基于OBE理念的工程熱力學與傳熱學教學改革

汪維 李科斌 霍慶 宋小東

摘? 要：為使學生獲得獨立思考、分析推導簡化問題的能力，該文以OBE理念為基礎，結合教學實踐，首先從教學內容、教學方法、教學過程及教學考核體系等方面對如何提高工程熱力學與傳熱學課程的教學效果進行改革探索，然后就如何優化課程的內容設計及其考核體系進行初步設計，從而調動學生的學習積極性與主動性，提高學生的創新能力。最終注重以學習產出為導向，以學生為中心，并形成“教學持續開展，改進持續進行”的傳統，不斷引導和推進專業建設與教學改革，從而保障和提高應用型人才的培養質量。

關鍵詞：工程熱力學與傳熱學；OBE理念；學生中心；專業建設；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）27-0136-05

Abstract： In order to enable students to acquire the ability of students to think independently， analyze and deduce simplified problems， based on the concept of OBE， combined with teaching practice， this paper firstly discusses how to improve the Engineering Thermodynamics and Transmission from the aspects of teaching syllabus， teaching methods， teaching process， teaching assessment and evaluation. In order to mobilize the enthusiasm and initiative of students in learning， and improve students' innovative ability， the reform and exploration of the teaching effect of the course Engineering Thermodynamics and Heat Transfer was carried out. Finally， focus on learning output-oriented， student-centered， and form the tradition of continuous teaching， continuous improvement， and constantly guide and promote professional construction and teaching reform， so as to ensure and improve the quality of training applied talents.

Keywords： Engineering Thermodynamics and Heat Transfer; OBE concept; student-centered; professional construction; teaching reform

隨著近幾年國民高等教育的普及，培養應用型人才已成為現階段高等教育的首要目標[1]。針對當前社會經濟發展的人才需求，高等院校研究生教育已完成從培養學術型人才到培養應用型人才的戰略轉型[2]。只有重視并強化專業課程教學對人才培養的基礎性作用，跟蹤行業發展和學科前沿，才能培養工程應用型創新人才，但目前對本科生教育的培養思維仍偏向傳統。在以往對本科生的教學過程中，教師制訂的教學目標往往過于寬泛，從而導致教學目標模糊，這使得學生在學習過程中把握不住學習方向和學習重點，只能關注于課程內容本身及如何應對考試。

成果導向教育（Outcome-Based Education，OBE）的哲學思想是“以學生為本”“以學習產出為導向”，將教育的焦點集中在學生受教育后的效果上，更符合應用型本科院校的發展要求[3]。基于成果導向進行教學內容、教學方法的設計和教學過程的實施，完全不同于傳統的以“教師講授、內容為本”的教學模式，在提高教學效果上具有明顯優勢。成果導向教育是基于實現學生特定學習產出的教育過程，實現了傳統教育范式的轉換。對于教學成果，重點不再取決于學生的考試成績，而更多關注于學生在學習期間思維模式的轉變與提升和學習結束后運用課程內容解決相關問題的能力[4-5]。區別于傳統以學生知識接受程度為前提來制訂學習目標的教育模式，OBE教育理念中學習目標的制訂注重對學生能力的培養與訓練，在提供給學生知識、技術的同時著重培養學生的能力和素質，引導教師不斷完善教學方法，教師在學生達成預期學習目標的過程中，只充當指導者和組織者的角色[6]。

本文主要針對工程熱力學與傳熱學這門專業基礎必修課的課程教學進行探索，利用寧波大學機械工程與力學學院工程力學、車輛工程和機械設計制造及其自動化專業的技術基礎課教學實踐，將OBE理念引入工程熱力學與傳熱學的本科生教育教學中，在此基礎上對課程內容進行設計，并給出其考核體系，以研究OBE理念在工程熱力學與傳熱學課程中的應用。在教學過程中，推動從以往“以教師為主體，以教學內容為目標”到“以學生為主體，以學習目標為導向”的轉變。

一? 工程熱力學與傳熱學教學現狀

工程熱力學與傳熱學教學內容理論性強，公式繁多復雜，內容抽象不易掌握，涉及知識面大同時課程學分少，由于這些問題導致了學生學習積極性降低，學習動力不足，學習表現不夠理想。課程在教學改革中面臨的問題主要有以下幾個方面。

（一）? 教學課時不足

依據學院對工程力學專業的培養方案，學院將本課程學時從原來的51學時縮短為32學時，學分也從3學分降至2學分。課堂教學學時的縮減，無疑增加了學習和教學的難度，任課教師在課程學時普遍壓縮的大環境下頗感這門課程難教的壓力。課程的教材工程熱力學部分選用沈維道、童鈞耕主編的《工程熱力學》第五版，全書共13章；傳熱學部分選用陶文銓編著的《傳熱學》第五版，全書共11章，根據作者這幾年的教學經驗，用32學時講授完全部內容并保證教學質量極為困難，幾乎不可能實現。在這種情況下，如何根據實際情況制訂教學大綱、整合教學內容變得極為重要。

