科教融合理念在工程熱力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探索

聶宇宏++劉勇++童軍杰++王淑香++劉洋++曹雪玲

摘 要：將科教融合的理念用于工程熱力學(xué)的教學(xué)中，從問(wèn)題的提出、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)等方面入手，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生的科研能力，提高了教學(xué)質(zhì)量。研究了如何以科學(xué)研究支撐高水平的教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：科教融合 工程熱力學(xué) 探索性學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（c）-0170-02

現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為大學(xué)的教學(xué)與科研應(yīng)當(dāng)相互融合，這是當(dāng)代大學(xué)的核心理念，國(guó)內(nèi)的許多教育工作者都認(rèn)為科教融合應(yīng)成為高校辦學(xué)的新常態(tài)[1]，并充分闡釋了科研與教學(xué)之間的關(guān)系[2]。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)科研活動(dòng)的理解習(xí)慣停留在純粹科學(xué)的層面，所以通常認(rèn)為只有研究型大學(xué)需要開展科研，事實(shí)上，科研活動(dòng)具有豐富的層次性，它囊括了從基礎(chǔ)理論研究到應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)科學(xué)的一切層面。科研不僅限于學(xué)術(shù)的研究，一切有關(guān)促進(jìn)教學(xué)的研究活動(dòng)都可以被納入到科研中去，教學(xué)研究也可以是科研。然而，科研并不總像人們所期望的那樣能夠有效地促進(jìn)教學(xué)，這很大程度上在于老師沒(méi)有主動(dòng)地將科研成果應(yīng)用到教學(xué)中去[3]。中國(guó)高校人才培養(yǎng)的問(wèn)題不在于過(guò)于強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究而影響了教學(xué)，而在于過(guò)于倚重單一的課堂教學(xué)途徑。由于改革者過(guò)于執(zhí)著于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，使科學(xué)研究這個(gè)重要的育人形式被忽略了。在很多高校中，教師的科研活動(dòng)和學(xué)生的課程之間是脫節(jié)的，我校本科生的教學(xué)活動(dòng)也是如此，為了有效地執(zhí)行科教融合理念，我們?cè)诠こ虩崃W(xué)課程的教學(xué)中進(jìn)行了一些嘗試，并取得了一定的成果。

工程熱力學(xué)是與能源相關(guān)專業(yè)本科生的重點(diǎn)基礎(chǔ)課程，其理論對(duì)高效利用能源、節(jié)約能源以及開發(fā)新能源有重要的指導(dǎo)意義[4]。該課程對(duì)學(xué)生的邏輯思維、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。教學(xué)目的是讓學(xué)生深刻地理解熱力學(xué)三大定律以及用熱力學(xué)知識(shí)去解決問(wèn)題的方法。從以往的教學(xué)情況看，學(xué)生普遍反映理論較難理解，課程實(shí)用性不強(qiáng)，學(xué)習(xí)興趣不高。我們?cè)谝兄卣n堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，將科教融合的理念應(yīng)用到課程的學(xué)習(xí)之中，建立科研教學(xué)學(xué)習(xí)的體系，從強(qiáng)調(diào)傳授知識(shí)和技能轉(zhuǎn)到重視學(xué)生的主動(dòng)自覺(jué)學(xué)習(xí)上，利用豐富的學(xué)術(shù)資料來(lái)豐富和優(yōu)化教學(xué)新模式。

1 帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)

在本科生的培養(yǎng)中，都在強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新是一種高度自主的行為，而激發(fā)個(gè)體創(chuàng)新行為的原動(dòng)力就是“問(wèn)題”，以問(wèn)題為導(dǎo)向，研究為媒介，養(yǎng)成學(xué)生高度自主的學(xué)習(xí)行為。我校的工程熱力學(xué)課程是輪機(jī)工程、能源與動(dòng)力工程等專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及到的研究方向有船舶動(dòng)力裝置性能與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、船舶節(jié)能減排與人工環(huán)境、船舶輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)的性能分析與優(yōu)化等。學(xué)生開始接觸這門課時(shí)，由于前期課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)不同，未來(lái)的專業(yè)方向也各有差異，為了實(shí)現(xiàn)科教融合理念，我們的做法是讓學(xué)生帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)。學(xué)生通過(guò)班主任、學(xué)長(zhǎng)了解自己未來(lái)可能會(huì)選擇的專業(yè)方向，確定其專業(yè)方向可能與工程熱力學(xué)相關(guān)的內(nèi)容。在課程的學(xué)習(xí)中，遵循科學(xué)研究的方式，從相關(guān)內(nèi)容中找到與工程熱力學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，設(shè)立學(xué)習(xí)與研究的內(nèi)容，對(duì)自己設(shè)定的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。如未來(lái)專業(yè)方向是船舶節(jié)能減排與人工環(huán)境，也就是與空調(diào)制冷有關(guān)，可針對(duì)新型的溶液除濕、吸收式制冷等方向，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容就是實(shí)際氣體的性質(zhì)與熱力學(xué)一般關(guān)系式，在這樣的學(xué)習(xí)內(nèi)容之中，選擇一個(gè)小的學(xué)習(xí)點(diǎn)，開始查閱文獻(xiàn)、確立選題。

