以CDIO工程教育模式提升《傳熱學(xué)》教學(xué)質(zhì)量的評(píng)估

朱輝 莊光亮 劉飛

摘要：高等工程教育是工程科技人員培養(yǎng)的主渠道，其人才培養(yǎng)水平直接決定工程技術(shù)的水平和發(fā)展的速度，對(duì)國(guó)家的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力起重要影響。如何改善大學(xué)工程教育的質(zhì)量，以提升畢業(yè)生符合工程界需求的能力以及未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)力，是目前各個(gè)大學(xué)積極努力的方向。本文以桂林航天工業(yè)學(xué)院能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)傳熱學(xué)課程教學(xué)為例，探討工程教育模式下學(xué)生學(xué)習(xí)傳熱學(xué)課程的現(xiàn)狀。以問(wèn)卷調(diào)查形式了解學(xué)生學(xué)習(xí)的成效和學(xué)習(xí)困擾，評(píng)價(jià)工程教育（CDIO）的實(shí)施效果和存在的問(wèn)題，指明未來(lái)教學(xué)中需要改進(jìn)的方向。

關(guān)鍵詞：工程教育；傳熱學(xué)；課程；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）32-0075-02

現(xiàn)代能源工程系統(tǒng)的復(fù)雜化、大規(guī)模化及跨領(lǐng)域發(fā)展對(duì)工程師的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用能力提出了更高的要求。對(duì)于能源與動(dòng)力類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，工程能力和創(chuàng)新能力是步入社會(huì)體現(xiàn)各種能力的基礎(chǔ)。傳熱學(xué)課程是能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)后續(xù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的核心基礎(chǔ)。本課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)多、概念多，具有較強(qiáng)的理論性和抽象性，且實(shí)際工程應(yīng)用面廣，這對(duì)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力提出了很高的要求。在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，注意到多數(shù)學(xué)生能夠掌握傳熱學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，但在應(yīng)用傳熱學(xué)理論知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題能力欠缺，對(duì)工程的認(rèn)知程度較低。有鑒于此，傳熱學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)嘗試借鑒國(guó)際上先進(jìn)的工程教育模式構(gòu)建新的傳熱學(xué)教學(xué)體系，期望能改善能源與動(dòng)力工程教育質(zhì)量，達(dá)到工程教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)。為了評(píng)估工程教育的實(shí)施效果，本文采用調(diào)卷問(wèn)查的形式了解學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的接受度，考察學(xué)生的學(xué)習(xí)成效以及評(píng)估學(xué)生的工程應(yīng)用與認(rèn)知能力的程度，期望為未來(lái)的教學(xué)改進(jìn)指明了努力的方向。

一、研究方法與過(guò)程

本研究以桂林航天工業(yè)學(xué)院能源與動(dòng)力工程大三、大四學(xué)生已修傳熱學(xué)課程的學(xué)生為研究對(duì)象，根據(jù)傳熱學(xué)課程CDIO工程教育改革的目標(biāo)提出研究框架。采用無(wú)記名網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查方法收集課程教學(xué)成果，共計(jì)回收可用問(wèn)卷66份。問(wèn)卷的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：基本資料、傳熱學(xué)學(xué)習(xí)困擾、學(xué)習(xí)成效、工程應(yīng)用與認(rèn)知等方面。考慮學(xué)生的背景因素可能直接或間接影響學(xué)習(xí)過(guò)程，故本次調(diào)查項(xiàng)目設(shè)定如下：受訪對(duì)象的基本信息：年級(jí)、性別、興趣專(zhuān)長(zhǎng)、公共事務(wù)參與意愿、專(zhuān)業(yè)方向（低溫工程、空調(diào)工程以及動(dòng)力工程）、平常表現(xiàn)、成績(jī)分布以及傳熱學(xué)課程的考核分?jǐn)?shù)。公共事務(wù)參與指班級(jí)干部與實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng)及大學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，以了解學(xué)生是否具有組織領(lǐng)導(dǎo)能力。課程學(xué)習(xí)困擾共分四大項(xiàng)：首先是課程方向性與未來(lái)就業(yè)，主要了解學(xué)生對(duì)傳熱學(xué)課程內(nèi)容的掌握程度，能否順利完成不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及課程融入就業(yè)市場(chǎng)與未來(lái)趨勢(shì)的可行性。其次是實(shí)驗(yàn)參與度方面，含學(xué)生與教師的互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)氣氛的融入、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作、了解學(xué)生的互動(dòng)有無(wú)責(zé)任心。再次是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ谋憩F(xiàn)、實(shí)驗(yàn)的整理數(shù)據(jù)及其分析的能力。最后是資源與分配部分，敘述學(xué)習(xí)資源、測(cè)量?jī)x器布置、材料分配、學(xué)習(xí)負(fù)荷、實(shí)驗(yàn)流程安排能否達(dá)到學(xué)生的需求。依據(jù)實(shí)際狀況設(shè)置“非常困擾”、“有困擾”、“基本沒(méi)有”、“完全沒(méi)有”、“不清楚”五種選項(xiàng)。學(xué)習(xí)成效調(diào)查主要關(guān)注學(xué)生在主要學(xué)習(xí)單元的學(xué)習(xí)成果，分如下主要知識(shí)點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱、傳熱過(guò)程及換熱器等，探討的重點(diǎn)是專(zhuān)業(yè)知識(shí)的了解，包含傳熱的物理機(jī)制、數(shù)學(xué)推演、試題求解、工程應(yīng)用等，根據(jù)受訪者自我實(shí)際認(rèn)知選填“毫無(wú)所知”、“不太了解”、“一般”、“基本了解”和“完全了解”五個(gè)選項(xiàng)，以了解受訪者在課程學(xué)習(xí)后的學(xué)習(xí)成效，本項(xiàng)采用逆向計(jì)分。傳熱學(xué)應(yīng)用與認(rèn)知是CDIO工程教育成果考察的重點(diǎn)，主要包括以下考察點(diǎn)：工程的認(rèn)知度增加與否、是否形成節(jié)能減排、能源高效利用的可持續(xù)發(fā)展理念、是否可自主設(shè)計(jì)和執(zhí)行實(shí)驗(yàn)、是否能提升數(shù)據(jù)分析解析能力、團(tuán)隊(duì)合作的配合度以及教師評(píng)分方法和課程的滿(mǎn)意度。在教師評(píng)分方法和課程滿(mǎn)意度處預(yù)留開(kāi)放空格，期許學(xué)生能夠提供更有效的評(píng)分及教學(xué)方式，以作為日后教學(xué)上的改進(jìn)。