（二）? 學生對這門課程缺少主觀認同感

該課程的部分教學章節理論性強，甚至有些部分內容幾乎全是經驗公式的推導，學起來十分抽象，導致課程學習難度高，理解起來難。同時在學生學習過程中，發現教材上的工程應用實例多與蒸汽機、柴油機和發電用燃氣輪機等熱工設備有關，與其未來的工作關聯性差，應用的可能性小，這導致學生在學習過程中提不起興趣，學習的積極主動性差。此外，在教學重心上，由于教學課時少、任務重，因此教學重心只能全放在傳授知識而非能力培養上。上課時，教學方式主要以老師講授為主，教學中師生間缺少互動，這使得學習過程學生以被動接受為主，課堂的活躍度低，不利于對學生創新思維的培養。學生對課程缺乏興趣，自主學習意識薄弱，平時能完成課前預習和課后復習的學生鳳毛麟角。大多數學生寄希望于考前復習，依賴于對考試重點和公式死記硬背的方式來應付考試。在這樣的教育模式下的學生內心是矛盾的，既得幸于這種應考“技能”，又失落于學不到知識和技能。這種情況下培養出來的本科生遠不能達到解決實際工程問題及進行科學性研究的培養目標。

（三）? 該課程教學結果評價指標較單一

寧波大學機械工程與力學學院的工程熱力學與傳熱學這門課的最終成績由課程大綱中的考核方式決定：課堂討論和表現占10%、平時作業和測試占30%、期末考試占60%。雖然學生最終成績的構成已充分考查了學生的平時表現，但主要還是停留在學生對課本知識了解情況和掌握程度的層次上，學生的學習效果不能得到全面體現和考查，對他們的學習很難起到督促作用。

二? 基于OBE理念的工程熱力學與傳熱課程教學改革

根據目前的教學現狀，為了更有效地增強教學效果、提高教學質量，本文從修訂教學大綱、課程教學設計、課程教學改革和建立多維考核體系等方面進行課程教學改革的探索。

（一）? 課程教學大綱

依據OBE理念對工程熱力學與傳熱課程教學大綱進行修訂，需要滿足以下幾方面的教學要求。①學生通過對課程的學習，掌握熱力學的基本規律，并能正確利用這些規律進行熱力過程和熱力循環的分析；能夠熟練地運用常用工質性質公式進行熱力計算；掌握熱傳遞所遵守的三種基本途徑及綜合傳熱過程所遵循的基本規律，熟悉常用的熱工設備和換熱器類型。②讓學生知道學習的目的是具備工程實踐能力，畢業后能符合就業市場需求，并能直接從事相關背景的工程設計及計算工作。③通過改革能有效提升學生的學習成果。④通過受聘學生所在單位的反饋了解課程教學改革取得的實際成果。從而培養學生獨立思考、分析推導簡化問題的能力，能將實際問題抽象簡化，并應用理論分析解決實際熱工程問題，為學生專業課程的學習和未來解決生產實際問題打下必要的理論基礎。在了解現代熱機設計、強化傳熱/隔熱新技術及其發展趨勢的同時，結合國家建設和民族復興的新時代背景，加強學生的家國情懷與文化自信，激發學生的使命感和擔當。為此，教學大綱目標設定如下。

課程目標1：具備基本的科學素養，及時了解現代熱機設計和強化傳熱/隔熱的國內外新技術和發展趨勢，建立強烈的愛國主義使命感和責任感，及時了解國家相關學科的科技戰略要求。

課程目標2：了解工程熱力學與傳熱學的研究目標和研究方法，確切掌握工程熱力學與傳熱學中一些專業術語和概念；能夠準確地分析能量轉化與守恒的過程，并掌握熱力學中的兩大基本定律；能夠根據熱力過程的特性，對過程中的功量和熱量進行分析與計算；掌握理想氣體和常用工質（水蒸氣或濕空氣）的基本熱力性質與計算方法；掌握熱量傳遞的三種基本方式的原理與工程常見條件下的簡化和計算方法。

課程目標3：了解常用的熱工設備和換熱器類型，能夠對機械設備的熱力學和傳熱學問題進行正確表述，了解常用的定性和定量分析方法，并能進行一般的工程計算和設計。

課程目標4：掌握如何通過熱力過程設計提高機械和工程設備熱能利用效率（如提高火電廠的煤炭轉化為電能的效率，減少工業廢氣排放），在設計時能夠權衡工作效率和環境保護等因素間的關系。

