能源與動力工程專業基礎課程國際化教學模式的研究

汪健生　安青松　劉雪玲

[摘 要]熱能與動力工程專業中的重要專業基礎課程“工程熱力學”、“傳熱學”在本專業中占有極其重要的地位，其主要內容是學生繼續從事本專業學習的重要基礎，這兩門課程也是本專業目前所設的兩個方向（熱能工程、內燃機）的重要理論基礎。為適應當前全球范圍內對能源動力類專業人才的迫切需求及對本專業人才素質要求的不斷提高。應該以本專業骨干課程“工程熱力學”、“傳熱學”為試點，積極開展本科生專業基礎課程的教學改革工作，探索課程的國際化教學模式。為提高教學質量，鞏固學生的專業理論基礎，拓展學生的專業視野，在課程教學方面進行多角度的探索。

[關鍵詞]能源與動力工程 國際化教學模式 工程熱力學 傳熱學

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）06-0112-03

一、引言

隨著全球化環境與能源問題的日益突出，迫切要求能源動力工程的高等教育建立與國家經濟發展相適應的工程教育體系與結構，提高能源動力工程技術人才的培養質量。[1]本專業學生培養目標將從傳統的以“知識、能力和素質”為主轉變為“國際化、高素質、創新型”人才的培養目標，專業課程在教學內容、方式、教學形式等方面與現培養目標存在一定差距，能源動力領域的高等工程教育存在諸多不足[2]，還不能很好滿足現代工業對工程技術人才的需求。[3]因此對專業課程的改革勢在必行。

針對所確定的新培養目標，我們在熱能學科中組建了“工程熱力學”與“傳熱學”教學團隊，針對課程特點，設計和開展“工程熱力學”與“傳熱學”課程國際化教學模式改革，引進國際先進教學模式，提出了適合熱能與動力工程專業特點的國際化教學模式。從教學理念、教學方式、評價機制等環節入手，探索了本專業基礎課程的新型教學模式。針對本專業骨干基礎課程基礎性突出、與工程實際密切相關的特點，在國際化教學模式改革研究中，還進行了與工業界的合作，旨在激發學生探究科學真理的興趣，鞏固學生基礎理論知識，提高學生運用所學知識分析問題、解決問題的能力。同時培養學生的團隊合作意識、溝通能力、工程創新實踐能力，使學生具備國際視野，實現“國際化、高素質、創新型”的人才培養目標。

“工程熱力學”、“傳熱學”都是理論性突出、應用背景廣泛的專業基礎課，是研究熱能與機械能轉換規律、工質熱物性、熱量傳遞過程基本規律的課程。這兩門課程為學生學習后續的專業課提供必要的基礎理論知識，也是現代工程技術人員必備的技術基礎知識。課程存在理論性突出、部分內容抽象、經驗與半經驗公式較多等特點。在傳統教育模式下，這兩門課程的“教”與“學”都存在著較大的難度。

傳統教學模式以教師為中心，注重知識的傳授;在一定程度對學生主動參與無特殊要求，師生間主要交流方式是你問我答，這種偏單向的教學模式往往使學生缺乏主動參與意識。此外，在課程教學過程中往往偏向于介紹基本原理和相關公式推導，套用公式解題，容易使學生失去興趣。學生所接受的信息大部分來源于教師的灌輸，而非自身對知識的探求。因此，這樣的教學方法難以使培養的學生具有獨立分析、解決問題的能力，更難以達到“國際化、高素質、創新型”人才培養目標。

目前，課程考試大多為閉卷考試和開卷考試兩種。閉卷考試方式可以促使學生系統地復習所學知識，教師也通過考試了解學生對知識的掌握情況，以便改進教學工作，這種方式較適合于“工程熱力學”課程考核。但對于“傳熱學”課程，由于該課程經驗公式與圖表較多，往往限制了考試的命題范圍。而開卷考試方式，容易導致學生不注重平時學習，不去記憶本應熟練掌握的基本概念和公式，形成依賴考試時翻書的壞習慣。此外，傳統考試方式考查學生對書本知識的掌握情況，是對相對理想情況的分析、計算，所出試題與實際情況存在一定差距。特別是對于“傳熱學”這類工程性很強的課程，現有考試方式較難反映出學生解決實際問題的能力。此外傳統考試要求學生在規定的有限時間內完成，不易考查學生對相關知識掌握的深度。

