能源動力類本科教學與學生培養改革探討

劉存良 白曉輝 孟憲龍

西北工業大學動力與能源學院 陜西西安 710129

隨著全球經濟和科技的飛速發展，當今社會對綜合型人才的要求不斷提高，能源動力類學生不僅要具備扎實的專業基礎，更要有深入而全面的思考能力、積極向上的人生態度和強烈的社會責任感。這不僅對授課教師在專業基礎課程的教授方法和能力上提出了更高的要求，對融入思政元素引領學生人生價值也有了新的要求。自2020年教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》以來，明確了課程思政建設的總體目標和重點內容[1]，全國各大高校也開始推進高校課程思政建設，將立德樹人作為中心環節，幫助學生在建立專業基礎知識體系的基礎上，樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，實現全員育人、全程育人、全方位育人[2]。課程思政建設不是僵硬地灌輸某種思想，不是增設一門課程，也不會與課程知識傳授沖突，而是弘揚中華文化和傳統美德，培養愛國情懷、社會責任、道德修養，提升文化自信，實現思想政治教育和專業知識體系教育的有機統一[3]。

“傳熱學”是一門能源動力類本科教學體系中最重要的課程之一，是支撐動力工程及工程熱物理學科的專業基礎課。學習傳熱學，掌握由溫差引起的熱量傳遞的規律，在以后的工作中，能夠解決實際熱工科學中遇到的冷卻傳熱問題是開設本課程的目標。講好傳熱學，不止是將傳熱學中的概念和理論灌輸給學生，而是結合真實現象和實際應用，揭示其傳熱機理和發生此現象的客觀規律。衡量一個教師的講課水平，依據是“深入淺出”，即把復雜的現象用簡單易懂的方式解釋清楚，并且能從簡單的規律回歸到課本上的理論。另外，由于傳熱學知識體系中知識點繁雜，以及學生在學習過程中表現出的“平時不學”“考前突擊”等行為，使得對學生的過程性考核變得更加有必要。

綜上所述，傳熱學教學的改革，從培養社會需求的綜合型人才的角度出發，需要從幾個方面進行改革：第一，需要在課堂上融入一些外在元素，包括課程思政元素和典型案例，在豐富課堂的同時，塑造學生正確的人生態度；第二，需要對傳統的教學模式進行改進，包括對教學設計、教學方法的改進，培養學生對課程的興趣，扎實學生的專業基礎，提高學生解決實際問題的能力；第三，對學生考核方式的調整，重視對學生的過程性考評，加強對學生的過程指導，并對學生的真實效用進行綜合評估。黃軍等[4]針對“傳熱學”等能源動力類專業的核心課程，從師資隊伍建設、教學內容、教材、教學方法與手段等方面進行了若干的教學改革實踐，包括教師人員結構調整、豐富科研和教學案例、引入多媒體和教具等方法，取得了一定的教學成果。譚曉茗和張靖周[5]結合課程組在“傳熱學”課程的教學經驗，提出在“育人”和“育才”過程中教師要發揮好引導作用，做到“起好頭、抓好點、收好尾”，構思有張力的課堂教學前段。本文針對能源動力類本科教學和學生培養，結合西北工業大學能源動力類本科生的特點，圍繞課程思政教學設計和教師能力培養等方面進行了探討和分享。

1 西北工業大學能源動力類本科生特點

西北工業大學能源動力類本科生繼承了西北工業大學的優良傳統，善于思考，基礎扎實，勤于學問，踏實肯干，并具有強烈的家國情懷。西北工業大學大學生從入校之初就秉承著航空航天報國夢想，一心為祖國的航空航天事業而奮斗。然而，不善言談也是大部分西北工業大學能源動力類學子一直以來的問題。要培養適應時代潮流的綜合型人才，必須要有針對性地對這些問題進行改變。另外，與之前不同的是，隨著社會和科技的飛速發展，學生優越的成長環境和學校提供的先進學習平臺，以及手機電腦等電子產品的普及，使學生接受新鮮事物的能力大大增強，然而，由于學生的價值觀點、思想素質、人生態度的不同，在大學生活結束時的境遇也不盡相同。歸根結底還是取決于學生的人生態度，因此，在正確認識當代學生的真實狀態和訴求的基礎上，在切實了解學生人生價值觀的基礎上，針對性地融入思政元素，培養對專業的興趣。

