工程熱力學課程全程式-過程化考核探索與實踐

劉高潔

（上海理工大學 能源與動力工程學院，上海 200093）

2019年9 月，《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》（簡稱《意見》）指出，“完善過程性考核與結果性考核有機結合的學業考評制度，綜合應用筆試、口試、非標準答案考試等多種形式，科學確定課堂問答、學術論文、調研報告、作業測評、階段性測試等過程考核比重”[1]。為深入貫徹落實全國教育大會精神，落實上述《意見》的要求，需深化課程教學改革，加強學習過程管理，完善過程性考核與結果性考核有機結合的學業考評制度。自2019—2020 學年第二學期開始，上海理工大學決定在部分本科課程中先行先試，推行本科課程全程式-過程化考核工作。全程式-過程化考核過程需做到考核方法科學及考核形式多樣、考核內容覆蓋面廣、考核過程可回溯、考核結果公平，考核結果全面真實反映學生學習情況，學業記錄全程留痕，避免單一結果性考核“一考定成績”的弊端[2-3]。

一 課程簡介

工程熱力學，作為上海理工大學能源與動力工程學院所有專業的大二學生在開始學習專業課程之前所必須學習的一門學科基礎課，主要研究熱能和其他形式能量的轉換規律。該課程有效銜接基礎課程與專業課程學習，同時也為課程設計、企業實習和畢業設計等實踐課程的學習奠定基礎。課程教學中使用以課堂講授為主、線上學生自主學習相結合，同時設置翻轉課堂的教學方法進行線上線下混合式教學。本課程于2023 年4 月獲批第二批國家級一流本科課程。

二 課程考核情況介紹

工程熱力學（以下簡稱“本課程”）是能源動力類專業工程基礎類課程，是專業培養方案中完成畢業要求指標點的關鍵課程，同時也是學生未來從事能源相關的設計、研發等行業的必備課程，在培養人才過程中起到重要的、關鍵性的作用。

本課程設有4 個學分，64 個學時。授課采用線下講授和線上慕課相結合的混合式教學模式，線上慕課資源為在一網暢學平臺和超星學習通平臺建立的工程熱力學慕課，其中2019—2020 學年第二學期和2021—2022 學年第二學期線下講授部分受新冠感染疫情（簡稱“新冠疫情”）影響轉為線上講授。

本課程根據專業培養方案中指標點1-3 和指標點2-1 確定教學目標。指標點具體描述如下。

指標點1-3：掌握解決能源與動力工程領域復雜工程問題的工程基礎知識，具有針對能源與動力工程專業復雜問題進行模型描述的能力。

指標點2-1：辨識能源與動力工程領域復雜問題的關鍵環節和參數，界定工程問題所屬的學科領域。

根據上述指標點，將課程目標劃分為三類，分別為知識目標、能力目標和素質目標。三類目標具體要求如下。

知識目標：要求學生掌握工程熱力學基本概念和基本定律；運用熱力學基本方程式和常用工質的熱力性質圖表對熱力過程和熱力循環進行分析及正確求解。

能力目標：要求學生掌握后繼專業課程必需的熱能和其他能量轉換規律的基礎知識，并掌握提高能量利用率的基本原則和主要途徑。

素質目標：訓練學生的思維能力和實踐能力，提高學生的綜合素質及分析和解決動力領域中各種實際問題的能力，綜合運用上述知識和能力，解決日后工作和再學習過程中實際問題的能力。

課程目標對應的考核內容主要圍繞基礎知識、思維能力和綜合素養這三方面來進行。傳統的考核方式主要依賴于期末考試成績，這種單一的評價方式容易忽視學生的平時表現和階段性學習成果，不利于全面評價學生的學習狀況。因此，自2019—2020 學年第二學期以來，工程熱力學采用的是全程式-過程化考核，其中，平時考核和期末考核各占50%，平時考核中項目測評占10%（共兩次，每次占5%），期中測評占10%，項目報告占10%，課堂綜合表現占20%（表1）。

