新形勢下“熱學”一流核心課程建設研究

摘 要：在“101計劃”背景下，為更好地踐行“立德樹人”這一高等教育目標，我們從建設一流核心課程這一“小切口”出發(fā)，系統(tǒng)分析了課程建設中的現(xiàn)狀以及存在的問題。首先，通過對“熱學”課程內(nèi)容進行重塑，緊跟學術(shù)前沿，以提升課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。其次，創(chuàng)新教學模式，增強學生的主動性、積極性。再次，促進科教融合和實踐拓展，增強學生的實踐經(jīng)驗以解決當前教學中的問題。最后，建立多元化的評價體系以全面評估學生的學習過程。對于“熱學”課程的主講教師來說，應當堅持在教學過程中不斷融入新鮮的前沿科學知識，并不斷創(chuàng)新適合學生的教學方法，從而提高培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的能力。

關(guān)鍵詞：101計劃；立德樹人；一流核心課程；拔尖創(chuàng)新人才

隨著中國高等教育“雙一流”建設的推進，提高教學質(zhì)量和培養(yǎng)優(yōu)秀人才已成為高校的重要使命?！半p一流”建設作為中共中央和國務院為加快我國高等教育強國建設所作出的重大戰(zhàn)略決策和部署，在推動中國高等教育向世界一流邁進，培養(yǎng)具有全球競爭力的人才和學科方面起到了重要作用［1］。為了實現(xiàn)這一目標，國務院于2015年10月24日發(fā)布了《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》。該總體方案明確了“以中國特色、世界一流為核心，以立德樹人為根本，以支撐創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、服務經(jīng)濟社會發(fā)展為導向，加快建成一批世界一流大學和一流學科，提升我國高等教育綜合實力和國際競爭力”的指導思想。立德樹人是“雙一流”建設的根本目標，在這一建設背景下，2024年4月19日，高等教育教學改革進行了一項新實踐，即基礎(chǔ)學科系列“101計劃”［2］。這一計劃是拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的一項筑基性工程，重點任務是建設一批具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的一流核心課程，一批反映國際學術(shù)前沿、具有中國特色的一流核心教材，一支一流教師團隊和一批科教融匯產(chǎn)教融合的一流實踐項目，以課程、教材、教師、實踐項目等基礎(chǔ)要素“小切口”，牽引教育教學模式“大改革”。新形勢下，進行“熱學”專業(yè)課程教學模式改革刻不容緩，培養(yǎng)符合時代要求的復合型人才是當前專業(yè)教師亟待思考的問題。

一、“熱學”課程建設的情況分析

當前“熱學”課程建設存在以下問題：（1）教學內(nèi)容固化。課程教學內(nèi)容固化，不能做到與時俱進，不能反映前沿科學問題的研究進展，并且教學過程只注重理論知識講授、課堂育人功能不強。（2）教學模式單一。傳統(tǒng)“熱學”教學模式主要以書本知識的理論講解為主，這種教學模式與當前立德樹人的要求不相適應，且矛盾尤為突出，學生只是在被動地、單一地接受知識，缺乏主動性和實踐能力的培養(yǎng)。這種單一的教學模式可能導致學生對于“熱學”理論理解和應用有所欠缺，不能很好培養(yǎng)學生協(xié)作創(chuàng)新、解決問題的能力，也無法實現(xiàn)全程育人、全方位育人的目的。（3）缺乏多學科交叉，不能與實踐融合?！盁釋W”作為一門基礎(chǔ)學科，在學生學習過程中存在著：①實踐活動不足，學生在實際操作中掌握熱學原理和技能的機會有限；②理論與實際聯(lián)系欠缺，教學缺乏與工程、物理、環(huán)境科學等學科的交叉融合，未能充分展示熱學的廣泛應用和重要性。（4）缺乏科學的評價教學體系。一個科學有效的評價教學體系能夠?qū)W生的學習情況進行全面、客觀的評估，并為教師提供反饋信息和改進教學的指導。傳統(tǒng)的評價方式往往只注重學生對知識的掌握程度，而忽略了對學生的理解和應用能力的評估。

