新工科背景下的“工程熱力學”課程體系改革

賈永英 宮克勤 劉曉燕 王忠華

[摘 要] 本研究參考新工科對人才的要求，對照“工程熱力學”課程對學生的畢業要求支撐點，從畢業要求的最終學習結果出發，逆向推導課程的改革，明確指出建環專業畢業生應該具備的素質和“工程熱力學”專業學生所需具備的知識、能力、態度要求。以畢業要求為標準、以學生為中心，建立了“知識-能力-素養”的教學目標，打造了突破時間和空間限制的混合式教學新模式，采用了線上學習、翻轉課堂、專題討論、課堂展示、實踐教學等教學新方法，通過做中學的方式，全面提升學生創新力，并且實現了學習全過程記錄和考核多元化。

[關鍵詞] 新工科;教學目標;教學模式;創新;實踐

[中圖分類號]G642 ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2021） 07-0080-02

隨著新經濟的出現，以互聯網和云計算為核心的新型產業不斷升級，新技術產業不斷興起。習近平總書記指出：“我們高等教育成為比往昔任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴望比以往任何時候都更加強烈”。這決定了我國高等教育進行新工科改革勢在必行，新工科改革要求以學生為中心，抓緊培養模式創新，強化教學方法與教學手段的改革，完善多主體協調、多學科交叉的人才培養模式，強化工程人才的個性化發展，推進新型工程教育信息化。這種教學理念的改革必須深入課堂，要求每一門課要積極探索新工科理念下課程的教學目標，最終通過課堂教學的模式，將其思想、內容、技能教授給學生，著重培養學生工程能力與創新能力。我們學校建環專業緊抓“新工科”這個突破口，結合石油院校辦學優勢條件，以“工程熱力學”課程為抓手，構建新工科專業，樹立工程教育“新理念”，探索工程教育人才培養“新模式”。

一、構建工科新理念，建立課程新目標

2016年新工科這一概念出現在教育界內，教育部高教司于2017年正式啟動了“新工科”計劃。2017年2月18日，在復旦大學的高等工程教育發展戰略研討會上，探討了新工科的內涵特征與發展路徑。2017年4月8日，在天津大學召開的新工科建設研討會上，明確指明了新工科建設的行動路線。2017年6月9日，在北京召開的新工科研究與實踐會議上，教育部全面啟動新工科工作。“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等各大會議上確立的綱領性文件，為我國工程教育改革探索出一條新路徑。新工科的建設，要求優化學科布局，建設優質課程，培養學生的工程能力、科研能力，使學生成為綜合素質高的新型工科人才。這就要求有新的課程目標、新的教學模式、新的考核方式。我們為了實現工科新理念，對工程熱力學課程進行了研究和改革。“工程熱力學”是我校建環專業的專業基礎課，是專業知識體系中必修的專業主干課，是連接基礎知識和專業知識的橋梁。研究新工科背景下“工程熱力學”課程體系建設具有重要意義。根據新工科理念，按照OBE模式逆向設計課程目標。在教學目標方面，秉承“學生主體，教師主導”的原則，以學生興趣為引導，熟練掌握能量轉換及其應用過程的基本規律，并緊跟新工科發展動態，學會應用熱力學第一定律與第二定律的理論體系分析能量傳遞與轉換關系，并應用到企業中去，做到校企合作、工學結合，解決工程實際問題，使學生在學習理論知識的同時，達到“知識-能力-素養”三維產出成果的教學目標，培養具有創新理念綜合素質高的新工科人才。

二、打造課程新模式，采取教學新方法

新工科的提出對課程與課堂教學提出了更高的要求，新工科教育模式改革要首先要通過課堂教學，將其內容、思想、技能傳授給學生。現代的課堂不僅限于教室的物理空間中，更是可以通過在線教學實現課程授課。根據“知識-能力-素養”三維產出成果的教學目標，“工程熱力學”改革提出“線上+線下”兩個方面加上實踐三個階段的混合式教學流程。在混合式課堂中，教師是課堂教學的設計者和指引者，精力不再全部用在課堂授課中，而是轉移到對學生是否能自由運用知識點的關注中。在線上課堂中，對于課程中不易理解的難點、重點知識，通過制作視頻為學生提供隨時可以重復學習的資源，并通過設計的知識點視頻中的課間提問和測試，使學生初步了解相關知識點，掌握基本概念。這種線上課程設計思路和方法，為拓展學生的知識面、深化學生理論知識提供了豐富的學習資源。同時，線上課程還為學生提供課程相關發展歷史、課程當前研究現狀和發展趨勢等學習資源，激發學生學習興趣。線下教學分為線下課堂教學及線下創新實踐兩大部分。其中線下課堂教學以翻轉課堂和課堂展示方式進行，在這些教學形式中，教師不再是知識的簡單傳授者，而變成知識的引導者，學生不再是被動的學習者，而是主動的研究者，這是落實“以學生為中心”思想的可靠途徑。在線下實踐教學過程中，以案例或項目為抓手，由教師制訂案例或項目的學習主題，由學生進行項目的調研、討論、分工和完成，并以PPT的形式在課堂進行展示，引導學生運用工程熱力學知識，實現理論與工程實際的結合，并且訓練學生的思維邏輯，加強學生的語言組織能力，提高學生的創新創業能力。總之，通過構建課程新模式，注重學生作為“人”的發展，使學生實現全面發展，從“重書本知識”轉向“重實踐創新”，實現從單一化向多樣化轉變，培養新工科要求學生所具備的跨學科交叉融合、工程領導力、解決復雜問題等能力。