表1 工程熱力學A 課程全程式-過程化考核成績占比表

三 全程式-過程化考核的實施過程

根據人才培養方案中指標點1-3 和指標點2-1，工程熱力學課程進行了項目化改革，將課程劃分成兩大類項目，即基礎知識類項目和應用類項目。基礎知識類項目包括基本概念、熱力學第一定律、工質性質、基本熱力過程和熱力學第二定律五個項目；應用類項目包括氣體流動過程增速方案設計、壓氣機節能方案設計、氣體動力循環能效提升方案設計、蒸汽動力循環能效提升方案設計和制冷循環能效提升方案設計五個項目，共計十個項目。每個項目設有具體教學目標；依照教學目標，將每個項目劃分成以知識點和技能點組合而成的課點；項目結束后針對課點進行考核。表2 以項目八為例給出了項目的教學矩陣。

表2 項目八——“氣體動力循環能效提升方案設計”的教學矩陣

工程熱力學課程全程式-過程化考核具體實施過程及評價情況如下。

項目測評：通過開放性思考題和設計類計算題考察學生對項目課點的掌握度。共進行兩次，項目測評一是對基本概念、熱力學第一定律和工質性質這三個基礎知識類項目進行掌握度測評；項目測評二是對氣體流動過程增速方案設計、氣體壓縮過程減耗方案設計這兩個應用項目進行掌握度測評；兩次項目測評各占比5%，總計10%。

期中測評：通過開放性思考題和設計類計算題對五個基礎知識類項目進行掌握度測評，占比10%。

項目報告：為每個項目結束后上交的項目設計報告，主要考察學生綜合運用所學知識的能力。報告成績優秀記100分；成績良好記80 分；成績及格記60 分；不及格或未上交記為0 分。一共需上交10 份報告，取10 次平均分，占比10%。

課堂綜合表現：每個項目結束后對進行一次項目課點測試，題型為開放性思考題。一共進行10 次測試，取10 次平均分，占比20%。無故不參加測試的，按不及格處理。另外，設立考勤減分項和翻轉課堂加分項，課堂綜合測評上限為100 分。

四 過程化改革的亮點

（一）對課程進行項目化教學改革

自我國提出“雙碳”目標以來，如何最大限度地節能增效，做到積極穩妥推進碳達峰、碳中和，成為新一代能動人所必須面對的問題。熟練掌握工程熱力學的相關知識，對實際工作中的熱力過程和熱力循環進行分析，提出提高能源利用率的具體途徑與措施，是學生成為一名優秀能動人所必備的技能。

但是，工程熱力學這門課程理論邏輯性強，概念抽象，學習難度較大，學生難于理解，存在畏難情緒[4]。為幫助學生提高學習信心和興趣，確保課程教學目標的實現，本課程將學習過程劃分為十個項目，每個項目可以是一個待解決的概念或者待計算的某具體工程問題。學生要完成每一個項目，需要掌握項目中各項子問題的解決方案。因此，教師需先通過邏輯分析梳理出一系列子問題，形成一條子問題鏈[5]。這些子問題一環扣一環，在解決子問題1 的過程中會衍生出子問題2 或者更多新的子問題，學生需要順著這些子問題的牽引去思考，最終掌握知識點。例如，工程熱力學中五個應用類項目是五個基礎知識類項目在具體工程實際中的應用，其新知識點是不同設備工作原理的簡化，教師需從工程實際問題出發，運用多媒體手段讓學生對設備有一個具象的認知，然后進行簡化和抽象，讓學生更好地理解實際設備中各概念的應用。此外，在項目化教學過程中可以適當加入科研案例[6]。根據教學實踐可以發現，在項目化教學中增加科研案例的敘述，能增強學生的興趣，從而調動學生的注意力，激發學生的好奇心和創新思維，促進學生的學習。