二、“熱學”課程建設的意義

課程改革旨在提升“熱學”課程的教學效果。一線教學人員在“熱學”教學模式改革過程中進行了很多嘗試［35］。教學內(nèi)容重構(gòu)，提升課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，提升學生解決問題的能力，增強學生的綜合素質(zhì)。采用“翻轉(zhuǎn)課堂—循環(huán)教學”教學模式，希望幫助學生提升學習效果。通過問題導向和任務驅(qū)動的模式，激發(fā)學生的主動學習和創(chuàng)新思維。激發(fā)學生在課堂內(nèi)外的綜合參與興趣，加深對熱學理論的理解和應用。

擴展實驗室實踐環(huán)節(jié)，旨在為學生提供更多的操作機會，通過親自參與實驗設計和操作，提升實驗技能；多樣化的實驗內(nèi)容和獨立研究項目提升了學生的實驗操作能力和科研素養(yǎng)，培養(yǎng)了他們創(chuàng)新能力、獨立實驗研究能力，增強學生的科學精神和創(chuàng)新能力。

通過強化熱學與其他學科（如物理學、工程學、環(huán)境科學）的融合，展示熱學在不同領(lǐng)域中的重要性，拓寬學科視野，提升了學生綜合思考和解決問題能力。這種跨學科的教學方法有助于學生從多角度理解熱學知識并應用于實際問題。

完善的評價體系能夠全面衡量學生的學習情況，包括知識掌握、概念理解和應用能力。通過過程評價和個性化指導，綜合考慮學生的學習狀態(tài)和個體差異，精準評價，提供準確的學習反饋，評價結(jié)果也為教師提供改進教學策略和內(nèi)容的參考依據(jù)。

三、“熱學”一流課程建設方法探究

（一）明確教學目標，重構(gòu)課程內(nèi)容

（1）注重學生“知識、能力、素質(zhì)、價值”四位一體的培養(yǎng)，要求教學目標明確且具有層次化。第一，系統(tǒng)掌握基礎(chǔ)理論。引導學生掌握熱學的基本概念、原理和理論體系，建立物理思維模式，為后續(xù)課程奠定扎實基礎(chǔ)。通過設置分層次的學習目標，區(qū)分基礎(chǔ)知識、核心概念和高級應用，使學生在掌握基礎(chǔ)理論的同時，逐步提高分析和解決復雜問題的能力。第二，注重能力培養(yǎng)與實踐應用，培養(yǎng)學生將熱學理論與實際問題結(jié)合的能力，強化定量計算和科學分析的技能。通過案例研究和實際問題解決任務，設計與現(xiàn)實生活緊密相關(guān)的實驗和項目，培養(yǎng)學生的分析能力和應用能力。第三，注重素質(zhì)教育與團隊協(xié)作，增強學生的團隊協(xié)作能力、創(chuàng)新意識及科學素養(yǎng)。通過組織小組合作任務和項目，鼓勵創(chuàng)新性思維，提供機會讓學生在團隊中擔任不同角色，提升合作能力和解決問題的綜合素質(zhì)。

（2）建設有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的一流課程。注重融合前沿研究與應用，將熱力學在納米技術(shù)、數(shù)據(jù)科學、人工智能、生物物理等領(lǐng)域的最新研究成果融入教學內(nèi)容。通過更新教材和課程大綱，添加前沿案例和應用實例，安排專題講座或研討會，讓學生了解最新的研究趨勢和技術(shù)應用。建設“熱學”課程教學資源，涵蓋課件、習題庫和實驗指導案例。注重建立動態(tài)更新的資源庫，支持教師和學生訪問，整合教學內(nèi)容，提供多樣化的學習資源和支持材料。

（二）革新教學模式

（1）“問題導向、任務驅(qū)動”的“循環(huán)教學模式”改革。多年來，學校一直努力推進“熱學”課程教學內(nèi)容與教學模式改革，改善“熱學”教學中存在的問題。最初開展“問題導向、任務驅(qū)動”的“循環(huán)教學模式”改革，結(jié)合教學實踐，逐漸引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式，實現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂—循環(huán)教學模式”相結(jié)合的分層次教學，適應學生的不同學習要求。目前，通過逐步在教學內(nèi)容中融入“思政元素”“熱力學相關(guān)前沿問題”，構(gòu)建“知識、能力、素質(zhì)、價值”四位一體的教學目標?！把h(huán)教學模式”需要授課團隊結(jié)合課程中的重點、難點及熱力學最新研究進展，提出適合學生研究的科學問題，之后交給各個研習小組，在教學團隊的指導下開展選定的科學問題的研究工作，并將完成的結(jié)果反饋回課堂教學，達到鞏固基礎(chǔ)、實現(xiàn)理論聯(lián)系實際的目的，提高學生的學習積極性。通過實施“循環(huán)教學模式”，顯著提高學生學習的高階性，學生協(xié)作創(chuàng)新、解決問題的能力，有效地解決教學內(nèi)容枯燥、教學模式單一、難以完成學生綜合能力培養(yǎng)的問題。

