工程熱力學(xué)課程全程式-過程化考核探索與實踐

劉高潔

（上海理工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，上海 200093）

2019年9 月，《教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》（簡稱《意見》）指出，“完善過程性考核與結(jié)果性考核有機(jī)結(jié)合的學(xué)業(yè)考評制度，綜合應(yīng)用筆試、口試、非標(biāo)準(zhǔn)答案考試等多種形式，科學(xué)確定課堂問答、學(xué)術(shù)論文、調(diào)研報告、作業(yè)測評、階段性測試等過程考核比重”[1]。為深入貫徹落實全國教育大會精神，落實上述《意見》的要求，需深化課程教學(xué)改革，加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程管理，完善過程性考核與結(jié)果性考核有機(jī)結(jié)合的學(xué)業(yè)考評制度。自2019—2020 學(xué)年第二學(xué)期開始，上海理工大學(xué)決定在部分本科課程中先行先試，推行本科課程全程式-過程化考核工作。全程式-過程化考核過程需做到考核方法科學(xué)及考核形式多樣、考核內(nèi)容覆蓋面廣、考核過程可回溯、考核結(jié)果公平，考核結(jié)果全面真實反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況，學(xué)業(yè)記錄全程留痕，避免單一結(jié)果性考核“一考定成績”的弊端[2-3]。

一 課程簡介

工程熱力學(xué)，作為上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院所有專業(yè)的大二學(xué)生在開始學(xué)習(xí)專業(yè)課程之前所必須學(xué)習(xí)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，主要研究熱能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律。該課程有效銜接基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程學(xué)習(xí)，同時也為課程設(shè)計、企業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等實踐課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。課程教學(xué)中使用以課堂講授為主、線上學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，同時設(shè)置翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)。本課程于2023 年4 月獲批第二批國家級一流本科課程。

二 課程考核情況介紹

工程熱力學(xué)（以下簡稱“本課程”）是能源動力類專業(yè)工程基礎(chǔ)類課程，是專業(yè)培養(yǎng)方案中完成畢業(yè)要求指標(biāo)點的關(guān)鍵課程，同時也是學(xué)生未來從事能源相關(guān)的設(shè)計、研發(fā)等行業(yè)的必備課程，在培養(yǎng)人才過程中起到重要的、關(guān)鍵性的作用。

本課程設(shè)有4 個學(xué)分，64 個學(xué)時。授課采用線下講授和線上慕課相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，線上慕課資源為在一網(wǎng)暢學(xué)平臺和超星學(xué)習(xí)通平臺建立的工程熱力學(xué)慕課，其中2019—2020 學(xué)年第二學(xué)期和2021—2022 學(xué)年第二學(xué)期線下講授部分受新冠感染疫情（簡稱“新冠疫情”）影響轉(zhuǎn)為線上講授。

本課程根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案中指標(biāo)點1-3 和指標(biāo)點2-1 確定教學(xué)目標(biāo)。指標(biāo)點具體描述如下。

指標(biāo)點1-3：掌握解決能源與動力工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的工程基礎(chǔ)知識，具有針對能源與動力工程專業(yè)復(fù)雜問題進(jìn)行模型描述的能力。

指標(biāo)點2-1：辨識能源與動力工程領(lǐng)域復(fù)雜問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)，界定工程問題所屬的學(xué)科領(lǐng)域。

根據(jù)上述指標(biāo)點，將課程目標(biāo)劃分為三類，分別為知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。三類目標(biāo)具體要求如下。

知識目標(biāo)：要求學(xué)生掌握工程熱力學(xué)基本概念和基本定律；運用熱力學(xué)基本方程式和常用工質(zhì)的熱力性質(zhì)圖表對熱力過程和熱力循環(huán)進(jìn)行分析及正確求解。

能力目標(biāo)：要求學(xué)生掌握后繼專業(yè)課程必需的熱能和其他能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的基礎(chǔ)知識，并掌握提高能量利用率的基本原則和主要途徑。

素質(zhì)目標(biāo)：訓(xùn)練學(xué)生的思維能力和實踐能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)及分析和解決動力領(lǐng)域中各種實際問題的能力，綜合運用上述知識和能力，解決日后工作和再學(xué)習(xí)過程中實際問題的能力。