綜上所述，在新形勢與環境下，為適應全社會對能源與動力工程專業人才的更高要求，對這兩門課程進行改革勢在必行。

二、改革方案

（一）教學團隊建設

為保證教改工作的順利開展，熱能學科專門成立“工程熱力學”與“傳熱學”國際化教學團隊，團隊主要成員由本專業具有豐富教學經驗的教師和部分青年教師組成，為體現課程國際化及與工程實踐緊密結合的特點，教學團隊中還包括國外知名大學（如加拿大滑鐵盧大學、香港科技大學）的知名教授及國內企業（如天津濱海能源有限公司、約翰迪爾公司、天津松正電動科技有限公司、天津科斯特汽車有限公司、天津清源電動汽車有限公司）的專家。

（二）教學內容研究

“工程熱力學”課程改革由三部分構成：基礎理論教學、國外課程視頻教學、國外教師及企業教師講授。基礎理論教學以教材內容為主，占40學時;國外課程視頻教學選用MIT的《Thermodynamics》中涉及熱力學基本概念、熱力學第一定律、熱力學第二定律的相關內容，占6學時;國外教師及企業教師則主要講授熱力學的最新發展與前沿動態以及工程熱力學的工程應用案例，占4學時;另安排有4學時的實驗教學;總計54學時。“工程熱力學”教學過程中突出了基礎理論的訓練，強調運用理論知識分析實際問題能力的培養。

“傳熱學”課程改革由三部分構成：基礎教學、項目實施和語言訓練，其中語言訓練主要由學生自己在課外完成，基礎教學、項目實施則安排在學時數以內。基礎理論教學以課本內容和課堂教學為主，占48學時;項目實施部分包括項目相關知識的教學、項目實施指導、學生節點匯報等，占16學時。“傳熱學”國際化教學模式體現了研究式教學、以問題為導向的教學方式和以構思、設計、實現、運作模式為主的CDIO式教學的有機結合，將“傳熱學”設計成基礎教學—項目實施—國際語言訓練三條線同時展開、互相輔助的教學形式。

（三）教學形式

“工程熱力學”國際化教學模式改革中，針對課程理論性強、概念抽象的特點，對其中的難點部分，在本校教師講授的基礎上，采用MIT視頻教程輔助教學，使學生可以從其他角度理解問題，接觸世界一流名校的教育方式，加深對熱力學基本概念和基本理論的理解。由于MIT視頻教程采用英文講授，對學生的英語能力的提高也起到了一定的作用。而國外和企業界教師的講解，可以充分開拓學生的專業視野。

“傳熱學”國際化教學模式設計了基礎教學—項目實施—國際語言訓練體系。課程在講授基礎知識的基礎上，針對工程實際問題設計相關課題，學生以項目團隊形式共同完成項目課題，基礎教學成為項目實施的輔助工具。在項目課題實施過程中，設計2個匯報節點，考核團隊中每位學生的研究進展及團隊整體的項目實施進展。第一次節點匯報采用英語進行并提交研究報告，將語言訓練融入項目實施過程中。第二次節點匯報為項目課題的總結匯報。為了保證項目的順利實施，安排了一次企業參觀，使學生對所承擔的項目課題內容有一個直觀、明確的了解。課程結束后，由教學團隊組成的評選委員會評選出優秀項目團隊、項目組和項目實施方案。

