“工程熱力學(xué)”研究型教學(xué)方法改革與探索

田霖

摘要：培養(yǎng)具有自主學(xué)習(xí)能力的創(chuàng)新型人才是新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力，工程熱力學(xué)作為新能源科學(xué)與工程專業(yè)基礎(chǔ)課程具有十分重要的地位。文章針對教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合工程熱力學(xué)課程內(nèi)容特點(diǎn)，提出教學(xué)模式、學(xué)習(xí)策略以及教學(xué)評價(jià)體系的改革方法，探索提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力以及激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情的研究型教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué);研究型教學(xué)方法;學(xué)習(xí)策略;教學(xué)模式

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

當(dāng)前能源危機(jī)與環(huán)境污染問題的突顯，促進(jìn)了太陽能、風(fēng)能以及生物質(zhì)能等新能源開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為適應(yīng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的迫切需求，南京林業(yè)大學(xué)發(fā)揮自身優(yōu)勢，以生物質(zhì)能源高效清潔利用為特色，充分發(fā)揮在生物質(zhì)氣化、液化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)方面的優(yōu)勢，貫徹厚基礎(chǔ)、寬方向、重實(shí)踐的原則，培養(yǎng)能夠在生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿刃履茉搭I(lǐng)域的高級工程技術(shù)人才和富有創(chuàng)新意識(shí)的專門人才。

“工程熱力學(xué)”是新能源科學(xué)與工程專業(yè)課程體系中重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1-3]。一方面為后續(xù)“生物質(zhì)能源工程”、“節(jié)能原理與技術(shù)”、“熱工測量與過程控制技術(shù)”等專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ);另一方面，為學(xué)生分析和解決工程實(shí)際中熱工問題提供重要理論工具。因此，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神人才的教學(xué)目標(biāo)對高校傳統(tǒng)“教師講、學(xué)生聽”的灌輸教學(xué)模式提出了挑戰(zhàn)。

一、研究型教學(xué)方法探索

工程熱力學(xué)課程具有概念多、公式多、內(nèi)容抽象等特點(diǎn)，教學(xué)改革多集中在知識(shí)呈現(xiàn)方式方法的改革[4，5]，如多用圖表可化抽象為形象，理論聯(lián)系實(shí)際，提高了知識(shí)的趣味性等，這些改革措施有效降低了學(xué)生接受知識(shí)的難度，在一定程度上提高了教學(xué)效率，但是并未從根本上改變教師在教學(xué)過程中的主體地位，學(xué)生仍處于被動(dòng)學(xué)習(xí)地位，知識(shí)在教師與學(xué)生間呈單向傳輸，唯一的反饋就是課后作業(yè)。導(dǎo)致大學(xué)生在今后解決工程實(shí)際問題時(shí)無法創(chuàng)新性地運(yùn)用工程熱力學(xué)所學(xué)知識(shí)。因此，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力是工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革的重要目標(biāo)。

研究性教學(xué)是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要手段，也是新型教學(xué)理念的具體體現(xiàn)。研究性教學(xué)模式完全符合新能源科學(xué)與工程專業(yè)工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革的目標(biāo)。本文將從研究性教學(xué)模式選擇、研究性學(xué)習(xí)策略組織與研究性教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)等三個(gè)方面進(jìn)行探討。

二、研究性教學(xué)改革方法

1.研究性教學(xué)模式合理選擇。研究性教學(xué)模式大致分為問題解決模式、項(xiàng)目研究模式以及任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式三種。教學(xué)模式的選擇要以提高大學(xué)生學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)課程的興趣為主要目的，同時(shí)要綜合考慮工程熱力學(xué)課程特點(diǎn)。工程熱力學(xué)理論性強(qiáng)，不涉及對工程具體問題進(jìn)行分析。因此，內(nèi)容抽象，晦澀難懂，學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。大學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力主要來源于兩方面：學(xué)分積點(diǎn)與科研興趣，前者為被動(dòng)動(dòng)力，后者則為主動(dòng)動(dòng)力。教學(xué)實(shí)踐表明，合理選擇研究性教學(xué)模式可以實(shí)現(xiàn)將被動(dòng)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的目的。具體地講，考試及格和獲取學(xué)分積點(diǎn)是大學(xué)生最基本的學(xué)習(xí)動(dòng)力，此時(shí)適合選擇問題解決模式。但初次接觸工程熱力學(xué)課程的學(xué)生很難提出問題，因此課后習(xí)題成為首選。為體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)主體性，以緒論部分講解為例，改變先概念后習(xí)題的傳統(tǒng)講解模式，轉(zhuǎn)為“先習(xí)題后概念”，教師列出引導(dǎo)性習(xí)題，學(xué)生利用已有知識(shí)（如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理）自主思考，發(fā)現(xiàn)疑難點(diǎn)提出問題，在問題逐漸解答過程中認(rèn)知概念。問題由學(xué)生提出，教師解答，這充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位。