課程目標(biāo)對應(yīng)的考核內(nèi)容主要圍繞基礎(chǔ)知識、思維能力和綜合素養(yǎng)這三方面來進(jìn)行。傳統(tǒng)的考核方式主要依賴于期末考試成績，這種單一的評價方式容易忽視學(xué)生的平時表現(xiàn)和階段性學(xué)習(xí)成果，不利于全面評價學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。因此，自2019—2020 學(xué)年第二學(xué)期以來，工程熱力學(xué)采用的是全程式-過程化考核，其中，平時考核和期末考核各占50%，平時考核中項目測評占10%（共兩次，每次占5%），期中測評占10%，項目報告占10%，課堂綜合表現(xiàn)占20%（表1）。

表1 工程熱力學(xué)A 課程全程式-過程化考核成績占比表

三 全程式-過程化考核的實施過程

根據(jù)人才培養(yǎng)方案中指標(biāo)點1-3 和指標(biāo)點2-1，工程熱力學(xué)課程進(jìn)行了項目化改革，將課程劃分成兩大類項目，即基礎(chǔ)知識類項目和應(yīng)用類項目。基礎(chǔ)知識類項目包括基本概念、熱力學(xué)第一定律、工質(zhì)性質(zhì)、基本熱力過程和熱力學(xué)第二定律五個項目；應(yīng)用類項目包括氣體流動過程增速方案設(shè)計、壓氣機(jī)節(jié)能方案設(shè)計、氣體動力循環(huán)能效提升方案設(shè)計、蒸汽動力循環(huán)能效提升方案設(shè)計和制冷循環(huán)能效提升方案設(shè)計五個項目，共計十個項目。每個項目設(shè)有具體教學(xué)目標(biāo)；依照教學(xué)目標(biāo)，將每個項目劃分成以知識點和技能點組合而成的課點；項目結(jié)束后針對課點進(jìn)行考核。表2 以項目八為例給出了項目的教學(xué)矩陣。

表2 項目八——“氣體動力循環(huán)能效提升方案設(shè)計”的教學(xué)矩陣

工程熱力學(xué)課程全程式-過程化考核具體實施過程及評價情況如下。

項目測評：通過開放性思考題和設(shè)計類計算題考察學(xué)生對項目課點的掌握度。共進(jìn)行兩次，項目測評一是對基本概念、熱力學(xué)第一定律和工質(zhì)性質(zhì)這三個基礎(chǔ)知識類項目進(jìn)行掌握度測評；項目測評二是對氣體流動過程增速方案設(shè)計、氣體壓縮過程減耗方案設(shè)計這兩個應(yīng)用項目進(jìn)行掌握度測評；兩次項目測評各占比5%，總計10%。

期中測評：通過開放性思考題和設(shè)計類計算題對五個基礎(chǔ)知識類項目進(jìn)行掌握度測評，占比10%。

項目報告：為每個項目結(jié)束后上交的項目設(shè)計報告，主要考察學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力。報告成績優(yōu)秀記100分；成績良好記80 分；成績及格記60 分；不及格或未上交記為0 分。一共需上交10 份報告，取10 次平均分，占比10%。

課堂綜合表現(xiàn)：每個項目結(jié)束后對進(jìn)行一次項目課點測試，題型為開放性思考題。一共進(jìn)行10 次測試，取10 次平均分，占比20%。無故不參加測試的，按不及格處理。另外，設(shè)立考勤減分項和翻轉(zhuǎn)課堂加分項，課堂綜合測評上限為100 分。

四 過程化改革的亮點

（一）對課程進(jìn)行項目化教學(xué)改革

自我國提出“雙碳”目標(biāo)以來，如何最大限度地節(jié)能增效，做到積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，成為新一代能動人所必須面對的問題。熟練掌握工程熱力學(xué)的相關(guān)知識，對實際工作中的熱力過程和熱力循環(huán)進(jìn)行分析，提出提高能源利用率的具體途徑與措施，是學(xué)生成為一名優(yōu)秀能動人所必備的技能。