三、樹立“在做中學”的新理念，提高學生創新力

高等工程新工科教育要求學生具備創新創業能力與跨學科整合能力。“工程熱力學”通過創新創業實踐實現理論與實踐的結合，樹立學生的在“做中學”的理念。創新創業實踐是實現“做中學”的形式，首先，老師進行項目設計、布置任務，學生組隊甚至赴實地調查，通過觀察、訪談、調查等形式，按照任務的目標要求進行研討、分工和合作，一起完成項目。最后項目組同學在課堂上進行項目展示，接受同學和老師的評價，提高了學生的語言表達能力、團隊合作能力及自主學習能力，在完成項目的過程中，學生需要將理論知識運用于實踐，通過“做中學”加深對創新知識的理解，提升實踐運用能力。同時，由于項目的完成需要小組成員間的分工協作，項目驅動的實踐教學形式也能提升學生的團隊意識和合作能力。其次，線下創新實踐形式還可以是創新創業競賽，創業競賽考驗的是學生對創新創業知識的融會貫通能力和實踐能力，是對創新創業教育效果的最佳檢驗，是從“紙上談兵”到“真槍實彈”的過渡，是創新教育與市場接軌的最好方式。鼓勵有創新觀點的學生組隊參加競賽，在競賽的過程中不僅可以激發學生的學習積極性，加深對創新創業知識的理解，還能提升學生的實踐應用能力，通過建立個性素質拓展機制，全面提高學生綜合素質。該過程要求學生選擇相應題目、查閱相關技術文獻、了解相關技術發展前沿并主動講授，既體現了學生的個性化，又鍛煉了學生綜合素質。

四、記錄學習全過程，實施考核多元化

新工科對人才培養質量要求更高，要求學生具備跨學科交叉融合能力、解決復雜問題能力和工程領導力等能力，課程作為實現人才培養質量的途徑，課程考核作為教師手中促進學生學習的最有力手段，能夠促進學生學業發展，促進教學活動的開展，促進教育目標的達成。課程考核與課堂教學緊密相連，伴隨著教學過程的進行。課程考核體現在考核內容、考核主體、考核方式等各個方面。課堂考核的內容，開始向三維目標轉變，不僅要考核學生對知識與技能學習的成果，還要考核學生的學習過程和方法，甚至還要關注學生潛在能力的發掘。對情感與態度進行考核，考核更關注學生本身，更強調以人為本。考核的主體趨于多元化，考核的主體不再僅僅是老師，還包括學生。課考核的方式不再單一，依據課堂變化而定，越來越注重多種方式的交叉使用，如進行課前的診斷性考核，課中的表現性考核、課后的總結性考核。考核的方式有對應視頻知識點的課堂提問和思考題、觀察和紙筆測驗等，對應視頻知識點的課堂提問和思考題用以檢查學生對知識點的掌握程度;觀察用以檢查學生在自由討論或口頭表述時，學生分析問題和語言表達觀點的能力，或檢查學生以個人展示或小組展示時，學生在真實情景中運用所學知識與技能的能力，或檢查學生進行工程案例學習時，學生應用學得知識解決問題的能力;紙筆測驗用來檢查學生課程結束后的綜合性學習效果。考核強調結果以及過程，而且學生解決問題所表現出來的思維方式也是考核的重點。在考核過程中，網絡教學平臺為多元化考核提供了技術支持，優質在線教學資源詳細地記錄了學生的學習情況，準確的數據分析支撐了考核的證據，教師能夠自動監控學生學習，記錄并分析學習結果，準確掌握學生所達到的學習程度，從而及時有針對性地進行知識的傳授和答疑。通過記錄學習全過程，實施考核多元化，改善了學生課前預習效果，點燃了學生課堂討論和展示的熱情，學生積極投入到在做中學的實踐中去，達到了改善課堂教學效果、調節教學氛圍的目的，有效地促進了學生學習，促進了學生跨學科融合能力，培養了學生思維的嚴謹性和創造性。

參考文獻：

[1]趙雷洪.多元視角下的高校學生學業評價[M].北京：科學出版社，2017.

[2]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）.

（責任編輯：王義祥）