主要采用考試和問卷調(diào)查的形式進(jìn)行教學(xué)效果評價。通過與以往教學(xué)方式后的考試成績進(jìn)行比較，同時，采用課前、課后問卷調(diào)查的形式共同分析學(xué)生學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)效果。

工科生“工程熱力學(xué)”課程一般由各工科院校能源與動力工程專業(yè)承擔(dān)，因能源與動力工程專業(yè)每年承接或參與多項科研項目，其中大多是國家級和省級科研項目，具有較高的科研水平和參考價值?？蒲邪咐虒W(xué)在工科生“工程熱力學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用，一定程度上完善了當(dāng)前工科生“工程熱力學(xué)”教學(xué)中存在的不足，將科研工作的積累服務(wù)于教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)好這門課的同時，為其進(jìn)一步掌握專業(yè)技能和提高實(shí)踐能力打下堅實(shí)基礎(chǔ)。同時還可提升教師的教學(xué)水平、科研能力和綜合素質(zhì)，做到真正意義上的教研相長。

教學(xué)有一定的規(guī)律，但沒有固定的模式。合理采用多種教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)和創(chuàng)新意識，將是工科生“工程熱力學(xué)”教學(xué)改革的長遠(yuǎn)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]代乾，王澤生，楊俊蘭.能源與動力工程專業(yè)熱工系列課程改革實(shí)踐[J].中國電力教育，2013，（5）：74-75.

[2]于兵川，吳紅特.實(shí)驗教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力[J].實(shí)驗室研究與探索，2010，29（2）：76-78.

[3]高蓬輝，張東海，馮偉，等.將基礎(chǔ)數(shù)學(xué)物理知識融入“工程熱力學(xué)”教學(xué)中的探索[J].中國電力教育，2013，（22）：87-88.

[4]蔣亞龍.工程熱力學(xué)課程教學(xué)研究初探[J].教育教學(xué)論壇，2014，

（4）：97-98.

[5]譚小群，劉英炎.安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)”教學(xué)方法探究[J].中國電力教育，2014，（2）：141-142.

[6]王修彥.準(zhǔn)案例教學(xué)法在“工程熱力學(xué)”課程中的實(shí)施[J].中國電力教育，2002，（4）：92-94.

[7]耿凡，王迎超.“工程熱力學(xué)”課程的研討式教學(xué)改革[J].中國電力教育，2013，（5）：76-77.

（責(zé)任編輯：王意琴）