2 教學(xué)內(nèi)容

工程熱力學(xué)的主要教學(xué)內(nèi)容包括熱力學(xué)基本定律、工質(zhì)的熱力性質(zhì)及熱力過(guò)程、管內(nèi)氣體流動(dòng)的熱力學(xué)、熱力系統(tǒng)分析等。熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)對(duì)所有的學(xué)生都進(jìn)行講解，在講解時(shí)，始終關(guān)心最新科學(xué)前沿，通過(guò)科教融合，將最新的科學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生學(xué)到最新的科技創(chuàng)新思想、理念和成果。其他的內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生之前選擇的專業(yè)方向，選擇性學(xué)習(xí)。將學(xué)生分為若干小組，如流體熱力性質(zhì)組、管內(nèi)氣體流動(dòng)的熱力學(xué)組、熱力系統(tǒng)分析組等，各組結(jié)合自身未來(lái)可能用到的熱力學(xué)知識(shí)，在基本理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行有針對(duì)性的研究和學(xué)習(xí)。

3 教學(xué)方法

課程的教學(xué)中采用探究式的教學(xué)方法。伯頓·克拉克認(rèn)為“探究”是聯(lián)結(jié)教學(xué)與科研的中介，就建立一種探究的模式，在這種模式中，參與科研或探究也就是一種形式的教學(xué)[5]。以“探索式”的教學(xué)取代簡(jiǎn)單的知識(shí)傳授，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、批判精神和創(chuàng)造能力。我們?cè)谡n程教學(xué)的過(guò)程中，每一學(xué)習(xí)小組根據(jù)自身的選題，展開研究工作，并寫成小論文，在課堂上進(jìn)行討論，加強(qiáng)自身理解的同時(shí)，也為其他學(xué)生的學(xué)習(xí)提供幫助，如何讓其他沒(méi)有參與這項(xiàng)學(xué)習(xí)的學(xué)生能夠理解本小組所做的工作，其實(shí)也是科學(xué)普及的工作。科學(xué)研究的各個(gè)環(huán)節(jié)具有不同的育人功效和育人形態(tài)，其中有些是明顯的，有些是隱含的，更多的時(shí)候還必須借助教學(xué)、文化才能達(dá)到育人的效果[6]。這樣，學(xué)生經(jīng)歷了整個(gè)的研究過(guò)程，也經(jīng)歷了學(xué)習(xí)的過(guò)程。并且通過(guò)科研這個(gè)實(shí)踐平臺(tái)，為學(xué)生提供了解學(xué)術(shù)前沿和他人觀點(diǎn)、培養(yǎng)創(chuàng)造力、協(xié)作能力的機(jī)會(huì)。

4 實(shí)踐性教學(xué)

學(xué)生參與到科研中去是極有效的教學(xué)方式，但中國(guó)絕大多數(shù)高校并不具備讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)時(shí)實(shí)際投入真實(shí)的科研項(xiàng)目和資源環(huán)境的條件，因此，科研育人除了可以開發(fā)一些替代的模仿真實(shí)情景的虛擬科研項(xiàng)目外，更多地是將教師的科研或者將最新的科技前沿問(wèn)題通過(guò)知識(shí)和學(xué)術(shù)轉(zhuǎn)化，變成教學(xué)的資源，這種轉(zhuǎn)化應(yīng)該是科教育人的主要表現(xiàn)形式。我們?yōu)榱私鉀Q在工程熱力學(xué)的授課中實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足而難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的難題，將數(shù)值模擬的研究工作引入到課程的學(xué)習(xí)中。如在管內(nèi)氣體流動(dòng)的熱力學(xué)小組的學(xué)習(xí)中，用商業(yè)CFD軟件進(jìn)行縮放噴管內(nèi)的流動(dòng)模擬，通過(guò)噴管設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬等環(huán)節(jié)，學(xué)生實(shí)際模擬了背壓發(fā)生變化時(shí)噴管內(nèi)的流動(dòng)情況，模擬出了與教材中相同的壓力變化曲線，證實(shí)了模擬結(jié)果的正確性，同時(shí)還通過(guò)CFD軟件的顯示功能，形象地看到的激波的形成，加深了對(duì)課程內(nèi)容理解。這樣的學(xué)習(xí)方法，為今后進(jìn)入研究、以及對(duì)未來(lái)的工作也都打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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