三、項目實施

為保證課程教學質量，制訂了兩門課程的教學計劃和實施方案，其中“工程熱力學”課程的教學按照如下要求進行：

1.課程講授內容涵蓋工程熱力學全部內容，無遺漏點。

2.增加英文教學內容，如國外視頻教學內容突出了對熱力學難點問題的講授，鍛煉了學生的英語能力。

3.結合工程實際及學科前沿動態。國外教師及企業教師講解突出了本專業領域與熱力學相關的最新前沿進展及工程應用情況，使學生了解熱力學的發展與工程應用背景。

在教學過程中，強調教師與學生的互動與交流。如針對疑難問題，專門安排了三次問題討論課，以解決問題為目標，對學生中普遍存在的問題進行針對性講解與討論。為加強學生對熱力學工程應用背景的了解，企業教師針對熱力發電廠的設備運行流程、常見故障、現存主要問題進行了詳細講解;同時利用本專業的本科生創新實驗室，為學生講解了蒸汽壓縮制冷系統的設備組成、工作原理、使用維修等問題。這些措施提高了學生的學習熱情，激發了學生的求知欲，對教學工作起到了很好的促進作用。在MIT視頻課程教學過程中，要求學生理解主要內容，并加以復述，以促進其英語能力的提高。課程考核形式為筆試，其中平時成績（作業與實驗成績）占30%，考試成績占70%。

“傳熱學”課程的教學則根據課程的特點，確定了如下原則：

1.增加了項目課題內容，所謂項目課題就是根據實際工程問題，結合傳熱學基本理論所提出的具體問題。項目須涵蓋傳熱學內容，盡可能多包含熱傳導、對流換熱和熱輻射的基本內容。確保每位學生開展的項目課題以傳熱學教學內容為主。

2.項目涉及傳熱學的范圍要廣，保證每位學生完成獨立的子課題。

3.項目具有包容性和開放性，適合不同層次學生的需求。

以班為單位按照企業項目團隊的模式組建3支項目團隊開展項目課題。每支項目團隊設立1名總經理，2名總工程師，下設5-6個項目組，每支各項目組再設1名項目經理，項目經理負責組織本組工作，總經理、總工程師負責各組的協作和隊伍的運作。總經理、總工程師、項目經理均融入各組中，總經理、總工程師、項目經理共同組成項目管理委員會，每個項目團隊配置1名研究生助教。在項目實施過程中，要求每個團隊成員獨立承擔一項研究內容，并且與本組成員協調配合，實現整個項目團隊的高效、科學運行，進而完成項目的研究任務和目標。

項目設置2個時間節點，每個節點均設置需完成的計劃目標，并對項目進展進行評估，以此為依據對學生實行考核與獎勵。每個節點匯報包括書面報告和口頭陳述兩種形式，書面報告按照學術報告的要求撰寫整個項目團隊報告，同時體現個人的研究和工作;口頭陳述要求每位成員在規定的時間內闡述對研究任務的理解、解決方法、取得的成果和提出的創新點。

要求學生自學“傳熱學”參考教材以及相關英文文獻，第一次節點匯報中要求英文書面報告和英文口頭陳述。加拿大滑鐵盧大學李獻國老師組織英語教學和報告。課堂教學考核形式為筆試，其考核分值占總成績的50%，即50分（100分制）。項目考核主要從書面報告和口頭陳述兩個方面進行考核。考核小組制定了書面報告和口頭陳述的評價標準，從研究內容、創新思維、陳述表現、報告撰寫質量等多個角度進行評價。

在項目實施方面，考核分值占總成績的50%，即50分（100分制），并且將分值分配到各個節點匯報中，具體為：第一次節點匯報20分，第二次節點匯報30分。

四、課程改革總結與認識

對能源與動力工程專業骨干課程“工程熱力學”、“傳熱學”國際化教學模式所進行的教學實踐工作，使本專業學生對專業基礎理論知識的掌握更加牢固，提高了學生運用專業理論知識解決實際工程問題的能力，增強了學生的綜合素質，拓展了學生的專業視野。同時也加深了教師對專業骨干課程教學規律的正確理解與認識，促進了青年教師教學業務水平的提高。