但是，工程熱力學(xué)這門課程理論邏輯性強(qiáng)，概念抽象，學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生難于理解，存在畏難情緒[4]。為幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)信心和興趣，確保課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)，本課程將學(xué)習(xí)過程劃分為十個項目，每個項目可以是一個待解決的概念或者待計算的某具體工程問題。學(xué)生要完成每一個項目，需要掌握項目中各項子問題的解決方案。因此，教師需先通過邏輯分析梳理出一系列子問題，形成一條子問題鏈[5]。這些子問題一環(huán)扣一環(huán)，在解決子問題1 的過程中會衍生出子問題2 或者更多新的子問題，學(xué)生需要順著這些子問題的牽引去思考，最終掌握知識點。例如，工程熱力學(xué)中五個應(yīng)用類項目是五個基礎(chǔ)知識類項目在具體工程實際中的應(yīng)用，其新知識點是不同設(shè)備工作原理的簡化，教師需從工程實際問題出發(fā)，運用多媒體手段讓學(xué)生對設(shè)備有一個具象的認(rèn)知，然后進(jìn)行簡化和抽象，讓學(xué)生更好地理解實際設(shè)備中各概念的應(yīng)用。此外，在項目化教學(xué)過程中可以適當(dāng)加入科研案例[6]。根據(jù)教學(xué)實踐可以發(fā)現(xiàn)，在項目化教學(xué)中增加科研案例的敘述，能增強(qiáng)學(xué)生的興趣，從而調(diào)動學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)新思維，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

下面列舉兩個應(yīng)用類項目的具體教學(xué)方案。

1 壓氣機(jī)節(jié)能方案設(shè)計

壓縮氣體在工程上有廣泛的用途。傳統(tǒng)教學(xué)時該部分內(nèi)容通過教師講授的模式對壓氣機(jī)的熱力過程進(jìn)行講述，學(xué)生理解起來非常困難。進(jìn)行項目改革后，該項目以生活中常用到的打氣筒作為切入點，降低學(xué)生的理解難度。為了解決單級活塞式壓氣機(jī)的耗功這一問題，根據(jù)打氣筒基本工作原理與壓氣機(jī)相同，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在了解壓氣機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上根據(jù)前面所學(xué)到的知識推導(dǎo)出單級活塞式壓氣機(jī)的耗功。由于工程實際中壓氣機(jī)所需耗功因壓縮過程不同而異，教師繼而引導(dǎo)學(xué)生通過對比不同情況下的耗功來制訂出節(jié)能方案，這樣不僅鞏固了課程知識，還培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2 壓燃式柴油機(jī)能效提升方案設(shè)計

壓燃式柴油機(jī)的工作過程是氣體動力循環(huán)這一大章節(jié)知識點的內(nèi)容。傳統(tǒng)教學(xué)時，由于壓燃式柴油機(jī)實際循環(huán)非常復(fù)雜，即使把實際問題抽象成理想氣體動力循環(huán)，由于循環(huán)包括的過程較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在抵觸情緒，教學(xué)效果不甚理想。將該部分內(nèi)容改為壓燃式柴油機(jī)能效提升方案設(shè)計項目后，該項目以能效提升方案為主題，讓學(xué)生有一個明確的目標(biāo)，在達(dá)到目標(biāo)的過程中可引導(dǎo)學(xué)生將熱力學(xué)第一定律、理想氣體狀態(tài)方程、過程方程式和熱力學(xué)第二定律等基礎(chǔ)知識運用到壓燃式柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性分析中，以便于制訂出相應(yīng)的節(jié)能措施。

通過項目化學(xué)習(xí)，學(xué)生在項目推進(jìn)過程中強(qiáng)化了基礎(chǔ)知識的掌握，達(dá)成課程的知識目標(biāo)；利用知識點間邏輯銜接、環(huán)環(huán)相扣的特點開展科學(xué)的邏輯分析和推理，以驅(qū)動自身獨立思考、實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。培養(yǎng)了學(xué)生解決動力領(lǐng)域中各種實際問題的能力，達(dá)成課程的能力目標(biāo)。最為重要的是，項目化教學(xué)在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維，從而達(dá)成課程的素質(zhì)目標(biāo)。