二、結(jié)果與分析

本研究對(duì)象的背景為男性占大多數(shù)為80%，女性則為20%；大三和大四學(xué)生約各占一半。上述受訪人員比例與專(zhuān)業(yè)方向人數(shù)比例基本一致。成績(jī)表現(xiàn)以70～80分占38.1%為主分布，分?jǐn)?shù)為80～90分（22.33%）和60～70分（25.4%）居中，而60分以下占7.94%。公共事務(wù)以沒(méi)有參與者（46.3%）占最多，僅參與一次者（33.33%）次之，兩次參與者（6.35%）最少。由上述背景信息可以看出，研究對(duì)象以男性為主，此點(diǎn)正好為理工科專(zhuān)業(yè)常態(tài)分布學(xué)生。

1.受訪者的學(xué)習(xí)困擾。通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)困擾的調(diào)查，可了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，為下一步的教學(xué)改進(jìn)提供努力方向。本研究問(wèn)卷表將“傳熱學(xué)學(xué)習(xí)困擾”選項(xiàng)作為負(fù)面敘述。結(jié)果可發(fā)現(xiàn)六大學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)中有學(xué)習(xí)困擾者較多，除傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)課程外，其他幾項(xiàng)有困擾人數(shù)比例較高。其中，在傳熱機(jī)理和習(xí)題解答方面，有困擾的受訪人數(shù)比例高達(dá)61.9%。在數(shù)學(xué)推演和工程應(yīng)用方面表示非常困擾的比例分別為25.4%和20.63%，這一結(jié)果說(shuō)明了目前學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)欠扎實(shí)，應(yīng)用傳熱學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題能力亟待提高。這其中的原因可能是實(shí)際教學(xué)過(guò)程中缺乏對(duì)學(xué)生現(xiàn)實(shí)能力的正確估計(jì)。我校是一所新升本大學(xué)（2012年升本），學(xué)校的社會(huì)聲譽(yù)遠(yuǎn)不如老牌的本科院校，入校學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱。然而，目前的傳熱學(xué)教材主要是面向“985”和“211”高校本科的教學(xué)需要，與這些高校的學(xué)生學(xué)習(xí)能力相適應(yīng)，這可能是造成學(xué)生在數(shù)學(xué)推演和工程應(yīng)用方面深感困擾的主要原因。在實(shí)驗(yàn)分析方面，有42.86%學(xué)生表示基本沒(méi)有困擾，這說(shuō)明大多數(shù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠予以接收。上述分析說(shuō)明多數(shù)學(xué)生在傳熱學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中存在困擾，且多集中于與數(shù)學(xué)知識(shí)相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容（如傳熱機(jī)理分析、數(shù)學(xué)推演及習(xí)題解答），未來(lái)在授課方面應(yīng)先考慮提高此部分的教學(xué)質(zhì)量。