（2）在“熱學”教學過程中引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式。在教學的過程中，主講教師將每章教學重點、難點及相關(guān)習題進行布置，由學生提前獨立完成，在每章課程結(jié)束之后，隨機抽取已布置的問題，并隨機指定學生分享其完成的結(jié)果，并由學生詳細講解，在此基礎(chǔ)上開展課堂討論。根據(jù)學生討論結(jié)果，可以清楚地掌握學生對“熱學”基本理論的掌握情況。對學生掌握較好的問題，教師進一步強調(diào)，加強知識鞏固；對于學生普遍掌握較差的問題，教師重新講解，夯實理論基礎(chǔ)。這種“雙隨機翻轉(zhuǎn)課堂模式”有效地規(guī)避了傳統(tǒng)作業(yè)模式帶來的弊端，不僅夯實學生的理論基礎(chǔ)，活躍了課堂教學氛圍，還培養(yǎng)了學生獨立思考、解決復雜問題的綜合能力，同時，學生的參與程度也為建立多元的教學評價體系提供了依據(jù)。目前，在教學內(nèi)容中逐漸融入“思政要素”，通過介紹我國科學家在熱力學理論發(fā)展過程中的貢獻，突出科學精神、工匠精神、民族自豪感，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂—循環(huán)教學模式”的優(yōu)勢，開展“熱學”課程的分層次教學，以期實現(xiàn)“知識、能力、素質(zhì)、價值”四位一體的培養(yǎng)目標。

（三）科教融合，緊跟學術(shù)前沿

（1）拓展實驗、競賽實踐。通過拓展實驗室實踐環(huán)節(jié)，可以為學生提供更多實際操作的機會，深化對熱學理論的理解，并培養(yǎng)他們的實驗技能和分析能力。首先，拓展實驗室實踐可以讓學生親自參與實驗設計和操作。學生可以通過設計和搭建自己的實驗裝置，進行熱學實驗的準備工作。在實驗過程中，他們可以獨立操作儀器、記錄數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理和分析。通過親身參與實驗，學生可以更加深入地理解熱學原理，掌握實驗技巧，提高實驗操作的熟練度。其次，拓展實驗室實踐可以引入更多復雜的熱學實驗內(nèi)容。除了傳統(tǒng)的熱傳導實驗，可以考慮引入熱輻射、傳熱換熱等領(lǐng)域的實驗。最后，實驗室實踐還可以鼓勵學生開展獨立的實驗研究項目。教師可以引導學生選擇感興趣的熱學問題，設計和實施相應的實驗方案，并進行數(shù)據(jù)采集和分析。通過獨立實驗研究，學生能夠更深入地理解熱學理論，并鍛煉科研能力和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)他們的科學精神和工匠精神。

（2）強化跨學科融合。在教學中，應該突破學科邊界，將不同學科的知識和方法相結(jié)合，展示熱學在不同領(lǐng)域中的重要性和應用。通過強化跨學科融合，可以幫助學生更好地理解熱學的實際應用，并培養(yǎng)他們綜合思考和解決問題的能力。例如，在與物理學科的結(jié)合中，可以通過研究熱傳導過程，引導學生探索熱學與傳熱、熱力學等物理學概念的關(guān)系，深化對熱學原理的理解。與工程學科的結(jié)合中，可以讓學生了解熱學在工程領(lǐng)域中的應用，如建筑節(jié)能設計、熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等，培養(yǎng)他們的工程思維和創(chuàng)新能力。與環(huán)境科學學科的結(jié)合中，可以探討熱學在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展中的作用，引導學生思考熱學對環(huán)境的影響和應對策略。通過與其他學科的融合，學生能夠從多個學科的角度來理解和應用熱學知識，拓寬他們的學科視野。另外，教師可以設計跨學科的課程項目，讓學生在實際問題中運用多學科知識解決熱學相關(guān)的挑戰(zhàn)。這樣的項目可以培養(yǎng)學生的團隊合作能力、跨學科思維和創(chuàng)新能力，并提供實際問題解決的實踐機會，樹立報國熱情。

