能源動力類本科教學(xué)與學(xué)生培養(yǎng)改革探討

劉存良 白曉輝 孟憲龍

西北工業(yè)大學(xué)動力與能源學(xué)院 陜西西安 710129

隨著全球經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，當(dāng)今社會對綜合型人才的要求不斷提高，能源動力類學(xué)生不僅要具備扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，更要有深入而全面的思考能力、積極向上的人生態(tài)度和強(qiáng)烈的社會責(zé)任感。這不僅對授課教師在專業(yè)基礎(chǔ)課程的教授方法和能力上提出了更高的要求，對融入思政元素引領(lǐng)學(xué)生人生價值也有了新的要求。自2020年教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》以來，明確了課程思政建設(shè)的總體目標(biāo)和重點內(nèi)容[1]，全國各大高校也開始推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，將立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生在建立專業(yè)基礎(chǔ)知識體系的基礎(chǔ)上，樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，實現(xiàn)全員育人、全程育人、全方位育人[2]。課程思政建設(shè)不是僵硬地灌輸某種思想，不是增設(shè)一門課程，也不會與課程知識傳授沖突，而是弘揚中華文化和傳統(tǒng)美德，培養(yǎng)愛國情懷、社會責(zé)任、道德修養(yǎng)，提升文化自信，實現(xiàn)思想政治教育和專業(yè)知識體系教育的有機(jī)統(tǒng)一[3]。

“傳熱學(xué)”是一門能源動力類本科教學(xué)體系中最重要的課程之一，是支撐動力工程及工程熱物理學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)傳熱學(xué)，掌握由溫差引起的熱量傳遞的規(guī)律，在以后的工作中，能夠解決實際熱工科學(xué)中遇到的冷卻傳熱問題是開設(shè)本課程的目標(biāo)。講好傳熱學(xué)，不止是將傳熱學(xué)中的概念和理論灌輸給學(xué)生，而是結(jié)合真實現(xiàn)象和實際應(yīng)用，揭示其傳熱機(jī)理和發(fā)生此現(xiàn)象的客觀規(guī)律。衡量一個教師的講課水平，依據(jù)是“深入淺出”，即把復(fù)雜的現(xiàn)象用簡單易懂的方式解釋清楚，并且能從簡單的規(guī)律回歸到課本上的理論。另外，由于傳熱學(xué)知識體系中知識點繁雜，以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出的“平時不學(xué)”“考前突擊”等行為，使得對學(xué)生的過程性考核變得更加有必要。

綜上所述，傳熱學(xué)教學(xué)的改革，從培養(yǎng)社會需求的綜合型人才的角度出發(fā)，需要從幾個方面進(jìn)行改革：第一，需要在課堂上融入一些外在元素，包括課程思政元素和典型案例，在豐富課堂的同時，塑造學(xué)生正確的人生態(tài)度；第二，需要對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)，包括對教學(xué)設(shè)計、教學(xué)方法的改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生對課程的興趣，扎實學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，提高學(xué)生解決實際問題的能力；第三，對學(xué)生考核方式的調(diào)整，重視對學(xué)生的過程性考評，加強(qiáng)對學(xué)生的過程指導(dǎo)，并對學(xué)生的真實效用進(jìn)行綜合評估。黃軍等[4]針對“傳熱學(xué)”等能源動力類專業(yè)的核心課程，從師資隊伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容、教材、教學(xué)方法與手段等方面進(jìn)行了若干的教學(xué)改革實踐，包括教師人員結(jié)構(gòu)調(diào)整、豐富科研和教學(xué)案例、引入多媒體和教具等方法，取得了一定的教學(xué)成果。譚曉茗和張靖周[5]結(jié)合課程組在“傳熱學(xué)”課程的教學(xué)經(jīng)驗，提出在“育人”和“育才”過程中教師要發(fā)揮好引導(dǎo)作用，做到“起好頭、抓好點、收好尾”，構(gòu)思有張力的課堂教學(xué)前段。本文針對能源動力類本科教學(xué)和學(xué)生培養(yǎng)，結(jié)合西北工業(yè)大學(xué)能源動力類本科生的特點，圍繞課程思政教學(xué)設(shè)計和教師能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行了探討和分享。

