基于OBE理念的工程熱力學(xué)教學(xué)改革

萬超一 張也男 戴廣武

（江蘇理工學(xué)院，江蘇 常州 213003）

工程教育認(rèn)證OBE（Outcome-Based Education）理念對課程教學(xué)提出了更高的要求，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，教學(xué)活動(dòng)的開展必須圍繞學(xué)生知識獲取、能力提高和素質(zhì)養(yǎng)成，并依靠科學(xué)評價(jià)、持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)，以保證學(xué)生具備在社會(huì)上從事工程工作所需的能力和素質(zhì)［1］。按照工程教育認(rèn)證OBE理念，課程教學(xué)必須有效支撐課程目標(biāo)，課程目標(biāo)要合理對應(yīng)學(xué)生的畢業(yè)要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)既定的培養(yǎng)目標(biāo)。因此培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)活動(dòng)都必須從需求開始反向設(shè)計(jì)［2］。

工程熱力學(xué)作為本校汽車服務(wù)工程專業(yè)的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課，是高等數(shù)學(xué)和力學(xué)的延伸，并為后續(xù)汽車構(gòu)造課程奠定了專業(yè)基礎(chǔ)，是本專業(yè)工程教育認(rèn)證課程體系中必不可少的一門課程。為拓寬學(xué)生國際視野，課程采用雙語教學(xué)。本課程支撐了工程知識、研究、溝通等3個(gè)畢業(yè)要求，其教學(xué)效果與學(xué)生畢業(yè)要求的達(dá)成情況有直接關(guān)系。為此，有必要基于OBE理念對當(dāng)前課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、考核方式等進(jìn)行梳理改善，提高教學(xué)質(zhì)量，并形成一套基于工程教育認(rèn)證的教學(xué)策略。

一、基于OBE教育理念的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和措施

基于OBE的教育理念對工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法方式以及考核方式進(jìn)行了梳理，并設(shè)定了3個(gè)課程目標(biāo)，對學(xué)生能力的達(dá)成和畢業(yè)要求的達(dá)成進(jìn)行有效支撐。以下展示了課程目標(biāo)以及課程目標(biāo)和畢業(yè)要求的支撐關(guān)系：

課程目標(biāo)1：掌握熱力學(xué)第一和第二定律，能依此分析物質(zhì)性質(zhì)改變與功、熱等能量傳遞的基本規(guī)律；掌握利用工質(zhì)性質(zhì)公式和圖表進(jìn)行熱力過程及循環(huán)的分析和計(jì)算方法，能綜合運(yùn)用分析、推導(dǎo)并解決實(shí)際工程問題。（對畢業(yè)要求1-2具有強(qiáng)支撐）。

課程目標(biāo)2：掌握提高能量利用效率和經(jīng)濟(jì)性的基本原則和方法，并通過文獻(xiàn)調(diào)研，確定提高熱力設(shè)備和系統(tǒng)能量利用經(jīng)濟(jì)性的途徑。（對畢業(yè)要求4-1具有強(qiáng)支撐）。

課程目標(biāo)3：掌握熱力學(xué)相關(guān)的外文閱讀、寫作和溝通交流技能，能閱讀汽車服務(wù)工程領(lǐng)域相關(guān)外文資料，并與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流。（對畢業(yè)要求10-1具有強(qiáng)支撐）。

（一）教學(xué)內(nèi)容的改革

工程熱力學(xué)的全部內(nèi)容基本可以分為三大部分：基礎(chǔ)概念和基本理論、工質(zhì)的基本熱力性質(zhì)和基本理論在工程中的應(yīng)用，理論推導(dǎo)緊密結(jié)合工程實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容改革即要重視理論，使其更加系統(tǒng)、先進(jìn)和科學(xué)；又要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)際，提高學(xué)生工程思維，提升解決相關(guān)實(shí)際工程問題的能力。舉例來說，根據(jù)專業(yè)需求，氣體動(dòng)力循環(huán)部分教學(xué)內(nèi)容依循“實(shí)際—理論—實(shí)際”的路線組織，重點(diǎn)在于典型活塞式內(nèi)燃機(jī)裝置的實(shí)際循環(huán)、簡化循環(huán)熱力過程，以及掌握在實(shí)際應(yīng)用中提高熱工設(shè)備熱效率的途徑。在教學(xué)過程中，補(bǔ)充排量等與實(shí)際生活有關(guān)的概念。優(yōu)選的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律一致，內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，緊密聯(lián)系緊密，易于提高教學(xué)效果。

（二）教學(xué)方法的改革

1.案例教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)相結(jié)合促進(jìn)理論與實(shí)際融合。根據(jù)授課內(nèi)容適當(dāng)引入一些生活現(xiàn)象，如“夏季開空調(diào)滴水”“封閉室內(nèi)開冰箱門能否降溫”“寒冷季節(jié)進(jìn)入屋內(nèi)，鏡片上出現(xiàn)霧水”“火電廠發(fā)電流程”等吸引學(xué)生注意力；然后啟發(fā)學(xué)生思考和嘗試回答這些現(xiàn)象的背后問題，逐步引出課程中相應(yīng)概念或原理。恰當(dāng)采用比擬法可使課程中抽象概念具象化，更容易理解。例如，將準(zhǔn)靜態(tài)過程看成視頻放映，每一個(gè)狀態(tài)可視為一幀靜態(tài)圖像，快速播放圖像可獲得連續(xù)畫面，而準(zhǔn)靜態(tài)過程在P-v、T-s圖上同樣也是一條連續(xù)的實(shí)線。此種案例結(jié)合啟發(fā)式教學(xué)的學(xué)習(xí)方法，拉近了學(xué)生認(rèn)知與知識之間的距離，能引起學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生理解熱力學(xué)理論知識與工程實(shí)踐相互關(guān)系的能力，從而促進(jìn)學(xué)生能力的達(dá)成。

