研究型學習在傳熱學實踐教學中的應用

[摘 要]研究型實踐教學模式在傳熱學課程中的應用極為廣泛。實踐教學的目標在于提升學生應用和轉化知識能力、思辨能力、創新精神、合作意識、交流表達的能力。研究型學習的實踐教學模式能夠對學生產生積極的影響，促進學生的全面發展，增加課程的吸引力，推動知識的遷移和轉化，達到教學相長的目的。研究型學習的教學模式需要在課程中進行長期的探索和實踐，如何最優地發揮它的培養功能，涉及傳熱學等基礎課程的整體設計和建設，尚需進一步研究和完善。指導教師和助教在研究型教學中的合理配置和經驗積累，也將為該教學模式的良好運行提供保障。

[關鍵詞]研究型學習；實踐教學；傳熱學教學；評價

[中圖分類號] G423.07 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）09-0113-03

一、引言

傳熱理論及其研究方法在能源、動力、化工、航空航天、冶金、機械、建筑、材料、生物等領域有廣泛的應用，對能源高效轉化與利用起著重要的推動作用。從傳熱學的發展史可以看出，傳熱理論是從實踐中來，又返回實踐中去，決定了傳熱學具有高度理論化、工程實踐強的特點。為了滿足理論學習和工程應用的要求，教師在傳熱學的講解中，要盡可能介紹或展示相關的工業背景及工程實踐，并且引導學生用工程思維來分析和解決問題。對于工程背景弱的學生來講，其雖然會形成一定的工程認識，但仍是紙上談兵，對理論內容進行理解和應用仍會感到很困難。為了讓學生有進一步的認識，學院通常還開設實驗教學，如熱電偶的制作和標定、熱阻測量及肋片傳熱特性實驗、自然對流和強制對流特性實驗等。這些實驗主要是驗證已學的基本理論、結論、定律或規律等，但從實驗儀器到測試方案基本上是教師提前設定好，學生只要按要求操作一遍就能得到結果，基本不會發現其中的問題，更不會提出自己的解決方案，這對提高學生的工程素養來說幾乎沒有幫助。為了加強實踐教學，培養學生發現問題、解決和分析問題的能力，我們在傳熱學教學中增設了創新性實踐環節，采用研究型學習的教學模式，以達到學校對學生“高起點、厚基礎、重實踐、重創新”的培養要求，滿足社會對復合型高等教育人才的需求。

本文首先明確了研究型實踐教學的教學目標及其建立基礎，然后對研究型教學的組織、設計和評價進行了描述和分析，最后對實施效果進行了討論和總結。

二、研究型學習的教學目標及其建立基礎

隨著社會和科技的快速發展，人們對大學人才的培養標準提出了更高的要求：不僅要具有扎實的專業基礎知識，而且要具備應用和轉化知識的能力、適應變化的能力、協作創新的能力和溝通表達的能力。學生對大學教育的期待也在發生改變。他們希望對學習有更多的自主權和選擇權，希望大學能提供更充實更有意義的學習體驗，希望自己的能力得到提高和全面發展。[1]基于此，我們在傳熱學中加強了實踐教學內容，目標重點放在應用和轉化知識能力、思辨能力、創新精神、合作意識、交流表達的培養上。

研究型學習的教學模式是指根據學生的專業特點，創設研究的情境和途徑，將學習融于研究之中，培養學生提出問題的判斷能力、分析問題的邏輯思維能力以及解決問題的實踐操作能力。[2]研究型學習具有很大的開放性和靈活性，能容納各學科知識和多樣資源，為學生提供自主體驗、探索、發現、認知的平臺，促進學生的自我成長和全面發展。可見，研究型學習的教學模式與上述的傳熱學實踐教學目標是相適應的，滿足實踐教學的基本需要。