1 西北工業(yè)大學(xué)能源動力類本科生特點

西北工業(yè)大學(xué)能源動力類本科生繼承了西北工業(yè)大學(xué)的優(yōu)良傳統(tǒng)，善于思考，基礎(chǔ)扎實，勤于學(xué)問，踏實肯干，并具有強(qiáng)烈的家國情懷。西北工業(yè)大學(xué)大學(xué)生從入校之初就秉承著航空航天報國夢想，一心為祖國的航空航天事業(yè)而奮斗。然而，不善言談也是大部分西北工業(yè)大學(xué)能源動力類學(xué)子一直以來的問題。要培養(yǎng)適應(yīng)時代潮流的綜合型人才，必須要有針對性地對這些問題進(jìn)行改變。另外，與之前不同的是，隨著社會和科技的飛速發(fā)展，學(xué)生優(yōu)越的成長環(huán)境和學(xué)校提供的先進(jìn)學(xué)習(xí)平臺，以及手機(jī)電腦等電子產(chǎn)品的普及，使學(xué)生接受新鮮事物的能力大大增強(qiáng)，然而，由于學(xué)生的價值觀點、思想素質(zhì)、人生態(tài)度的不同，在大學(xué)生活結(jié)束時的境遇也不盡相同。歸根結(jié)底還是取決于學(xué)生的人生態(tài)度，因此，在正確認(rèn)識當(dāng)代學(xué)生的真實狀態(tài)和訴求的基礎(chǔ)上，在切實了解學(xué)生人生價值觀的基礎(chǔ)上，針對性地融入思政元素，培養(yǎng)對專業(yè)的興趣。

2 能源動力類本科教學(xué)課程思政教學(xué)設(shè)計及教師能力培養(yǎng)

2.1 價值引領(lǐng)，融入思政元素，潤物細(xì)無聲

課程思政元素的融入不是僵硬地灌輸某種思想，而是將中華文化和傳統(tǒng)美德、愛國情懷和社會的正能量春風(fēng)細(xì)雨般地傳遞給學(xué)生，影響學(xué)生價值觀的形成，提高其道德修養(yǎng)，達(dá)到三全育人的效果。而如何挖掘課程思政元素，并且怎樣做到潤物細(xì)無聲，就要考驗教師的授課能力以及思政元素的挖掘了。例如，在講到散熱的方式以及冷卻散熱的應(yīng)用領(lǐng)域時，就可以給學(xué)生介紹航空發(fā)動機(jī)熱端部件的冷卻和芯片的冷卻；在體現(xiàn)專業(yè)技術(shù)重要性的同時，也可以給學(xué)生介紹國家目前在科技研發(fā)方面遇到的技術(shù)瓶頸，鼓勵同學(xué)們奮發(fā)圖強(qiáng)，激發(fā)同學(xué)們的愛國情懷。

傳熱學(xué)是一門既有基本理論又有深刻實際應(yīng)用背景的學(xué)科，經(jīng)驗性也較強(qiáng)，因此，基本上每一個重要的知識點都可以聯(lián)想到背后存在的實際工程問題。比如隔熱問題，其實質(zhì)是深刻理解了導(dǎo)熱的基本概念和導(dǎo)熱機(jī)理之后，采取減小導(dǎo)熱系數(shù)或降低溫度梯度的方式來減少熱量的傳遞。航天飛行器在高速飛行過程中，由于氣動熱導(dǎo)致頭部的熱防護(hù)問題、燃燒室筒體的被動熱防護(hù)問題都是多層導(dǎo)熱問題。因此，可以很好地在導(dǎo)熱基本理論的基礎(chǔ)上外延到目前先進(jìn)航天飛行器熱防護(hù)的問題上，使學(xué)生了解目前航天飛行器的發(fā)展現(xiàn)狀。在講解對流換熱冷卻問題時，很容易結(jié)合本學(xué)院的優(yōu)勢學(xué)科，即發(fā)動機(jī)中的先進(jìn)冷卻方法來進(jìn)行深入講解。氣膜冷卻是航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片高溫工作下最主要的冷卻方式，而針對氣膜冷卻效果的定義及相關(guān)理論則需要在扎實掌握對流換熱基本概念的基礎(chǔ)上才能深刻理解。通過廣泛介紹航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部工作環(huán)境的惡劣以及航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，讓學(xué)生認(rèn)識到發(fā)展航空發(fā)動機(jī)的難度，航空發(fā)動機(jī)被稱為“工業(yè)皇冠上的明珠”是名副其實的。同時，對于學(xué)生價值觀的引領(lǐng)也需要一個潛移默化的過程。例如，在介紹傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科時，一定要從熱力學(xué)第二定律引申。即熱量是自發(fā)地從高溫向低溫傳遞，而這其實是在告訴我們要遵循自然規(guī)律。就像導(dǎo)熱微分方程一樣，導(dǎo)熱傳熱的規(guī)律是符合導(dǎo)熱微分方程的。而在社會活動中，每個人都要服從一定的社會準(zhǔn)則和個人的行為準(zhǔn)則。而在這個大的社會準(zhǔn)則約束下，個人的發(fā)展取決于他的定解條件，即個人的性格、道德品行、人生目標(biāo)、價值取向等。以上思政案例均從課程本身的特點出發(fā)，面向能源動力類本科生的教學(xué)，自然滲透到知識點的講授全過程，可謂一舉多得。

