工程熱力學課程引入PBL教學模式的探討

摘要：為了有效提高工程熱力學課程的教學效果，提出了將PBL教學模式引入到工程熱力學的教學活動中，該方法以學生為中心，以提出問題、分析問題和解決問題為主線貫穿課程始終。分別介紹PBL教學模式的概念和特點；針對該課程的特點，著重分析了PBL教學模式在該課程教學中的優勢；最后指出了PBL教學模式在該課程教學應用過程中的不足之處，提出了PBL教學模式與傳統教學模式相結合的實施方法，可以互補不足，從而達到更好的教學效果。

關鍵詞：工程熱力學；PBL教學模式；探討

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0090-02

工程熱力學是眾多工程類專業的主要專業基礎課，然而長期以來，由于該課程理論性強，概念多且抽象，公式推導多，應用條件復雜，使得教師不易教，學生不易學。因此，如何教好、學好工程熱力學，成為該課程教學的關鍵。[1，2]教師需要在教學中不斷改進教學方法，并適時引進先進的教學手段，才能使教與學的效果達到最佳。[3]

基于問題的學習（Problem-Based Learing，PBL）是基于建構主義教育理念而發展起來的一種新型的教學模式，目前正越來越多地被許多教育和培訓領域所采用和重視。如今，PBL 被認為是適應高等教育發展的教學新模式。鑒于工程熱力學課程的現狀，將PBL理論引入到該課程的學習中，有利于學生開放思維、應用能力及創新能力的培養，從而有必要進行深入探討。[4，5]

一、PBL教學模式的特點

傳統教學模式以教師為中心對課堂教學進行組織和管理，形式比較單一，而學生只能被動地接受知識，缺乏主體意識，不利于學生綜合運用知識能力、自主性和創造性的培養。而PBL教學模式有別于此式，它是以真實且較為復雜的問題為核心來引導學生學習，通過互動討論及概念辨證等多種方式創造性地解決問題，培養學生觀察分析、思考研究、解決問題、整理歸納及溝通交流等實際應用能力。[5，6]具體適合工程熱力學教學以下特點：

1.以問題為核心

PBL教學模式以問題為核心展開教學活動，把問題作為學生學習的動力。學習過程表現為提出問題、分析問題、解決問題的全過程：首先教師需根據教學內容的實際需要和具體的教學目標針對學生普遍難懂的問題，結合工程實際，設計出具有真實情境的有意義問題，要求學生在老師的引導下及相互交流中思考問題、分析問題、探究問題，尋求解決思路、處理問題的方法，順利解決問題并作分析總結。該環節要求教師要為學生創設較為真實的情境以激發學生興趣，旨在培養學生分析問題、解決問題的能力，靈活地掌握知識。

2.以學生為主體

利用所設計的問題激發學生的好奇心，從而在老師的適當引導下自主地思考問題，積極主動開展以解決問題為目標的系列探索活動。學生可以通過思考、查閱資料、小組討論、分工合作等多種方式進行。這種學生自主的學習過程逐漸減弱了學生對教師的依賴，可以在探究問題過程中體會到學習的快樂，通過自己勞動所得也更能夠激發學生們的責任感。此時，教師作為問題的創設者，旨在提供必要的資源，適當引導，并對問題的解決過程和最終結果做出合理評價。

3.以小組為單位

設置的PBL中的問題是復雜的，往往需要多方面知識加以解決，對單個學生來說難度較大。為了提高效率的同時又不打擊學生積極性和自信心，將學生分成多個小組，以小組為單位，接受所布置的問題。任務接下來后，成員們分析討論，明確問題的研究方向和方法，或根據完工步驟，或根據不同方法進行分工協作，然后各負其責逐漸攻克問題的各個環節，最后再匯總分析，給出解決方案。團隊的協作工程加強了學生之間的交流合作，實現優勢互補，也要求各成員負責的態度，易形成高效率、高水平的問題解決方案。

PBL教學模式具體的實施步驟如圖1所示：

二、PBL教學模式的優勢

PBL教學模式可以為學生創設各種按近現實的學習環境，有助于培養學生解決實際問題的能力，激發他們的學習主動性和責任感。與傳統教學模式相比，工程熱力學的PBL教學模式具有以下優勢：[7]

1.適合工程熱力學教學的特點

首先，工程熱力學的基本概念多，且易混淆。如熵、焓和火用等基本概念，而且概念之間互有聯系和區別，學生對基本概念理解容易混淆在一起。其次，公式多，且應用前提不同。不同的應用條件，很多公式之間互相聯系，同時又因為應用條件不同，有不同的表達形式。另外，內容抽象，理解較難，需要教師采用科學合理的教學方法講授。