2 能源動力類本科教學課程思政教學設計及教師能力培養

2.1 價值引領，融入思政元素，潤物細無聲

課程思政元素的融入不是僵硬地灌輸某種思想，而是將中華文化和傳統美德、愛國情懷和社會的正能量春風細雨般地傳遞給學生，影響學生價值觀的形成，提高其道德修養，達到三全育人的效果。而如何挖掘課程思政元素，并且怎樣做到潤物細無聲，就要考驗教師的授課能力以及思政元素的挖掘了。例如，在講到散熱的方式以及冷卻散熱的應用領域時，就可以給學生介紹航空發動機熱端部件的冷卻和芯片的冷卻；在體現專業技術重要性的同時，也可以給學生介紹國家目前在科技研發方面遇到的技術瓶頸，鼓勵同學們奮發圖強，激發同學們的愛國情懷。

傳熱學是一門既有基本理論又有深刻實際應用背景的學科，經驗性也較強，因此，基本上每一個重要的知識點都可以聯想到背后存在的實際工程問題。比如隔熱問題，其實質是深刻理解了導熱的基本概念和導熱機理之后，采取減小導熱系數或降低溫度梯度的方式來減少熱量的傳遞。航天飛行器在高速飛行過程中，由于氣動熱導致頭部的熱防護問題、燃燒室筒體的被動熱防護問題都是多層導熱問題。因此，可以很好地在導熱基本理論的基礎上外延到目前先進航天飛行器熱防護的問題上，使學生了解目前航天飛行器的發展現狀。在講解對流換熱冷卻問題時，很容易結合本學院的優勢學科，即發動機中的先進冷卻方法來進行深入講解。氣膜冷卻是航空發動機渦輪葉片高溫工作下最主要的冷卻方式，而針對氣膜冷卻效果的定義及相關理論則需要在扎實掌握對流換熱基本概念的基礎上才能深刻理解。通過廣泛介紹航空發動機內部工作環境的惡劣以及航空發動機內部結構的復雜，讓學生認識到發展航空發動機的難度，航空發動機被稱為“工業皇冠上的明珠”是名副其實的。同時，對于學生價值觀的引領也需要一個潛移默化的過程。例如，在介紹傳熱學是研究熱量傳遞規律的學科時，一定要從熱力學第二定律引申。即熱量是自發地從高溫向低溫傳遞，而這其實是在告訴我們要遵循自然規律。就像導熱微分方程一樣，導熱傳熱的規律是符合導熱微分方程的。而在社會活動中，每個人都要服從一定的社會準則和個人的行為準則。而在這個大的社會準則約束下，個人的發展取決于他的定解條件，即個人的性格、道德品行、人生目標、價值取向等。以上思政案例均從課程本身的特點出發，面向能源動力類本科生的教學，自然滲透到知識點的講授全過程，可謂一舉多得。

2.2 小班教學，提升人文關懷，潛移默化

為適應時代要求，做到因材施教，小班教學勢在必行。不同于傳統教學模式，小班教學具備教學與研討相結合、師生互動容易、學生課堂反饋及時等優勢。當今社會，獨生子女從小獲取了更多的關愛，而進入大學階段，很容易由于缺乏人文關懷而自尊心受到打擊。近幾年，西北工業大學能源動力類本科生也出現了類似的情況。由于中學時期學習負擔較重，學習時間較長，而且周末和假期也更多地被校外補課和課外培訓占用，學生在心理上承受著極大的壓力。大學期間，很多更重要的任務落在他們肩上，然而，由于自尊心較強，在強大的心理壓力作用下很容易做出放棄自己的行為，而更重要的是缺乏關心和人文關懷讓學生感覺到無比失落。小班教學提高師生比，給學生提供更多與老師交流的機會，對于學生改變心理狀態、調整階段性目標、重拾信心會有較好的幫助。另外，小班教學可以給予更多分組討論和發表觀點的機會，培養學生溝通能力和團隊協作能力，這樣一來，既可以提高學生的課堂參與度，及時反饋學生的接受程度，發現問題及時調整，又可以培養學生主動學習的狀態。教師的為人師表和淵博的學識很容易潛移默化地影響學生的性格和情操，也許教師不經意間的一個舉動就會讓學生終身受益。小班教學有助于對學生開展過程性考核。在平時的教學過程中，可以通過提問的方式來考核學生對知識點的掌握程度，保證學生每節課有一次被提問的機會，讓學生保持較高的注意力，這樣一來，教師可以直接獲得學生學習情況的反饋，客觀指出學生學習存在的問題，提高對學生學習過程和方法的指導和引領；對于課程考核環境，在期末考試階段，除了傳統的筆試，又可以開展面試考核方式，包括對基本概念的認識和解決問題方法的認識。現如今課堂上明顯發現，學生對于基本理論掌握得不扎實，同一個知識點換一種方式提問就會讓學生不知所措。期末考完結束基本上就忘記了大部分課程內容，更談不上以后在工作中的理論與實踐結合。對于這個問題，功夫下在平時當然是重要的，但還需要對知識點的掌握程度提出更高的要求。