課程目標與學生畢業要求和相關指標點之間的對應關系見表1。由表1可知，新設定的課程目標可以覆蓋學生畢業要求中的要求1、2、4和對應的3個二級指標點，每個課程目標分別對應1個二級指標點，能夠滿足畢業生的畢業要求。

（二）? 基于OBE理念的工程熱力學與傳熱學課程設計

基于“以學生為主體，以學習目標為導向”的OBE理念，采用反向課程教學設計，包括三個流程，即確定學習效果，圍繞學習效果設計教學環節，采用多維評價體系檢驗學習效果，以此形成針對學習目標教學及檢驗教學成果的課程教學閉環過程。

1? 通過學習目標設計教學環節

工程熱力學與傳熱學課程的主要目的是讓學生認識和掌握熱能和其他形式能量（主要是機械能）之間的轉換規律及工程實際應用[7]，培養學生獨立思考、分析推導簡化問題的能力，能將實際問題抽象簡化，并應用理論分析解決實際工程問題，為今后學生專業課程的學習和未來解決實際生產問題奠定必要的理論基礎。但目前這些教學目標過于籠統，不能量化考核學生的實際能力與個人素質。因此教師必須結合社會需求和課程內容實際應用背景，基于OBE理念對課程的學習目標進行拆解和量化。

2? 合理設計教學環節，調整教學內容

工程熱力學與工程實際聯系緊密，有些知識學生在日常生活中很難接觸到，這無疑加大了課程的教授難度，因此好的課程環節設計顯得尤為重要。在教學過程中應從學生的認知視角出發，以學生身邊的日常事物為落腳點，讓學生能夠身臨其境地學習、把握相關知識和概念。在課堂教學中，老師應該積極引導學生思考，鼓勵學生之間的相互交流和探討，并適當地提出一些與課程相關的開放性問題。

3? 改變傳統評價體系，采用多元化評價體系

傳統教學中的“三七”模式（平時成績30%+期末考試成績70%）雖然考慮了學生的上課表現，但沒有體現出對學生技能和能力的考核，不利于開發學生創新性和探索性，并且這種考核方式中期末試卷的考核方式太過單一，無法綜合評定學生的學習成果，因此必須重新制訂出多維評價體系來支撐OBE教學理念下學生學習成果的考核[8]。如何合理地對學生吸收程度進行客觀評價，是課程改革的重要環節。本文擬提高教學質量，培養創新型人才，以學生為本，實施個性化教育和多樣化考核方式。

（三）? 基于OBE理念的工程熱力學與傳熱學課程教學改革

基于當今大學生的學習方式、學習興趣及專業背景等，考慮到不同基礎和不同興趣的大學生，對傳統的課堂教學內容進行設計。以提高學生運用基本理論知識分析和解決實際問題的能力為目標，從教學內容、教學方法和教學過程三方面，對工程熱力學與傳熱學課程教學內容進行應用化設計探索，達到注重概念、突出要點、強化應用的教學要求，具體內容如下。

1? 在教學內容上，將抽象的教學內容直觀化、工程化

工程熱力學與傳熱學課程的規律和概念過于抽象，如果僅限于老師的口頭講解和書本上的講述，教學太過扁平化，這不僅會增加課程的難度，還會使學生因課堂教學的枯燥而產生厭學情緒。因此老師在課堂教學時，應注重課堂講授內容的工程應用背景，結合工程應用實例講解理論知識，以提升教學內容的可接收性。在教學過程中，采用課堂講授、視頻學習、案例分析設計、課堂練習、提問、課堂討論、課后實踐、課后自學和文獻查閱等多種方式綜合教學，同時，還可以運用多媒體設備進行輔助教學，通過視頻播放的教學手段來幫助學生了解具體的動力裝置、制冷裝置的工作流程，從而使教學過程變得更為生動、有趣，提高學生的學習興趣。

2? 在教學方法上，培養學生從熱力學與傳熱學的角度來思考和解決工程實際問題的能力

學生在工程熱力學與傳熱學的課程學習中，應當了解常用的熱工設備和換熱器類型，正確表述機械設備的熱力學和傳熱學問題，了解常用的定性和定量分析方法，并能進行一般的工程計算和設計。同時要求學生完成課程學習后，能根據實際問題中熱力過程的特征，分析計算過程的功量與熱量。掌握理想氣體和常用工質（水蒸氣）的基本熱力性質與計算方法等基本知識。工程熱力學與傳熱學課程的最終目的是讓學生具備針對工程問題中的具體對象建立數學模型并求解的能力。因此學生對理論知識的掌握只是本課程中的學習目標之一，對學生思維模式的培養才是教學的真正目的。

