應用科研案例教學法的“工程熱力學”教學改革研究

摘要：針對“工程熱力學”課程的特點及教學現狀，結合自身的科研工作，將科研案例教學法引入到“工程熱力學”課程的教學中。探討了科研案例教學法的研究現狀、在教學中的意義、應用價值、應用點及具體實施方案等內容，以期為課程教學探索一種更為完善的教學方法。同時為工科生進一步掌握專業技能和提高實踐能力打下堅實基礎。

關鍵詞：科研案例教學法；工程熱力學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0039-02

“工程熱力學”是能源與動力工程專業的一門重要專業基礎課，其教學與研究的主要對象是熱能與其他形式能之間的轉換關系、轉換規律及應用。它不僅是相關專業課的基礎，而且是在涉及能源、化工和冶金等領域，特別是能源轉換與利用的各領域中深入研究、開發和創新的基礎。該課程的概念性比較強，涉及的理論也較為抽象，同時與生產實際又有十分密切的聯系。在教學過程中，對該課程老師和學生都有“難教難學”的感受。如何提高“工程熱力學”課程的課堂教學質量，一直是相關專業教師長期探索的目標。

案例教學法是由哈佛法學院院長朗代爾于1870年最先采用的，在法學教育中發揮了極大的作用，并被推廣至醫學、管理學等實踐性和應用性較強的學科的教學中普遍應用。科研案例教學法在案例教學法的基礎上，從分析課程特點及課程教學現狀入手，在教學內容上嘗試選用專業任課教師及課題組已完成的應用到該課程基礎知識的科研項目，將其設計、組織并呈現于課堂，使學生在“工程熱力學”課程中通過對具體科研案例的討論、分析、表達等活動，讓學生在具體的科研案例中牢固掌握該課程的理論知識，形成理論結合實際的教學方法。在此基礎上促使學生積極思考，主動探索，提高自主學習能力、實踐能力和創新能力，并能夠將“工程熱力學”這門課程靈活應用到今后的專業學習和實際工作中。

一、“工程熱力學”教學改革研究現狀

目前，“工程熱力學”教學改革研究主要集中在以下幾個方面：第一，教學內容的設置和優化，主要以課程的設置、教學內容的側重點和更新點作為重點改革內容。[1]第二，實驗課教學的改革，主要對實驗課的比重、實驗教學的方式、實驗考核方式以及實驗課與科研相結合的教學方式進行了探討。[2]第三，新方法新技術在“工程熱力學”教學中的應用。隨著現代技術的發展，多媒體技術、網絡技術、視頻技術等也被引入“工程熱力學”教學中，成為教學改革研究的方向之一。[3-5]

案例教學法在“工程熱力學”教學中已有應用，[6，7]但科研案例教學法在工科生“工程熱力學”教學中卻鮮有報道。在“工程熱力學”教學中，授課老師往往采用最多的是“舉例”，“舉例”雖然有助于理論知識的形象化，但其局限性是僅僅解決了某個獨立的知識點，而對知識的整合性較差。而科研案例教學法不同于“舉例”的最大區別在于側重了知識面的涵蓋，在具體應用時設定了比“舉例”更為復雜的科研案例情境，應用專業術語將不同章節知識點加以整合，形成系統且相對完整的案例，貼近實際，應用性更強。科研案例教學法利用任課老師的科研課題，將已成熟的科研案例設計組織后呈現給學生，能夠更好地為學生的專業學習和“工程熱力學”課程培養目標服務。

二、科研案例教學法意義及應用價值

將科研案例教學法應用在工科生“工程熱力學”課程教學中的意義主要有：一是通過具體的科研案例，增強學生對理論課程的興趣，培養學生在思考中掌握此學科的基本概念和理論知識。二是通過科研案例教學，可在一定程度上代替部分實驗教學，解決經費及設備不足造成的實驗難以開展的問題。三是通過針對性強且典型的的科研案例，引導學生思考，加深對知識的理解和記憶，培養學生的自主學習能力、實踐能力、創新能力、分析問題和解決問題的能力，為其獲得終身學習的能力奠定基礎。四是通過科研案例教學，使得科研為教學服務的同時，為學生進一步掌握專業技能和提高實踐能力打下堅實基礎。五是通過科研案例教學，引導和促進教學老師積累科研案例，從事科研工作，起到科研促進教學，教學促進科研的雙重作用。六是通過科研案例教學法在工科生“工程熱力學”課程中的應用，進一步完善了工科生“工程熱力學”教學方法的改革。

三、科研案例教學法在工科生“工程熱力學”課程教學中的應用

1.科研案例教學法在工科生“工程熱力學”課程實踐教學中的應用

“工程熱力學”課程教學的目的就是培養學生掌握熱力學基本概念及其基本定律，理想氣體的熱力性質（包括實際氣體），研究熱能與機械能之間的相互轉換，分析各種熱力循環過程、計算與應用熱力循環，培養學生獨立解決實際熱力工程問題的能力。

例如在動力裝置循環一章中，通過對蒸汽動力裝置循環的過程及效率的學習，研究提高循環效率的方法。那如何讓學生更有效地掌握這些方法呢？科研案例教學法應是一個較好的嘗試。授課老師通過講解課題組承擔的電廠鍋爐改造及其煙氣余熱回收利用的科研項目，將其問題提出，結合本章基礎知識分析解決問題的方法，將完整過程呈現給學生，增強學生對本章知識點的興趣，同時引導學生自己提出解決方法，教師加以點評，使之在思考中加深對基本概念和理論知識的理解，從而提高其分析問題和解決問題的能力，進而加強科研能力的培養，充分將教學和科研有機地結合起來。