2.進(jìn)行課堂討論，開拓學(xué)生思維。在課前和課后布置一些思考題，學(xué)生通過預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)過程尋找答案；課堂上集中討論或邀請同學(xué)上講臺講解。講解課后作業(yè)時(shí)，部分作業(yè)可以由學(xué)生上黑板演示和講解解題過程，增加學(xué)生對習(xí)題課的參與感，對提升課堂效果有重要作用。針對理論性較強(qiáng)的知識點(diǎn)，如熱力學(xué)第二定律，增加研討環(huán)節(jié)，學(xué)生之間以及和老師進(jìn)行廣泛探討和交流。在布置思考題時(shí)，還可以結(jié)合專業(yè)學(xué)科發(fā)展的新技術(shù)新方法，結(jié)合所從事的科研工作和成效，把工程熱力學(xué)相關(guān)的問題進(jìn)行整理，在課堂上讓學(xué)生參與討論，擴(kuò)大學(xué)生的視野。

（三）教學(xué)方式的改革

構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的在線教學(xué)平臺，多渠道多形式進(jìn)行師生交流。多媒體教學(xué)停留時(shí)間短、影響學(xué)生獨(dú)立思考；而且僅靠課堂教學(xué)，學(xué)習(xí)能力之間的個(gè)體差異使其難以滿足全體學(xué)生的學(xué)習(xí)需求?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的在線教育平臺不限學(xué)習(xí)時(shí)間、不限學(xué)習(xí)地點(diǎn)，更好地滿足學(xué)生對學(xué)習(xí)靈活性的要求。依托學(xué)校購買的泛雅、長江雨課堂等系統(tǒng)，上傳并及時(shí)推送課件、例題、練習(xí)題答案、自測題等教學(xué)資料，還可以根據(jù)需要隨時(shí)補(bǔ)充更新；建立了題庫，鼓勵(lì)學(xué)生自我復(fù)習(xí)和自我測驗(yàn)，有助于教師和學(xué)生自身了解其知識掌握情況。引導(dǎo)學(xué)生們學(xué)習(xí)國內(nèi)外的公開課、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等相關(guān)教學(xué)資源等，優(yōu)質(zhì)資源有助于及時(shí)將知識信息反映到課程中，從而拓寬學(xué)生的眼界。

二、基于OBE教育理念的考核和反饋

實(shí)施以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，就必須了解學(xué)生的知識容量和專業(yè)認(rèn)知度，這可以通過過程考核和形成性評價(jià)實(shí)現(xiàn)［3-5］。課程考核的主要目的是考查學(xué)生課程目標(biāo)的達(dá)成情況，使師生都充分了解學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握情況。建立合理的考核方式和具體指標(biāo)，可以有效地評價(jià)教學(xué)效果［6-7］。目前本課程成績包括四個(gè)環(huán)節(jié)：平時(shí)作業(yè)、期中考試、課程論文和期末考試，具體成績的評定方式，見表1。

表1 工程熱力學(xué)（雙語）成績評定表

課后作業(yè)能督促學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)，但是否獨(dú)立完成只能依靠學(xué)生的自覺性。期中考試能更準(zhǔn)確、及時(shí)地了解學(xué)生知識掌握程度，有針對性地輔導(dǎo)后進(jìn)學(xué)生；而且期中考試作為平時(shí)成績的重要組成環(huán)節(jié)，也調(diào)動(dòng)了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)積極性。

為提高學(xué)生自主研究學(xué)習(xí)的能力，也為撰寫畢業(yè)論文做鋪墊，本課程將課程論文撰寫也作為一個(gè)考核環(huán)節(jié)。要求從熱工角度分析生活中遇到的熱現(xiàn)象，或熱力學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)，并將其以學(xué)術(shù)論文的形式呈現(xiàn)出來。論文撰寫過程涉及文獻(xiàn)檢索、分析模型可行性和局限性，能逐步提高學(xué)生對問題的發(fā)現(xiàn)、分析、歸納、總結(jié)能力，并將課程知識與實(shí)踐融會(huì)貫通。自主學(xué)習(xí)活動(dòng)能綜合提高學(xué)生的整體學(xué)術(shù)素質(zhì)和科研素養(yǎng)。

分析課程目標(biāo)達(dá)成情況，建立有效的評價(jià)和反饋機(jī)制，從而提高教學(xué)質(zhì)量，才能真正做到以學(xué)生為中心。

三、總結(jié)

結(jié)合工程熱力學(xué)課程的特點(diǎn)和工程認(rèn)證的能力要求，對課程教學(xué)和考核內(nèi)容及方式進(jìn)行了改革。課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，采取了自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)、加強(qiáng)能力鍛煉和重視習(xí)題課、深入淺出分析難點(diǎn)問題、進(jìn)行各種課堂討論、開展創(chuàng)新強(qiáng)校工程訓(xùn)練等教學(xué)改革措施。這些措施逐步提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)、思考、分析、表達(dá)、探索力、克服困難的能力等，并開拓了思維，學(xué)生綜合素質(zhì)也得到強(qiáng)化，創(chuàng)新能力得以提高。近年來學(xué)生普遍認(rèn)為，本課程較以往內(nèi)容更注重基本理論推到，重難點(diǎn)突出，能夠理論和實(shí)際并重，并積極采用了現(xiàn)代化教學(xué)手段，課程改革是成功的。