隨著學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的累積和分析能力的不斷提高，可逐步過渡到項(xiàng)目研究模式或任務(wù)研究模式。學(xué)生從多個(gè)層次獲得項(xiàng)目或任務(wù)：學(xué)院設(shè)立的大學(xué)生導(dǎo)師制;學(xué)校設(shè)立南京林業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目以及國家設(shè)立的挑戰(zhàn)杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等。項(xiàng)目研究模式或任務(wù)研究模式的選擇使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣從課堂轉(zhuǎn)到課外，從被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)?？梢?，教學(xué)模式的合理選擇是以提高學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力為目的，并要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力變化情況而跟蹤調(diào)整。

2.研究性學(xué)習(xí)策略組織。研究性學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)要把學(xué)生真正置于主體地位，學(xué)習(xí)策略組織的目的是提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)當(dāng)把握工程熱力學(xué)知識(shí)點(diǎn)的連貫性，譬如自發(fā)過程、非準(zhǔn)平衡過程、不可逆過程、熱力學(xué)第二定律表述、熱力學(xué)第二定律表達(dá)式、熵產(chǎn)、 、火無等知識(shí)點(diǎn)都是貫穿的，但這些概念并不是在某一頁甚至某一節(jié)內(nèi)整體呈現(xiàn)的，需要教師作引導(dǎo)，制定學(xué)習(xí)策略，逐層揭開面紗。學(xué)習(xí)策略是以知識(shí)建構(gòu)為核心的，組織策略是把分散的、孤立的知識(shí)集合成一個(gè)整體，并表示出它們之間的關(guān)系。

具體的學(xué)習(xí)情境中常用的組織策略有圖表法、概念區(qū)分法、交叉法等。圖表法指利用表格的方法來整理知識(shí)，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(qū)分法是將概念之間的不同點(diǎn)進(jìn)行集中研究以加深對概念的認(rèn)識(shí)，如可逆與不可逆、開口與閉口系、平衡與穩(wěn)定、熵產(chǎn)與熵流、 與火無等相關(guān)的問題集中起來進(jìn)行區(qū)別分析。交叉學(xué)習(xí)法是將其他課程與工程熱力學(xué)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行交叉學(xué)習(xí)，如將《工程流體力學(xué)》與工程熱力學(xué)“氣體流動(dòng)”章節(jié)進(jìn)行交叉、將工程熱力學(xué)“化學(xué)熱力學(xué)”與《基礎(chǔ)化學(xué)》或《生物質(zhì)熱解原理》課程進(jìn)行交叉。上述學(xué)習(xí)策略在南京林業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，并通過表格、圖標(biāo)、聲像、動(dòng)畫等豐富多彩的形式展示教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生通過超級鏈接來完成知識(shí)點(diǎn)連貫性研究，每個(gè)學(xué)生可以設(shè)計(jì)適合自己學(xué)習(xí)習(xí)慣的概念認(rèn)知鏈路，完成連貫學(xué)習(xí)，起到了因材施教、提高學(xué)習(xí)自主性的作用。

3.研究性教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)。研究性教學(xué)評價(jià)更關(guān)心學(xué)習(xí)的過程，學(xué)生是否掌握某個(gè)具體的知識(shí)并非處于最重要的地位，關(guān)鍵是能否對所學(xué)的知識(shí)有所選擇、判斷與運(yùn)用，從而有所創(chuàng)造。研究性教學(xué)評價(jià)學(xué)生研究成果的價(jià)值取向重點(diǎn)是學(xué)生的參與研究過程，諸如學(xué)習(xí)方式、思維方式、知識(shí)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(qū)動(dòng)模式，教師可以在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上對每個(gè)知識(shí)點(diǎn)設(shè)置任務(wù)，并為每個(gè)學(xué)生建立“檔案袋”評價(jià)系統(tǒng)，記錄每個(gè)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)認(rèn)知、任務(wù)完成日志，并對學(xué)生資料積累和分析處理工作、學(xué)習(xí)心得總結(jié)或研究建議進(jìn)行過程跟蹤與過程評價(jià)。針對項(xiàng)目研究與任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，主要考察工程應(yīng)用，該部分力求培養(yǎng)學(xué)生分析能力，則采用更科學(xué)合理的成果考評，提交課堂討論報(bào)告、專題論文等;同時(shí)將課堂討論以個(gè)體、團(tuán)隊(duì)相結(jié)合的方式納入考核體系。通過考試形式的改變，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考、解決問題的熱情，真正培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的綜合研究能力。

三、結(jié)束語

工程熱力學(xué)是一門傳統(tǒng)的理論性課程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是本課程教學(xué)改革的重要方向。結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，借助本文，分享幾點(diǎn)工程熱力學(xué)課程研究性教學(xué)改革的方法和心得：首先，合理選擇教學(xué)模式是提高學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的有效途徑，且要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力變化情況而跟蹤調(diào)整;其次，學(xué)習(xí)策略科學(xué)組織有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性;最后，創(chuàng)新性教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)有利于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考、解決問題的熱情。

參考文獻(xiàn)：

[1]李松，劉春慧，尹慧敏，等.基于專業(yè)聯(lián)盟背景下“新能源科學(xué)與工程”專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探究[J].教育教學(xué)論壇，2018，（47）：105-106.

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

[3]孫慶強(qiáng)，劉學(xué)東，李志國.工科大學(xué)生新能源類課程研究性學(xué)習(xí)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(xué)”課程教改實(shí)踐與體會(huì)[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(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量的方法研究[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，3（3）：88-92.