三、研究型學習教學模式的實踐

（一）研究型教學的組織及項目設計

傳熱學主要面向大學三年級的學生開設。在先修課程中，學生已經完成了數理基礎、機械設計、電子電工、控制理論、熱力學、流體力學等專業基礎課，為研究項目的開展做好了知識儲備。當傳熱學的基本內容講授完畢后，研究項目即可啟動。本文的研究型教學時間為5周。主要的組織流程如圖1所示。由圖可見，本文的項目傾向于實驗研究，在實施過程中，能為學生提供更多動手實踐的機會，相比于調研分析、數值計算的項目，學生的探索空間更大，體驗感悟更強，工程認識也更豐富。在項目的實施流程上，也要求學生按科學、工程研究的一般步驟進行，使學生建立一定的科研認識和素養。在每兩個主要的研究步驟之間，還設置了審核這一環節，保證研究的每一步都切實可行，直至順利完成研究任務。

研究型教學項目的選擇至關重要，直接影響到該教學模式的成功與否。本文的項目主要來自兩方面：由教師從科研中提煉出適合學生研究的課題和由學生提出感興趣的問題。教師所選項目都比較貼近社會現實和科技前沿，以吸引學生的興趣，引導學生對傳熱學解決工程問題重要性的關注。學生自主選題可以培養發現問題、提出問題的能力，使學生的發散性、開放性思維得以充分展示，有利于提高學生學習的積極性和創新意識。表1是本研究采用的研究型學習項目及來源、類別。從表1可以看出，所列項目基本覆蓋了傳熱學的三大傳熱方式，具有多樣性、差異性和新穎性，有利于學生根據自身需要和興趣做出合理選擇。

這些課程項目均由學生自發組織團隊完成，每組完成1個項目，人數控制在4～6人，由組長負責小組成員的研究分工及與教師和助教的聯絡。在項目實施過程中，先由每個小組成員提出自己的研究方案，提交到組會進行分析、討論，這樣可使每位學生都積極投入到項目中，并有機會展示自己研究、決策、傾聽和整合信息的能力。經過充分討論后，小組共同擬定整個研究計劃，形成具體的研究方案，撰寫項目可行性報告，并向指導老師和全班同學進行匯報。然后根據老師和同學提出的建議和意見，小組對研究方案進行重新討論和修改，直到形成合理可行的方案。研究方案獲得通過后，各小組將按計劃在規定的時間內購置所需的實驗材料，建立實驗系統，并進行調試。這個階段中，由于學生普遍缺乏實驗經驗，教師和助教需要經常提供指導，及時解決實驗臺搭建及調試中的問題，幫助學生盡快進入下一階段的研究。實驗測試部分基本按實驗計劃進行，由于前面已經過了較充分的論證和準備，測試會比較順利地完成，測試時間通常也會比較短。最后，各組學生根據自己的實驗結果和體驗進行科學合理的整理、分析，形成書面報告提交給教師，作為項目成績評定的重要依據。各組還要將研究成果向全班同學進行展示、交流，與同學、老師共同分享學習的成就。

（二）研究型教學的評價體系

恰當的評價策略和反饋機制有助于檢驗和改善教學，促進學生主動、有效學習，實現課程的教學目標。本文的研究型實踐教學以“學生學得怎么樣”為出發點，以量化評價和及時反饋為手段，從實際出發，盡可能反映出教學的客觀規律及特色，建立了相適應的教學評價體系，如圖2所示。評價體系包括了評價內容、評價方式和評價主體。[3]評價內容從知識、能力、素質三方面進行考察，在項目研究過程中，判斷學生運用數學基礎知識、邏輯思維知識的水平，分析和解釋數據的技能，開放設計與解決問題的方法等，確認學生準確表達的能力、發現、分析和解決問題的能力，創造性工作的能力，與各類型的人合作共事的能力等，培養學生強烈的工作熱情、腳踏實地的工作精神、勤于思考、經受挫折與失敗的能力及對環境變化的適應性等。評價方式包括了診斷性評價、形成性評價和總結性評價。診斷性評價是指在實踐教學開始時，為了解學生的學習基礎而進行的考查。形成性評價是指在項目實施過程中，為改進和完善實踐活動而進行的評定。總結性評價是在實踐教學活動結束時對學生學習成果的總評。評價主體為教師和學生。教學評價的總體目的是通過反思教學活動和學生學習，完善教學活動，推動學生進步，培養學生主動成長的能力。