2.受訪者的學(xué)習(xí)成果。學(xué)生學(xué)習(xí)成果是依據(jù)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解程度來(lái)評(píng)判。根據(jù)教學(xué)大綱安排，傳熱學(xué)授課課程內(nèi)容共分為9個(gè)大類(lèi)知識(shí)點(diǎn)和一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾辄c(diǎn)。在所考察的學(xué)習(xí)內(nèi)容中，選擇“一般理解”和“基本理解”這兩項(xiàng)的總計(jì)學(xué)生人數(shù)比例最高的是“傳熱實(shí)驗(yàn)方法”，達(dá)到69.84%；而最低的則為“導(dǎo)熱數(shù)值方法”，人數(shù)比例僅為46.03%?？梢钥闯龃蠖嗍茉L學(xué)生通過(guò)傳熱學(xué)課程學(xué)習(xí)后能有效獲得學(xué)習(xí)成就感，而認(rèn)為學(xué)完該課程后完全沒(méi)有學(xué)習(xí)成果（即毫無(wú)所知）的人數(shù)比例最高者為“導(dǎo)熱數(shù)值方法”教學(xué)內(nèi)容，比例高達(dá)17.46%，這可能是由于該章節(jié)為選學(xué)內(nèi)容的緣故。根據(jù)我校應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)，傳熱學(xué)課程教學(xué)計(jì)劃安排本章的學(xué)時(shí)數(shù)僅為2學(xué)時(shí)，且不作考核要求，故部分學(xué)生在平時(shí)上課時(shí)或期末復(fù)習(xí)時(shí)選擇忽略這部分的內(nèi)容。

3.受訪者對(duì)傳熱學(xué)的工程認(rèn)知及滿(mǎn)意度。工程認(rèn)知指從換熱產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的工程運(yùn)行，各項(xiàng)工程細(xì)部的認(rèn)知。我校能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)后，大多選擇與熱科學(xué)相關(guān)的工程領(lǐng)域發(fā)展，如換熱器生產(chǎn)企業(yè)、制冷與空調(diào)設(shè)備企業(yè)和相關(guān)的能源利用部門(mén)，他們所面臨的工作皆與工程息息相關(guān)，而實(shí)際工程中必然會(huì)遇到換熱設(shè)備的選用。因此，如何在不同的環(huán)境情況下選用適當(dāng)?shù)膿Q熱設(shè)備，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，同時(shí)降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗，這將是所有工程師所要面對(duì)的問(wèn)題。因此，通過(guò)傳熱學(xué)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生所獲得的工程認(rèn)識(shí)理應(yīng)視為課程教育的重要教學(xué)成果。對(duì)課程滿(mǎn)意度高低則可反映出學(xué)生學(xué)習(xí)的意愿。受訪者對(duì)工程的認(rèn)識(shí)程度和滿(mǎn)意度的調(diào)查結(jié)果表明大多數(shù)受訪者認(rèn)為學(xué)習(xí)傳熱學(xué)課程可增加工程認(rèn)知度，對(duì)工程的認(rèn)識(shí)程度達(dá)到“一般”層次的人數(shù)比例為82.54%，僅有3.17%的人認(rèn)為“完全不了解”。整體而言，各年級(jí)組學(xué)生均對(duì)工程認(rèn)知有某一程度上的信心，即進(jìn)入大三、大四之后，學(xué)生對(duì)自己學(xué)科的信心有較強(qiáng)的正面效應(yīng)。在滿(mǎn)意度這方面，調(diào)查結(jié)果顯示近90.0%的學(xué)生表示非常滿(mǎn)意、基本滿(mǎn)意和可以接受。應(yīng)指出，盡管大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)困擾調(diào)查環(huán)節(jié)中表示存在學(xué)習(xí)困擾，但學(xué)生對(duì)課程教學(xué)的滿(mǎn)意度仍很高，這表明學(xué)生對(duì)教師在授課方面的努力給予了相當(dāng)高的肯定。

三、總結(jié)與認(rèn)識(shí)

采用問(wèn)卷調(diào)查方式對(duì)2012、2013級(jí)能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行傳熱學(xué)學(xué)習(xí)效果分析，以考察CDIO工程教學(xué)的實(shí)施效果、存在的問(wèn)題以及未來(lái)教學(xué)改進(jìn)的方向。結(jié)果表明：多數(shù)學(xué)生歡迎新的教學(xué)方式，但均普遍存在學(xué)習(xí)困擾，這一現(xiàn)狀應(yīng)引起授課教師的高度重視，亦是未來(lái)教學(xué)中亟待改進(jìn)的環(huán)節(jié)；大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為基于工程教育模式的傳熱學(xué)課程學(xué)習(xí)可增進(jìn)工程認(rèn)知度；實(shí)施工程教學(xué)后，學(xué)生對(duì)教師授課的滿(mǎn)意度有所提高，90%以上的學(xué)生對(duì)教學(xué)過(guò)程表示可以接受，說(shuō)明CDIO工程教學(xué)模式可增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿。

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