2.科研案例教學法在工科生“工程熱力學”課程理論教學中的應用

由于“工程熱力學”課程基本概念及基本定律較多，對于學生來說，如此廣泛的知識體系難以在短時間內掌握，學生對于“工程熱力學”課程的理論知識感覺枯燥，導致教學效果不理想。所以設想在工科生“工程熱力學”的教學過程中如果通過典型且含有問題的科研案例，使得抽象的理論變得生動具體，又與實踐相結合，既提高了學生的積極性，又使得知識點容易被理解。在講解熱力學第二定律時，介紹了狀態參數——熵。同學們對這個參數覺得很難理解，為此引入了課題組承擔的住宅中節能技術應用的問題研究。介紹利用熵權理論來確定住宅節能技術評價中各個影響指標的權重，并在此基礎上對方案進行優化，從而更直觀準確地判斷和選擇住宅節能方案。因而科研案例不僅有助于實踐教學，又有助于理論教學的實施。

3.科研案例教學法在工科生“工程熱力學”課程其他方面的應用

此外，工科生“工程熱力學”教育中還存在實驗難以開展等問題。而科研案例教學法的開展將在很大程度上解決這些問題。科研案例教學中引入實際問題，存在實驗過程和實驗方案設計。該教學法突出了工科生“工程熱力學”的專業特點，突破了教材的局限，使學生緊緊圍繞教學重點，通過選擇針對性強且典型的科研案例，突出工科生“工程熱力學”的專業特點，還可解決因經費及設備不足等造成的工科生“工程熱力學”實驗難以開展等問題。

四、科研案例教學法在工科生“工程熱力學”課程的實施

1.開課前問卷調查

設計課前問卷，問卷涉及項目可行性、案例選擇的依據、案例選擇側重的專業方向、案例呈現的方式以及教學效果評價方法等等。

2.收集科研案例

教師收集教研室歷年來承接或參與的科研項目，以及文獻資料中可用于工科生“工程熱力學”課程教學的科研案例（收集的科研案例其內容是公開的，或經課題負責人同意，可用于教學）。

3.科研案例的選擇和組織

根據教學內容和學生的興趣特點，對案例進行精心的概括、組織。案例的設計一是要緊扣教學大綱的知識點，將知識點融入到案例的呈現過程中；二是要具有代表性、針對性、可討論性。授課章節需選擇代表本章重點的科研案例，并針對專業特點做重點選擇；三是要具有綜合性，是指案例的設計可以在實例基礎上進行加工或整合，較全面地向學生展現知識點。同時，案例的選擇還需考慮學生的興趣點，讓學生在興趣盎然的學習過程中，不僅掌握知識，還鍛煉科研思維能力。

4.案例呈現和討論

教師可以通過將文字描述、多媒體手段、圖表等多種手段呈現案例，或者將幾種手段相結合，引入教學案例。教師呈現案例后，要根據教學目標來一步步地、循序漸進地啟發、引導學生積極思考，展開師生之間的對話，充分的溝通能夠豐富學生的見識，開拓學生的視野。學生可以分小組合作對案例中的各種問題進行分析和討論，碰撞思維的火花，發現和探索解決案例問題的方法，體驗理論如何應用于實踐，實踐中如何提煉出理論。

5.案例總結

案例總結是科研案例教學中的最后一個環節，也是最重要的一個環節。在這個環節，教師要將討論中碰撞出的各種觀點和看法進行系統的總結，將案例背后蘊含的理論知識進行歸納。在對工科生“工程熱力學”課程科研案例的總結中，不僅鞏固了案例討論的成果，也擴充了學生的實踐知識和理論知識體系，加深了學生對于理論知識的理解，促進學生理論聯系實際能力的發展。此外，教師還要對本次案例教學進行反思——對案例的有效性反思，對教學的過程反思，對教學的效果反思，不斷完善對于科研案例教學法的掌握和運用。

6.教學效果評價

主要采用考試和問卷調查的形式進行教學效果評價。通過與以往教學方式后的考試成績進行比較，同時，采用課前、課后問卷調查的形式共同分析學生學習效果和教師的教學效果。

工科生“工程熱力學”課程一般由各工科院校能源與動力工程專業承擔，因能源與動力工程專業每年承接或參與多項科研項目，其中大多是國家級和省級科研項目，具有較高的科研水平和參考價值。科研案例教學在工科生“工程熱力學”教學中的應用，一定程度上完善了當前工科生“工程熱力學”教學中存在的不足，將科研工作的積累服務于教學，使學生在學好這門課的同時，為其進一步掌握專業技能和提高實踐能力打下堅實基礎。同時還可提升教師的教學水平、科研能力和綜合素質，做到真正意義上的教研相長。

教學有一定的規律，但沒有固定的模式。合理采用多種教學手段，激發學生的學習熱情，培養學生理論聯系實際的作風和創新意識，將是工科生“工程熱力學”教學改革的長遠目標。

參考文獻：

[1]代乾，王澤生，楊俊蘭.能源與動力工程專業熱工系列課程改革實踐[J].中國電力教育，2013，（5）：74-75.

[2]于兵川，吳紅特.實驗教學與科研有機結合培養學生創新意識和能力[J].實驗室研究與探索，2010，29（2）：76-78.

[3]高蓬輝，張東海，馮偉，等.將基礎數學物理知識融入“工程熱力學”教學中的探索[J].中國電力教育，2013，（22）：87-88.

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[5]譚小群，劉英炎.安全工程專業“工程熱力學”教學方法探究[J].中國電力教育，2014，（2）：141-142.

[6]王修彥.準案例教學法在“工程熱力學”課程中的實施[J].中國電力教育，2002，（4）：92-94.

[7]耿凡，王迎超.“工程熱力學”課程的研討式教學改革[J].中國電力教育，2013，（5）：76-77.

（責任編輯：王意琴）