基于“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”理念的“工程熱力學(xué)”教學(xué)模式探索

摘 要 文章分析了“工程勢力學(xué)”傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，提出引入“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”可以激發(fā)學(xué)生的探索欲望和學(xué)習(xí)動力，培養(yǎng)其自主解決問題的能力。文章詳細(xì)闡述了“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”在“工程熱力學(xué)”課程中的具體實(shí)施步驟，包括課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)和課后拓展三個階段，并強(qiáng)調(diào)了教師在這一過程中的角色和作用，討論了如何設(shè)立多維度的評估機(jī)制以及收集并利用反饋信息來不斷優(yōu)化教學(xué)模式。以期為“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)改革提供新的思路和方法，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞 “挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”；“工程熱力學(xué)”；教學(xué)模式

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.31.038

Exploration of Teaching Mode for Engineering Thermodynamics

Based on the Concept of \"Challenging Learning\"

FU Huangxi

（School of Civil Engineering and Surveying amp; Mapping Engineering， Jiangxi University of Science and Technology，

Ganzhou， Jiangxi 341000）

Abstract The article analyzes the shortcomings of the traditional teaching mode of \"Engineering Force Studies\" and proposes that introducing \"challenge based learning\" can stimulate students' desire for exploration and learning motivation， and cultivate their ability to solve problems independently. The article elaborates on the specific implementation steps of \"challenging learning\" in the course of \"Engineering Thermodynamics\"， including three stages： pre class preparation， classroom teaching， and post class expansion. It emphasizes the role and function of teachers in this process， discusses how to establish a multidimensional evaluation mechanism， and collects and utilizes feedback information to continuously optimize the teaching mode. Hope to provide new ideas and methods for the teaching reform of the course \"Engineering Thermodynamics\"， and improve students' practical ability and innovative thinking.

Keywords \"Challenging Learning\"; Engineering Thermodynamics; teaching model

“工程熱力學(xué)”作為工科領(lǐng)域的一門重要基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容既深奧又實(shí)用，對于培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和科學(xué)思維具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往側(cè)重于理論知識的傳授，而忽視了對學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。這在一定程度上限制了學(xué)生的全面發(fā)展，也使得課堂教學(xué)顯得單調(diào)乏味。鑒于此，筆者嘗試將“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”理念引入“工程熱力學(xué)”教學(xué)，以期打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。

1" “挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”概述

“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”作為一種新興的教學(xué)理念，正逐漸在教育領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。這一理念的核心在于通過設(shè)定具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的探索欲望和學(xué)習(xí)動力，進(jìn)而培養(yǎng)其自主解決問題的能力[1]。它不同于傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，而是將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交還給學(xué)生，鼓勵他們在面對難題時迎難而上，通過實(shí)踐操作和團(tuán)隊協(xié)作，深化對知識的理解和掌握。

在“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”中，教師不僅是知識的傳授者，還是學(xué)習(xí)過程的引導(dǎo)者和促進(jìn)者。教師需要精心設(shè)計挑戰(zhàn)任務(wù)，這些任務(wù)既要符合學(xué)生的認(rèn)知水平，又要具有一定的難度，以激發(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)欲望。同時，教師還要在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中提供必要的指導(dǎo)和支持，幫助他們克服困難，實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化?！疤魬?zhàn)式學(xué)習(xí)”的實(shí)施，不僅有助于提升學(xué)生的知識技能，還能夠培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和批判性思維能力。在解決問題的過程中，學(xué)生需要學(xué)會分析問題、提出假設(shè)、設(shè)計方案、進(jìn)行實(shí)驗并得出結(jié)論，這一系列過程正是科學(xué)研究的縮影。因此，“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”對于學(xué)生的終身學(xué)習(xí)具有重要意義。

“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”還強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)相結(jié)合。學(xué)生在面對挑戰(zhàn)時，需要主動查找資料、分析問題，并與團(tuán)隊成員進(jìn)行交流討論，共同尋找解決方案[2]。這種學(xué)習(xí)方式不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，還能夠培養(yǎng)他們的團(tuán)隊協(xié)作精神和溝通能力。

2" “挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”教學(xué)模式的具體實(shí)施步驟

2.1" 課前準(zhǔn)備階段

課前準(zhǔn)備階段是“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”不可或缺的一環(huán)，其對于確保教學(xué)活動的連貫性和深度具有至關(guān)重要的作用。在此階段，教師需要深入挖掘“工程熱力學(xué)”的課程內(nèi)容，精準(zhǔn)識別并把握其中的關(guān)鍵知識點(diǎn)和難以理解的部分。這不僅要求教師對教材有透徹的理解，還需要備對學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)的敏銳洞察力。