2.3 深入淺出，揭示深層機理，水滴石穿

深入淺出的講課方式可以讓學生很快接受課程的重要知識點，可以有效引導學生進行更深層次的思考，加深對問題的理解。傳熱學中包括很多前人提出的定律和概念，也包括很多與現實生活有關的算例，如何引導同學們對這些定律和概念背后深層次的含義進行思考，如何從這些算例中看出問題的本質。有些問題透露出了淺顯的道理，如在介紹傅里葉定律時簡單說了一句“熱流的方向與溫度梯度方向相反”，那么這個熱流的方向是怎么定義的，熱流是正值還是負值？這是因為熱力學第二定律提出了熱量從高溫流向低溫；如在講過熱量的定義之后，在一個題目中出現了求解保溫墻的熱量損失的問題，這時就要引導學生思考什么是熱量損失。這種對問題追根溯源的思考和背后機理的思考，才是解決問題的重點和難點；再比如，當講到三類熱邊界條件時，對于滿足半無限大的一維導熱問題，在一個點是否可以同時給出兩種或三種邊界條件，如果沒有給出邊界條件怎么辦？有什么方法呢？答案是可以通過實驗測量的方法確定。雖然鍋爐里面的水溫不好測定，但是外壁面溫度是可以測定的，空氣的溫度是可以測定的，對流換熱系數也是可以測定的，這時便可以結合實驗室中的測試手段來講解對流換熱系數測定的具體方法。同樣，也可以引導學生學會用辯證的方法去看待科學問題。這樣一來，學生對知識點和問題就會理解得更深刻。

2.4 教討結合，掌握客觀規律，回歸本質

傳統“一言堂”式的教育方式已經越來越難滿足當前社會發展的人才培養模式和當代學生的標準。如今的高校學生，思維活躍、接受新鮮事物能力強，在這樣的背景下，需要發展教授與討論相結合的教學模式，有效促進學生的課堂參與度，提高學生的思考能力和交流溝通能力。通過問題驅動，學生針對問題的出發點和背后的原理提出問題，掌握其客觀規律，就可以舉一反三地掌握知識。比如，當講到一維半無限大物體的瞬態導熱時，有些問題中的物體為什么可以被當作一維半無限大物體，什么樣的條件下一維半無限大假設不適用？當講到導熱微分方程和定解條件時，介紹了三類邊界條件的定義、特點及區別，那么是否可以在同一個邊界上同時給出兩個邊界條件呢？比如在實際生活中，一個室內墻壁表面的溫度可以通過溫度計來測定，墻壁附近的氣流的溫度、氣流與墻壁表面的對流換熱系數也都可以通過一些方法測量出來。在強制對流換熱的內容中，對流換熱系數是一個綜合考慮了很多因素影響的參數，那么這些影響因素是如何影響對流換熱系數的取值和變化的？牛頓冷卻公式中的流體參考溫度是如何選取的，在實驗中是如何測量結構的對流換熱系數的？而且，對于不同流動狀態的通道和換熱結構，都有不同的努塞爾數準則關系式，這些準則關系式都考慮了哪些因素，在何種情況下適用？針對以上傳熱學理論中蘊含但沒有過多解釋的問題，需要學生結合教材上的知識點進行思考和討論，通過研討的方式更深刻地認識問題背后存在的原理和內涵，掌握事物發展的客觀規律和本質，提高學生解決問題的思維和能力。否則，一味地給學生灌輸理論知識，學生不但很難掌握其中的機理，又容易產生畏難情緒和排斥心理，教育效果很難提升。透過現象看本質，只有這樣，才能培養學生獨立思考和解決問題的能力，實現全面發展。

結語

結合西北工業大學能源動力類本科生的特點和我校軍工院校背景的特點，針對如何開展課程思政進行了簡要的探討。小班教學有助于教師對學生給予更多的人文關懷，使教師直接獲得學生學習情況的反饋，客觀指出學生學習存在的問題，提高對學生學習過程和方法的指導和引領。能源動力類本科生培養，對教師授課能力的要求不斷提高，深入淺出的授課方式有效引導學生進行更深層次的思考，加深對問題的理解。相比于傳統的“一言堂”式的教育方式，教授與討論的教學模式將更適合人才培養的發展和學生解決問題能力的提高。注重課程思政和專業教育協調發展，將立德樹人作為中心環節，幫助學生在建立專業基礎知識體系的基礎上，樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，實現全員育人、全程育人、全方位育人。