在研究型教學過程中，學生需要完成與項目內容相關的實驗、報告及講演等學習任務。不同類型的任務有其對應的評價量表。例如，表2給出了項目完成報告的打分標準實例，清晰地顯示了打分細則，在向學生公布后，可幫助學生明確努力的方向，也體現出評分的公平公正。教師也可根據評價量表，對學生的學習效果及存在的問題做出客觀的判斷，進而調整或改進教學活動。詳細的各類評價量表設計見文獻。[4]

在研究項目實施中，指導教師會采用面對面、電子郵件、社交平臺等各種方式與各組保持良好溝通，肯定和鼓勵學生的努力，對所出現的問題提出建議，積極引導學生反思，推動項目的順利開展。

在傳熱學課程評分中，研究項目的成績占25%。在該部分評分中，不會僅僅依據項目結果是否合理、是否有創新來評定，而是更注重考查學生在思維方式、分析過程、解決問題能力、合作表達等方面的進步程度。最終在評價上會給出一個綜合分，體現學生的努力和貢獻，讓學生切切實實地感受到學習帶來的成長和信心。

（三）研究型教學的實施效果與分析

在研究型實踐教學的基礎上，本文通過對學生和教師的調查總結了該教學模式的實施效果。超過96%的學生表示，對傳熱學如何用于解決實際問題有了更深的了解，對科學、工程項目的實施有更大的興趣和信心。接近90%的學生認為，通過研究型學習，設計實驗的能力、搜集分析資料、小組合作和時間管理能力等有長足進步，能夠有意識地運用批判性思維或創新思維去發現問題、解決問題。部分學生對教師的肯定和鼓勵方式表示感謝，認為和教師平等對話交流提高了對自身能力的認識和自信，感受到了學術和人格的尊重，對學習和研究有了更高的動力和追求。不少學生也感到有些遺憾，因為研究型學習的時間比較短，項目的完成情況離自己預期的目標尚有有距離，希望未來在研究型教學上能分配更多的時間。

對教師而言，研究型實踐教學在知識、能力、素質三方面設置的教學目標基本達成。學生在教學中的改變及在實踐中展示自己能力的渴望讓教師更加充滿信心。師生之間頻繁的互動和討論，也豐富了教師的知識，拓寬了研究視野。教師也發現，研究型項目越是貼近現實和關注熱點，學生的研究熱情就越高漲，投入學習的時間和精力就越多，所以提供與時俱進的研究項目對激發學生的學習、保證教學活動的順利進行是非常重要的。另外，在項目開始時，教師要表達出對學生的較高的期望，使學生有信心有目標地實施項目；在做項目的過程中，要適時地對學生進行鼓勵和提供幫助，尊重學生多樣化的才能和決策方式，以充分發掘學生的創新能力。在實踐教學中還發現，由于研究型項目運行時間短、學生的研究背景較弱，更需要有經驗的教師和助教來指導或推進研究型教學，這會隨著教學研究的深入和課程改革的實踐得到改善。

四、總結及展望

本文對研究型實踐教學模式在傳熱學課程中的應用進行了分析和總結，首先明確了實踐教學的目標，即提升應用和轉化知識能力、思辨能力、創新精神、合作意識、交流表達的能力。然后描述了研究型教學的組織方式和項目案例，設計了相適應的教學評價體系和量化評分細則，分析了研究型教學的實施結果。本文認為，研究型學習的實踐教學模式能夠對學生產生積極的影響，促進學生的全面發展，增加課程的吸引力，推動知識的遷移和轉化，達到教學相長的目的。本文研究結果可為能源動力專業的基礎課程教學提供參考。研究型學習的教學模式需要在課程中進行長期的探索和實踐，如何最優地發揮它的培養功能，涉及傳熱學等基礎課程的整體設計和建設，尚需進一步研究和完善。指導教師和助教在研究型教學中的合理配置和經驗積累，也將為該教學模式的良好運行提供保障。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] DavidJR，ArendBD.高效能教學的七種方法[M].廣東：華南理工大學出版社，2014.

[2] 許明 編.當代國外大學本科教學模式的改革與創新[M].福建：福建教育出版社，2013.

[3] BloomB S.教育評價[M].上海：華東師范大學出版社，1987.

[4] 于娟，林赫.以學習為中心的教學評價及反饋策略[J].高等工程教育研究，2015（增刊I）：113-115.

[責任編輯：劉鳳華]