2.2 小班教學(xué)，提升人文關(guān)懷，潛移默化

為適應(yīng)時代要求，做到因材施教，小班教學(xué)勢在必行。不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式，小班教學(xué)具備教學(xué)與研討相結(jié)合、師生互動容易、學(xué)生課堂反饋及時等優(yōu)勢。當(dāng)今社會，獨生子女從小獲取了更多的關(guān)愛，而進(jìn)入大學(xué)階段，很容易由于缺乏人文關(guān)懷而自尊心受到打擊。近幾年，西北工業(yè)大學(xué)能源動力類本科生也出現(xiàn)了類似的情況。由于中學(xué)時期學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)較重，學(xué)習(xí)時間較長，而且周末和假期也更多地被校外補(bǔ)課和課外培訓(xùn)占用，學(xué)生在心理上承受著極大的壓力。大學(xué)期間，很多更重要的任務(wù)落在他們肩上，然而，由于自尊心較強(qiáng)，在強(qiáng)大的心理壓力作用下很容易做出放棄自己的行為，而更重要的是缺乏關(guān)心和人文關(guān)懷讓學(xué)生感覺到無比失落。小班教學(xué)提高師生比，給學(xué)生提供更多與老師交流的機(jī)會，對于學(xué)生改變心理狀態(tài)、調(diào)整階段性目標(biāo)、重拾信心會有較好的幫助。另外，小班教學(xué)可以給予更多分組討論和發(fā)表觀點的機(jī)會，培養(yǎng)學(xué)生溝通能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，這樣一來，既可以提高學(xué)生的課堂參與度，及時反饋學(xué)生的接受程度，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整，又可以培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的狀態(tài)。教師的為人師表和淵博的學(xué)識很容易潛移默化地影響學(xué)生的性格和情操，也許教師不經(jīng)意間的一個舉動就會讓學(xué)生終身受益。小班教學(xué)有助于對學(xué)生開展過程性考核。在平時的教學(xué)過程中，可以通過提問的方式來考核學(xué)生對知識點的掌握程度，保證學(xué)生每節(jié)課有一次被提問的機(jī)會，讓學(xué)生保持較高的注意力，這樣一來，教師可以直接獲得學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋，客觀指出學(xué)生學(xué)習(xí)存在的問題，提高對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和方法的指導(dǎo)和引領(lǐng)；對于課程考核環(huán)境，在期末考試階段，除了傳統(tǒng)的筆試，又可以開展面試考核方式，包括對基本概念的認(rèn)識和解決問題方法的認(rèn)識?，F(xiàn)如今課堂上明顯發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于基本理論掌握得不扎實，同一個知識點換一種方式提問就會讓學(xué)生不知所措。期末考完結(jié)束基本上就忘記了大部分課程內(nèi)容，更談不上以后在工作中的理論與實踐結(jié)合。對于這個問題，功夫下在平時當(dāng)然是重要的，但還需要對知識點的掌握程度提出更高的要求。

2.3 深入淺出，揭示深層機(jī)理，水滴石穿

深入淺出的講課方式可以讓學(xué)生很快接受課程的重要知識點，可以有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深層次的思考，加深對問題的理解。傳熱學(xué)中包括很多前人提出的定律和概念，也包括很多與現(xiàn)實生活有關(guān)的算例，如何引導(dǎo)同學(xué)們對這些定律和概念背后深層次的含義進(jìn)行思考，如何從這些算例中看出問題的本質(zhì)。有些問題透露出了淺顯的道理，如在介紹傅里葉定律時簡單說了一句“熱流的方向與溫度梯度方向相反”，那么這個熱流的方向是怎么定義的，熱流是正值還是負(fù)值？這是因為熱力學(xué)第二定律提出了熱量從高溫流向低溫；如在講過熱量的定義之后，在一個題目中出現(xiàn)了求解保溫墻的熱量損失的問題，這時就要引導(dǎo)學(xué)生思考什么是熱量損失。這種對問題追根溯源的思考和背后機(jī)理的思考，才是解決問題的重點和難點；再比如，當(dāng)講到三類熱邊界條件時，對于滿足半無限大的一維導(dǎo)熱問題，在一個點是否可以同時給出兩種或三種邊界條件，如果沒有給出邊界條件怎么辦？有什么方法呢？答案是可以通過實驗測量的方法確定。雖然鍋爐里面的水溫不好測定，但是外壁面溫度是可以測定的，空氣的溫度是可以測定的，對流換熱系數(shù)也是可以測定的，這時便可以結(jié)合實驗室中的測試手段來講解對流換熱系數(shù)測定的具體方法。同樣，也可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用辯證的方法去看待科學(xué)問題。這樣一來，學(xué)生對知識點和問題就會理解得更深刻。