在設(shè)計挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)時，教師必須確保任務(wù)與課程的核心內(nèi)容緊密相連。例如，任務(wù)可以圍繞熱力學(xué)第一、第二定律的實(shí)際應(yīng)用，或者深入探討熵的概念及其物理含義。這樣的設(shè)計旨在使學(xué)生在完成任務(wù)的過程中，能夠更深刻地理解和掌握這些熱力學(xué)的核心概念。同時，任務(wù)難度的設(shè)定也是一個需要精細(xì)考慮的問題。任務(wù)既不能過于簡單，讓學(xué)生感到缺乏挑戰(zhàn)性，也不能過于復(fù)雜，以免使學(xué)生產(chǎn)生挫敗感。因此，教師需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，制訂出既具挑戰(zhàn)性又切實(shí)可行的學(xué)習(xí)任務(wù)[3]。為了進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，教師可以結(jié)合具體的工程實(shí)例來設(shè)計任務(wù)。例如，通過分析一個具體的熱力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，或者探究在特定環(huán)境條件下系統(tǒng)的熵變化情況，可以使學(xué)生更好地將理論知識與解決實(shí)際問題相結(jié)合。這種以實(shí)際問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)任務(wù)，不僅有助于學(xué)生更直觀地理解抽象的熱力學(xué)原理，還能培養(yǎng)他們在未來工作中運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。

學(xué)生的課前準(zhǔn)備同樣重要。教師需要提前為學(xué)生提供相關(guān)的預(yù)習(xí)材料，引導(dǎo)他們對即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行初步的探索和理解。這些預(yù)習(xí)材料應(yīng)涵蓋課程的基本定義、關(guān)鍵公式的推導(dǎo)過程，以及熱力學(xué)在工程領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用案例等。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生可以對新課程內(nèi)容形成初步的認(rèn)識框架，為課堂上接受挑戰(zhàn)任務(wù)做好充分的知識和心理準(zhǔn)備。同時，預(yù)習(xí)過程還能幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的知識盲點(diǎn)和學(xué)習(xí)難點(diǎn)，使他們在課堂上能夠更加有針對性地學(xué)習(xí)和提問。

2.2" 課堂教學(xué)階段

在“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”的課堂教學(xué)階段，教師需通過精心的教學(xué)設(shè)計和靈活的課堂管理，引導(dǎo)學(xué)生積極參與挑戰(zhàn)任務(wù)，促進(jìn)知識的內(nèi)化和能力的拓展。

在課堂教學(xué)伊始，教師應(yīng)詳細(xì)解讀課前設(shè)計的挑戰(zhàn)任務(wù)，以幫助學(xué)生清晰地認(rèn)識到任務(wù)的目標(biāo)、意義及其實(shí)踐價值，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。通過預(yù)先分析挑戰(zhàn)任務(wù)中可能遇到的難點(diǎn)，教師可以幫助學(xué)生構(gòu)建起解決問題的初步框架，為后續(xù)的探索活動奠定基礎(chǔ)[4]。為了使學(xué)生在挑戰(zhàn)中更加游刃有余，教師需為學(xué)生提供必要的理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。這包括再次強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵的熱力學(xué)概念，推導(dǎo)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并提醒學(xué)生在實(shí)驗操作中應(yīng)注意的安全事項和操作規(guī)程。這些準(zhǔn)備工作能夠使學(xué)生在理論層面上有更深入的理解，在實(shí)踐操作中更加得心應(yīng)手。隨后學(xué)生自由組成小組，圍繞挑戰(zhàn)任務(wù)展開積極的討論與合作。小組討論的形式不僅能夠促進(jìn)學(xué)生間的交流與合作，還能有效提升學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力和溝通技巧。在討論中，學(xué)生應(yīng)充分利用課前準(zhǔn)備的知識和教師的指導(dǎo)，共同探討解決方案的可行性和實(shí)施細(xì)節(jié)。這一過程中，學(xué)生不僅能夠加深對熱力學(xué)知識的理解，還能在實(shí)際操作中不斷試錯、反思和進(jìn)步。

教師在小組討論中的角色也不容忽視。他們需要時刻關(guān)注學(xué)生的討論進(jìn)展，及時給予必要的指導(dǎo)和建議。指導(dǎo)內(nèi)容包括對熱力學(xué)原理的進(jìn)一步闡釋，對實(shí)驗方案的優(yōu)化，以及對數(shù)據(jù)分析方法的指導(dǎo)等。經(jīng)過教師的適時引導(dǎo)，學(xué)生的討論能夠更加深入、有序，同時保持思路的清晰和連貫。

課堂教學(xué)階段的“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”為學(xué)生提供了一個寶貴的實(shí)踐平臺，使他們能夠在真實(shí)的問題環(huán)境中不斷錘煉自己的團(tuán)隊協(xié)作、批判性思維和創(chuàng)新能力。這些技能的培養(yǎng)對學(xué)生的學(xué)術(shù)發(fā)展至關(guān)重要，是他們未來職業(yè)生涯中不可或缺的寶貴財富。

2.3" 課后拓展階段

課后拓展階段不僅是對課堂知識的鞏固和深化，還是對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力的全面檢驗。在此階段，學(xué)生需要獨(dú)立承擔(dān)起挑戰(zhàn)任務(wù)的實(shí)際操作，將課堂所學(xué)的熱力學(xué)原理和方法付諸實(shí)踐，通過親身操作來驗證理論的正確性。