3? 在教學過程中，培養學生基于工程熱力學與傳熱學的邏輯分析能力

工程熱力學與傳熱學要求學生能夠運用數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決機械工程領域中的復雜工程問題。因此，要求學習該課程的學生掌握一定的數學基礎與機械設備專業知識及大學物理等知識，但學生可能因為專業課程設置和知識遺忘等原因，對某些知識掌握得不好。因此，每堂課程開始之前，可以對上次課的重點易混淆內容進行提問和回顧，增強學生對已學習知識的掌握程度，之后再把這次課內容包含的知識點羅列出來，為后面的課程內容講授進行鋪墊。

（四）? 基于OBE理念的工程熱力學與傳熱學多維考核體系的建立

目前傳統的課程考核方式，期末考試占比非常大，不利于開發學生創新性和探索性，應嘗試新的考核方式。如何合理地對學生吸收程度進行客觀評價，是課程改革的重要環節。本文擬提高教學質量，培養創新型人才，以學生為本，實施個性化教育和多樣化考核方式。多維考核體系由期末測驗和過程考核兩大方面構成。學期總成績采用百分制評定，由兩部分構成：過程考核成績，占比50%；期末測驗成績，占比50%。該課程期末測驗采用閉卷形式考試。過程考核成績由課程設計報告、課堂教學、課后作業等組成，主要包括課堂練習、課堂互動、課堂討論、課后作業和課程設計報告等。按順序，可將過程考核分為課前考核、課中考核、課后考核。

課前考核主要借助微信群、慕課等網上平臺進行。根據教學大綱和授課內容，從每次課程的教學內容中選出相關題目提前布置給報名課堂演講的同學，并設定標準，學生根據每次課程內容在課前進行現場演講、分享，最后由全班同學填寫評分表進行評價。通過學生自主學習、分享，來激發學生的學習熱情，突出學生的主體地位。

課中考核則通過課堂提問和討論等課堂互動活動，以此提高學生課堂學習的參與度。在課程學習過程中，通過對所講授知識點進行現場提問、討論，得到同學對課堂內容的掌握情況，以此對教學進度進行微調，從而提高教學效果。

課后考核包含課后作業和課程設計報告，課后作業要追求質量，爭取讓每道題都是來自于典型工程案例；通過課后作業及時掌握學生學習情況，以便及時調整教學方式并對學習困難學生進行幫扶，確保教學效果；期末大作業為撰寫課程設計報告，由老師布置題目，要求學生應用所學理論知識和設計分析軟件對某工程熱力學和傳熱問題進行分析、求解，提升學生理解問題、分析問題和解決問題的能力。同時還對課程設計報告內容的邏輯性進行考核，提升學生的行文邏輯性，鍛煉學生的寫作水平。

期末采取閉卷形式考試，命題依據畢業能力要求指標，對基本概念和基本原理進行有針對性的考核，并設置綜合類考題，考試時提供相關的資料參考，要求學生選用正確的理論和公式來分析解決問題，考察學生對基本理論知識的掌握和解決實際工程問題的能力。各部分的具體評價環節、評價依據、方法和在總成績中的占比，見表 2。

三? 結束語

本文以OBE教育理念為基礎，結合寧波大學機械工程與力學學院對相關專業的畢業要求，以工程力學專業的專業基礎必修課工程熱力學與傳熱學為例，從課程教學大綱、課程設計、教學改革和考核體系四個層面分析了改革的依據和內容，以培養適應當前社會發展的新型應用型人才，滿足學生畢業的要求。

參考文獻：

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[2] 華小洋，蔣勝永.應用型人才培養相關問題研究[J].高等工程教育研究，2012（1）：101-103.

[3] 馬秀勤，晉芳偉.基于OBE的流體力學與傳熱學教學研究與實踐[J].貴州工程應用技術學院學報，2020，38（3）：135-140.

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[5] 王建衛，李佐，廖大麟，等.基于OBE理念的單片機課程教學改革與實踐[J].貴州工程應用技術學院學報，2019，37（3）：129-134.

[6] 王麗麗，陳慶光，張鑫，等.基于OBE模式的“機械工程控制基礎”課程教學改革研究[J].教育教學論壇，2019（34）：100-102.

[7] 沈維道，蔣智敏，童鈞耕.工程熱力學[M].北京：高等教育出版社，2007.

[8] 粟梅，張太樂，熊燦娟，等.基于OBE的《工程力學》課程考核方式改革[J].山東化工，2020，49（4）：207-208.

基金項目：寧波大學教研項目一般項目“OBE理念指導下的工程熱力學與傳熱學課程內容設計及其考核體系研究”（JYXMXYB2021060）

第一作者簡介：汪維（1983-），男，漢族，江西瑞昌人，博士，教授。研究方向為爆炸與沖擊動力學。