2.4 教討結(jié)合，掌握客觀規(guī)律，回歸本質(zhì)

傳統(tǒng)“一言堂”式的教育方式已經(jīng)越來越難滿足當(dāng)前社會發(fā)展的人才培養(yǎng)模式和當(dāng)代學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)。如今的高校學(xué)生，思維活躍、接受新鮮事物能力強(qiáng)，在這樣的背景下，需要發(fā)展教授與討論相結(jié)合的教學(xué)模式，有效促進(jìn)學(xué)生的課堂參與度，提高學(xué)生的思考能力和交流溝通能力。通過問題驅(qū)動，學(xué)生針對問題的出發(fā)點和背后的原理提出問題，掌握其客觀規(guī)律，就可以舉一反三地掌握知識。比如，當(dāng)講到一維半無限大物體的瞬態(tài)導(dǎo)熱時，有些問題中的物體為什么可以被當(dāng)作一維半無限大物體，什么樣的條件下一維半無限大假設(shè)不適用？當(dāng)講到導(dǎo)熱微分方程和定解條件時，介紹了三類邊界條件的定義、特點及區(qū)別，那么是否可以在同一個邊界上同時給出兩個邊界條件呢？比如在實際生活中，一個室內(nèi)墻壁表面的溫度可以通過溫度計來測定，墻壁附近的氣流的溫度、氣流與墻壁表面的對流換熱系數(shù)也都可以通過一些方法測量出來。在強(qiáng)制對流換熱的內(nèi)容中，對流換熱系數(shù)是一個綜合考慮了很多因素影響的參數(shù)，那么這些影響因素是如何影響對流換熱系數(shù)的取值和變化的？牛頓冷卻公式中的流體參考溫度是如何選取的，在實驗中是如何測量結(jié)構(gòu)的對流換熱系數(shù)的？而且，對于不同流動狀態(tài)的通道和換熱結(jié)構(gòu)，都有不同的努塞爾數(shù)準(zhǔn)則關(guān)系式，這些準(zhǔn)則關(guān)系式都考慮了哪些因素，在何種情況下適用？針對以上傳熱學(xué)理論中蘊(yùn)含但沒有過多解釋的問題，需要學(xué)生結(jié)合教材上的知識點進(jìn)行思考和討論，通過研討的方式更深刻地認(rèn)識問題背后存在的原理和內(nèi)涵，掌握事物發(fā)展的客觀規(guī)律和本質(zhì)，提高學(xué)生解決問題的思維和能力。否則，一味地給學(xué)生灌輸理論知識，學(xué)生不但很難掌握其中的機(jī)理，又容易產(chǎn)生畏難情緒和排斥心理，教育效果很難提升。透過現(xiàn)象看本質(zhì)，只有這樣，才能培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力，實現(xiàn)全面發(fā)展。

結(jié)語

結(jié)合西北工業(yè)大學(xué)能源動力類本科生的特點和我校軍工院校背景的特點，針對如何開展課程思政進(jìn)行了簡要的探討。小班教學(xué)有助于教師對學(xué)生給予更多的人文關(guān)懷，使教師直接獲得學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋，客觀指出學(xué)生學(xué)習(xí)存在的問題，提高對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和方法的指導(dǎo)和引領(lǐng)。能源動力類本科生培養(yǎng)，對教師授課能力的要求不斷提高，深入淺出的授課方式有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深層次的思考，加深對問題的理解。相比于傳統(tǒng)的“一言堂”式的教育方式，教授與討論的教學(xué)模式將更適合人才培養(yǎng)的發(fā)展和學(xué)生解決問題能力的提高。注重課程思政和專業(yè)教育協(xié)調(diào)發(fā)展，將立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生在建立專業(yè)基礎(chǔ)知識體系的基礎(chǔ)上，樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，實現(xiàn)全員育人、全程育人、全方位育人。