（二）橫縱結(jié)合的過程化考核形式

工程熱力學(xué)采用全程式-過程化考核方式，平時考核占比50%。過程性考核不是出勤、作業(yè)、項目報告成績的簡單堆疊，而是具有考核的完整性，即不僅要對每一項目的課點進(jìn)行橫向考核，還需要在其結(jié)束后進(jìn)行綜合性的縱向考核[7]。而縱向考核需要在牢固的橫向考核基礎(chǔ)上建立起來，環(huán)環(huán)相扣。

橫向上，每一項目結(jié)束后會安排一次項目課點測試，通過開放性思考題的形式小范圍地考察學(xué)生對課點知識的掌握情況。教師會明確給出測試的具體時間，不發(fā)起突然襲擊，讓學(xué)生有充分的準(zhǔn)備時間；每次測試時長為5 分鐘，不占用太多的授課時間。此外，安排兩次項目測試，每次測試時長為45 分鐘；安排一次期中測試，測試時長為90分鐘。通過開放性思考題和設(shè)計類計算題較大范圍地考察學(xué)生對課點知識的認(rèn)識水平。

縱向上，通過項目報告考核學(xué)生判斷、分析、綜合和運用的能力。例如在項目六氣體流動過程增速方案設(shè)計下，要求學(xué)生撰寫拉法爾噴管的設(shè)計報告，涵蓋噴管設(shè)計的整體流程及設(shè)計計算。學(xué)生需在掌握改變氣體流動的力學(xué)條件和幾何條件的基礎(chǔ)上設(shè)計出使空氣流速從亞聲速增加到超聲速的噴管，并考慮摩擦的影響。

通過橫縱向相結(jié)合的考核形式，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。下面以2021—2022 學(xué)年第二學(xué)期的課程考核為例說明課程實施的具體情況。由表3 可知，教學(xué)班第一次項目測評及格率僅為62.2%，通過項目化教學(xué)的有效開展，后續(xù)測評及格率穩(wěn)步提升，分別為82.2%和84.4%，期末考核及格率為88.9%，總評及格率達(dá)到93.3%，在新冠疫情影響下工程熱力學(xué)能達(dá)到此及格率實屬不易。

表3 工程熱力學(xué)A 課程全程式-過程化考核成績匯總表

（三）思政元素的融入

課程思政是一種將思想政治教育融入專業(yè)課程的教學(xué)方法，通過挖掘課程中的思政元素，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的價值觀和思想觀[8]。在工程熱力學(xué)中，可以挖掘以下思政元素[9-10]：①能源意識。工程熱力學(xué)研究的是能源轉(zhuǎn)換和利用的基本原理，因此可以結(jié)合我國的能源現(xiàn)狀和能源政策，培養(yǎng)學(xué)生的能源意識和環(huán)保意識。②工程倫理。在講解工程案例時，可以引入工程倫理的觀念，引導(dǎo)學(xué)生討論如何在工程實踐中遵循誠信、責(zé)任和公義的原則。③科學(xué)精神。通過介紹工程熱力學(xué)的發(fā)展歷程和科學(xué)家們的探索精神，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識。④家國情懷。可以結(jié)合我國的能源現(xiàn)狀和能源發(fā)展計劃，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和社會責(zé)任感。

在全程式-過程化考核中，也需要將思政元素融入考核內(nèi)容之中。例如，在項目報告或階段性測試中，可以設(shè)置與能源意識、工程倫理等相關(guān)的題目，也可加入科學(xué)精神和家國情懷等元素的題目，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

五 結(jié)束語

全程式-過程化考核方法能夠全面評價學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。與傳統(tǒng)的單一期末考試成績評價方式相比，全程式-過程化考核方法能夠更好地了解和掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，尤其能夠準(zhǔn)確反映學(xué)生的平時表現(xiàn)和階段性學(xué)習(xí)成果。此外，該考核方法能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和綜合能力。通過平時成績的評分標(biāo)準(zhǔn)和階段性測試，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力，提高其課堂參與度和自主學(xué)習(xí)能力；同時，還能促使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思考方式，培養(yǎng)其綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。