通過教改的實施，基礎教學與實際工程案例分析、項目實施相互配合，共同促進，大大地調動了學生的學習熱情。課堂教學過程中，學生帶著問題學，教師針對問題講解，形成了教與學雙向互動的良好學習氛圍，有效解決了單向灌輸的教學模式存在的問題。課堂教學與項目實施基本同步進行。如在熱力學課程中，學生會針對發電廠中存在的問題，運用熱力學知識加以分析;在傳熱學課程的項目實施中，學生經常會遇到課堂教學尚未觸及的傳熱學知識，由此促使學生通過自學的方式學習傳熱學知識，提高了學習主動性，也開闊了視野。由于傳熱學項目課題的選擇具有開放性和包容性，即使是相似的問題，學生解決問題的方式、方法也不盡相同，這樣可以最大限度地提高學生解決實際問題的能力。

通過多種形式的教學活動，學生對“工程熱力學”與“傳熱學”基礎知識的需求更加明確和迫切，在調查的反饋意見中也提到了這種情況。2009級學生認為“做項目是在基礎知識掌握的基礎上進行研究的，兩者是串聯由淺至深的關系，而不是并聯分流的關系”。2011級學生認為“在做項目的過程中，需要將基礎知識深入理解，對平時看書起到積極的促進作用”。在教學過程中，學生以項目問題為牽引，經歷了查閱文獻資料、確定需解決的問題、學習基礎理論、擴展相關知識、建立數學模型、獲得初步數據、小組討論、提出創新思路、優化設計結構和項目完善等過程，經受了較完整的研發過程的培訓。

課程教學中，教學內容與企業聯系在一起，通過企業專家講解、組織學生到企業參觀、企業人員對項目中涉及設備的介紹以及與工程技術人員座談，加深了學生對相關工程實際問題的理解與認識。

以“工程熱力學”、“傳熱學”國際化教學模式為部分內容的教學成果，獲2013年天津市教學成果一等獎，在2014年3月8至9日在天津舉行的成果鑒定會上，來自能源與動力工程專業教學指導委員會的領導專家對本專業國際化教學模式給予了高度評價，該成果還獲2014年國家級教學成果二等獎。

五、結論與展望

本項目所開展的教改實踐取得了一定的成績，同時也存在著一些問題，需要在今后的教改實踐中加以解決。工程熱力學教學中的英文視頻課部分學生受英語能力所限，接受程度不高;國外及企業教師講解內容雖很受學生歡迎，但受課時所限，多數學生感覺“不解渴”。傳熱學課堂教學與項目實施幾乎同時開始，項目實施過程中，一些學生承擔的項目涉及的傳熱學知識教師可能還沒有介紹，因此對參與這類項目的學生要求比較高，需要自學的內容較多，部分學生感覺吃力、負擔較重。

隨著人們對教育本質認識的不斷深入，素質教育深入人心。“授之以魚”不如“授之以漁”，培養學生良好的學習方法，提高學生解決實際問題的能力，強化學生的綜合素質，將是今后教育的發展方向。因此，盡管“工程熱力學”與“傳熱學”國際化教學模式中存在著一些問題，但這些問題可以在不斷深化的教改過程中逐步加以解決，本研究所提出的新型教學模式的基本方向是正確的。

總之，通過幾年的教學實踐，本項目教學團隊基本建立了一種本專業課程的新國際化教學模式;在基礎教學和實踐教學等環節取得了一定的經驗，形成了一套較為完整的國際化教學模式實施辦法，為今后進一步完善新教學模式打下了一定的基礎。

[ 注 釋 ]

[1] 朱高峰.工程教育的幾個問題探討[J].中國高等教育，2010.

[2] 于娟，吳靜怡.能源動力專業的高等工程教育研究與實踐[J].中國電力教育，2011.

[3] 何雅玲，陶文銓.對我國熱工基礎課程發展的一些思考[J].中國大學教學，2007.

[責任編輯：覃侶冰]

[收稿時間]2014-12-13

[基金項目]天津大學本科教學綜合改革立項項目“熱能與動力工程專業骨干課程國際化教學模式研究”。

[作者簡介]汪健生（1964-），男，江蘇泰州人，博士，副教授，從事熱力學、傳熱學科研與教學工作。