工程熱力學的PBL教學打破講授為主的模式，預期在教學過程中結合實際問題、以學生為主的方式使學生通過認識過程去掌握認知結構，從而掌握工程熱力學的基本概念、理論和計算，并具有對各種工程熱力學問題進行初步定性定量評價的能力和分析解決熱工技術問題的能力。另外，在工程熱力學PBL教學的初步成效后，可將其逐步推廣到工程流體力學、傳熱學等課程中去。

2.有利于學生自主學習、合作學習的培養

PBL以學生為主體，通過團隊合作以解決問題為目的自主開展學習。學生們可以在交流中理解相互的學習感受，更客觀地認識工程熱力學課程，達成共識。對所設計的問題，學生各負其責，及時有效地去完成所分配任務，遇到問題就集中討論、互助協作，加強了彼此溝通，培養了合作意識，合作能力也得到增強，使盲目學習轉變為帶著目標的主動探索學習。

3.有利于體現教學效果

從問題的解決過程、進度與結果等多方面看，PBL教學模式能夠多方面、多角度發現學生們存在的學習問題。譬如，對以往大學物理、流體力學以及工程熱力學基本概念等知識的掌握程度、綜合多門課程知識的運用情況、對現有知識的理解深度以及個體之間的差異等。這些信息可以及時反饋到教師那里，便于教師適時地提供引導和幫助，合理調整課程進度與教學策略。以此同時，學生會在認識問題和解決問題過程中找到自身的不足，也會在交流合作中看到差距，從而明確自己的學習目標，彌補不足，努力縮小差距。

三、PBL教學模式面臨的問題

盡管PBL教學模式具有很大的優越性。但是，在實際的工程熱力學教學過程中，推行PBL教學模式還面臨著很多具體的問題。

1.投入涉及較多

PBL教學模式需要學校的認可和支持，這在基礎上保證了教學活動的開展；需要教師投入更多時間和精力，不僅要合理設計問題，合理布置環節，還要合理分配小組；不僅要合理布置問題任務，還要提供必要的學習資源；不僅要適時監督和引導，還要控制好進度與學時；不僅要跟蹤學習過程，也要對結果進行評價，還要督促學生總結反思。需要學生積極配合，不僅要投入精力、投入時間，也要投入責任心和合作能力。這都給學校、老師和學生提出了多方面要求，從而在實施過程中會遇到較多不確定因素。

2.難以掌控因素多

PBL教學模式需要教師控制好教學進度、合理調整各章節之間的關系，以能夠如期完成教學任務；需要控制好提供資料的范圍，過多達不到效果，太少則不利于學生學習活動的順利進行；需要控制好設計問題的難易程度，從而激發學生興趣；控制好問題的評價機制，從而增強學生的自信心；這些不確定的控制程度給老師提出了更高的要求，給課堂活動的順利開展帶來較多不確定。

鑒于以上PBL教學模式存在的不足，PBL在課程教學的應用還需要做很多工作。為了便于實施，該模式在實行初期需要結合傳統的教學模式，共同開展教學。

四、結語

工程熱力學教學如何有效地提高“工程熱力學”的教學效果，解決學生難學、教師難講的問題，是教研室各位教師一直思索的問題。PBL教學模式符合人們學習的認知規律，適應工程熱力學的現狀，能夠鍛煉學生的思考能力、自主能力，培養學生的合作意識和責任心，符合工程熱力學教學和人才培養的要求。但PBL教學模式仍存在一些不足，需要結合傳統的教學模式，以取得更好地教學效果。

參考文獻：

[1]王默晗.“工程熱力學”教學方式探討[J].中國電力教育，2010，（3）：90-91.

[2]王海霞，畢文峰.工程熱力學緒論課教學研究[J].中國冶金教育，2011，（3）：21-22.

[3]李敏，李湛.工程熱力學與傳熱學多媒體應用分析[J].理工高教研究，2004，23（1）：101-102.

[4]玉松，馮剛玲，李小菊，等.PBL 教學模式在衛生學實驗教學中的應用[J].農墾醫學，2008，30（6）：532-533.

[5]劉莉，惠曉麗，胡志芬.基于PBL 理論的工科人才培養途徑探究[J].高等工程教育研究，2011，（3）：104-108.

[6]黃金丹.基于PBL 的高校工科人才培養機制研究[D].杭州：浙江大學，2008.

[7]陳戰.大學英語教學中實施PBL教學模式的思考[J].南昌教育學院學報，2013，28（8）：152-153.

（責任編輯：王意琴）