學(xué)生在完成挑戰(zhàn)任務(wù)后，需要整理并提交一份詳細(xì)的解決方案報告。這份報告應(yīng)全面記錄任務(wù)完成的每一步操作和所得結(jié)果，同時深入反映學(xué)生在解決問題過程中的思考?xì)v程、嘗試的策略以及遇到的困難和挑戰(zhàn)。撰寫報告的過程，不僅鍛煉了學(xué)生的邏輯思維和書面表達(dá)能力，還促使他們對整個實(shí)踐過程進(jìn)行深入的反思和總結(jié)。教師則需根據(jù)學(xué)生提交的報告和實(shí)際操作情況，給出具體而細(xì)致的點(diǎn)評和指導(dǎo)。點(diǎn)評中，教師應(yīng)充分肯定學(xué)生在解決問題過程中展現(xiàn)出的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，同時明確指出存在的不足和需要改進(jìn)的地方。針對學(xué)生在熱力學(xué)理解和實(shí)踐操作上的薄弱環(huán)節(jié)，教師應(yīng)提出切實(shí)可行的改進(jìn)建議，幫助學(xué)生不斷提升自己的專業(yè)能力[5]。

課后拓展的價值遠(yuǎn)不止于鞏固課堂知識，更重要的是，它為學(xué)生提供了一個難得的實(shí)踐機(jī)會，讓他們能夠在真實(shí)的環(huán)境中運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。在這一過程中，學(xué)生的問題解決能力、創(chuàng)新思維以及自主學(xué)習(xí)能力都將得到極大的提升。此外，通過教師的及時反饋，學(xué)生能夠更加清晰地了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和水平，為未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展制訂更為合理的規(guī)劃。

課后拓展階段還是連接學(xué)校教學(xué)與實(shí)際工程應(yīng)用的橋梁。在這一階段，學(xué)生可以接觸到更多與工程實(shí)踐相關(guān)的案例和問題，從而增強(qiáng)他們對工程熱力學(xué)理論的實(shí)際應(yīng)用能力。這種以實(shí)踐為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式，不僅能夠提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，還能為他們未來的職業(yè)生涯奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3" 教學(xué)效果評估與反饋

3.1" 設(shè)立多維度的評估機(jī)制

在“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”中，評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果是確保教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的單一考試成績評估方式已無法滿足這種新型教學(xué)模式的需求，因此，需要構(gòu)建一個多維度的評估體系。這一體系不僅包括傳統(tǒng)的書面測試，還應(yīng)融入對實(shí)踐操作能力的考核、團(tuán)隊協(xié)作能力的觀察以及創(chuàng)新思維能力的評估。例如，可以通過設(shè)置熱力學(xué)實(shí)驗操作考核來檢驗學(xué)生將理論知識運(yùn)用于實(shí)踐的能力；通過觀察學(xué)生在小組討論和協(xié)作中的表現(xiàn)來評價他們的團(tuán)隊協(xié)作能力；通過要求學(xué)生提交創(chuàng)新性的解決方案或設(shè)計來評估他們的創(chuàng)新思維。

評估過程中還應(yīng)注重學(xué)生自我反思和自評能力的培養(yǎng)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行回顧和總結(jié)，從而幫助他們認(rèn)識到自己的學(xué)習(xí)進(jìn)步和需要改進(jìn)的地方。這種自我評估的方式不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，還能夠提高他們的學(xué)習(xí)積極性和責(zé)任感。

3.2" 收集并利用反饋信息進(jìn)行教學(xué)模式優(yōu)化

在“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”過程中，收集并利用學(xué)生和教師的反饋信息是不斷優(yōu)化教學(xué)模式的重要途徑。教師可以通過定期的問卷調(diào)查、面對面交流或在線討論等方式，主動收集學(xué)生和同行的意見和建議。這些反饋信息應(yīng)涵蓋教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的運(yùn)用、課堂氛圍的營造以及學(xué)習(xí)資源的提供等多個方面。收集到反饋信息后，教師應(yīng)進(jìn)行細(xì)致的分析和整理，找出教學(xué)中存在的問題和不足。針對這些問題，教師可以及時調(diào)整教學(xué)策略，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法，以提高教學(xué)效果。例如，如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生在熱力學(xué)某些概念上存在普遍的理解困難，教師可以設(shè)計更直觀、生動的教學(xué)方式來幫助學(xué)生理解；如果學(xué)生在實(shí)踐操作中遇到障礙，教師可以提供更多的實(shí)驗指導(dǎo)和操作機(jī)會。

教師還應(yīng)鼓勵學(xué)生提供反饋，培養(yǎng)他們的批判性思維和參與意識。學(xué)生的反饋不僅可以幫助教師改進(jìn)教學(xué)，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，促進(jìn)教與學(xué)的良性互動。通過這種持續(xù)的反饋和優(yōu)化過程，“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”教學(xué)模式將更加適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，收到更好的教學(xué)效果。

4" 結(jié)語

本研究通過將“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”理念應(yīng)用于“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)，旨在打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。通過課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)和課后拓展三個階段的精心設(shè)計，以及多維度的評估機(jī)制和反饋信息的收集利用，“挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)”有望為工科教育帶來新的活力。

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