（四）完善“熱學”評價教學體系

為全面衡量學生的學習情況，評價內(nèi)容應包括知識掌握的程度、對概念和原理的理解、解決問題的能力以及將熱學知識應用于實際問題的能力等。評價體系應當涵蓋學生學習的各個教學環(huán)節(jié)，綜合考慮學生的學習狀態(tài)，重視質(zhì)量和過程評價，不僅可以更準確地了解學生的學習情況，還能夠激發(fā)學生的學習動力和創(chuàng)新思維。每個學生的學習風格和興趣不同，因此評價體系應充分考慮學生的個體差異，并給予個性化的指導和支持。同時，也應適當增加非標準化、綜合性的討論、作業(yè)和測試，提升課程學習的挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)他們高階能力的同時收集學生反饋?；诜答佇畔?，幫助學生了解自己的不足之處并加以改進，也適時地提醒教師根據(jù)反饋結(jié)果調(diào)整教學策略和教學內(nèi)容，提高教學效果。評價體系應與教學目標和教學內(nèi)容相匹配。評價是教學的反饋機制，它應該與教學目標和教學內(nèi)容相一致。評價內(nèi)容和方式要與教學目標相對應，能夠全面、準確地評價學生在熱學學習中的表現(xiàn)。評價結(jié)果要能夠反映學生對教學內(nèi)容的掌握程度和應用能力的發(fā)展情況，為教師提供改進教學的參考依據(jù)。教學評價計劃從以下幾個方面進行。

（1）過程性評價與期終性考核結(jié)合，評價體系應包括期中測試、課中討論、翻轉(zhuǎn)課堂的參與情況和課題完成情況，以及期末考試目標達成情況。評價內(nèi)容涵蓋知識掌握、應用能力、問題解決和團隊合作能力，確保評價的全面性和客觀性。（2）堅持非標準化評價與個性化指導，增加非標準化的評價項目，如開放性問題討論、創(chuàng)新性作業(yè)和實際問題解決方案的提交。根據(jù)學生學習興趣和風格的不同，提供個性化的指導和支持，利用學生的反饋信息調(diào)整教學策略和內(nèi)容。（3）評價結(jié)果用于教學內(nèi)容和方法的改進。定期收集評價結(jié)果和學生反饋，認識到學生的不足，分析數(shù)據(jù)以優(yōu)化教學策略，進行針對性調(diào)整，確保教學效果得到持續(xù)改進。

結(jié)語

“熱學”是物理學領(lǐng)域“101計劃”14門核心課程之一，為響應“101計劃”，進一步提升教學質(zhì)量，教學團隊聚焦“熱學”課程建設。通過對課程內(nèi)容、教材、開課學期、講授方式、授課對象、實踐平臺等進行系統(tǒng)、深入的調(diào)研和分析，在前期教學經(jīng)驗基礎(chǔ)上，提出“熱學”一流核心課程建設的一些措施及建議，保障學生德智體美勞全面發(fā)展。為創(chuàng)新拔尖人才的培養(yǎng)，推動社會進步，貢獻教學工作者的一份力量。

參考文獻：

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［2］樊未晨.“大先生”領(lǐng)銜小切口牽引大問題［N］.中國青年報，20240429（005）.

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［5］樊碧璇，段正路.熱學課程中思政教學的內(nèi)容設計與方案探討［J］.物理通報，2022（03）：1518.

項目：2023年熱學課程教學研究會立項課題（JZW23RX09）；貴州大學省級本科教學內(nèi)容和課程體系改革項目：《熱學》課程思政教學內(nèi)容及課程體系改革（2021035）；2024年貴州大學校級教改項目：融合課程思政的《熱學》一流課程建設與實踐（XJG2024046）

作者簡介：劉艷輝（1978— ），男，漢族，吉林四平人，博士研究生，教授，研究方向：軟凝聚態(tài)物理及單分子生物物理；龔秀（1988— ）女，漢族，貴州安順人，博士研究生，副教授，研究方向：半導體光電材料在太陽能電池、光電探測器、光電催化方面的設計與應用；令狐雙藝（1995— ），女，漢族，貴州遵義人，博士研究生，講師，研究方向：微納光纖光子器件。

*通信作者：馮玉宇（1990— ），男，漢族，河南信陽人，博士研究生，講師，研究方向：軟凝聚態(tài)物理及生物物理。