下面列舉兩個應用類項目的具體教學方案。

1 壓氣機節能方案設計

壓縮氣體在工程上有廣泛的用途。傳統教學時該部分內容通過教師講授的模式對壓氣機的熱力過程進行講述，學生理解起來非常困難。進行項目改革后，該項目以生活中常用到的打氣筒作為切入點，降低學生的理解難度。為了解決單級活塞式壓氣機的耗功這一問題，根據打氣筒基本工作原理與壓氣機相同，教師可以引導學生在了解壓氣機工作原理的基礎上根據前面所學到的知識推導出單級活塞式壓氣機的耗功。由于工程實際中壓氣機所需耗功因壓縮過程不同而異，教師繼而引導學生通過對比不同情況下的耗功來制訂出節能方案，這樣不僅鞏固了課程知識，還培養了學生分析問題、解決問題的能力。

2 壓燃式柴油機能效提升方案設計

壓燃式柴油機的工作過程是氣體動力循環這一大章節知識點的內容。傳統教學時，由于壓燃式柴油機實際循環非常復雜，即使把實際問題抽象成理想氣體動力循環，由于循環包括的過程較多，學生在學習過程中存在抵觸情緒，教學效果不甚理想。將該部分內容改為壓燃式柴油機能效提升方案設計項目后，該項目以能效提升方案為主題，讓學生有一個明確的目標，在達到目標的過程中可引導學生將熱力學第一定律、理想氣體狀態方程、過程方程式和熱力學第二定律等基礎知識運用到壓燃式柴油機的經濟性分析中，以便于制訂出相應的節能措施。

通過項目化學習，學生在項目推進過程中強化了基礎知識的掌握，達成課程的知識目標；利用知識點間邏輯銜接、環環相扣的特點開展科學的邏輯分析和推理，以驅動自身獨立思考、實現自主學習。培養了學生解決動力領域中各種實際問題的能力，達成課程的能力目標。最為重要的是，項目化教學在潛移默化中培養了學生的科學思維，從而達成課程的素質目標。

（二）橫縱結合的過程化考核形式

工程熱力學采用全程式-過程化考核方式，平時考核占比50%。過程性考核不是出勤、作業、項目報告成績的簡單堆疊，而是具有考核的完整性，即不僅要對每一項目的課點進行橫向考核，還需要在其結束后進行綜合性的縱向考核[7]。而縱向考核需要在牢固的橫向考核基礎上建立起來，環環相扣。

橫向上，每一項目結束后會安排一次項目課點測試，通過開放性思考題的形式小范圍地考察學生對課點知識的掌握情況。教師會明確給出測試的具體時間，不發起突然襲擊，讓學生有充分的準備時間；每次測試時長為5 分鐘，不占用太多的授課時間。此外，安排兩次項目測試，每次測試時長為45 分鐘；安排一次期中測試，測試時長為90分鐘。通過開放性思考題和設計類計算題較大范圍地考察學生對課點知識的認識水平。

縱向上，通過項目報告考核學生判斷、分析、綜合和運用的能力。例如在項目六氣體流動過程增速方案設計下，要求學生撰寫拉法爾噴管的設計報告，涵蓋噴管設計的整體流程及設計計算。學生需在掌握改變氣體流動的力學條件和幾何條件的基礎上設計出使空氣流速從亞聲速增加到超聲速的噴管，并考慮摩擦的影響。

通過橫縱向相結合的考核形式，極大地提高了學生的學習成效。下面以2021—2022 學年第二學期的課程考核為例說明課程實施的具體情況。由表3 可知，教學班第一次項目測評及格率僅為62.2%，通過項目化教學的有效開展，后續測評及格率穩步提升，分別為82.2%和84.4%，期末考核及格率為88.9%，總評及格率達到93.3%，在新冠疫情影響下工程熱力學能達到此及格率實屬不易。

表3 工程熱力學A 課程全程式-過程化考核成績匯總表

（三）思政元素的融入

課程思政是一種將思想政治教育融入專業課程的教學方法，通過挖掘課程中的思政元素，引導學生形成正確的價值觀和思想觀[8]。在工程熱力學中，可以挖掘以下思政元素[9-10]：①能源意識。工程熱力學研究的是能源轉換和利用的基本原理，因此可以結合我國的能源現狀和能源政策，培養學生的能源意識和環保意識。②工程倫理。在講解工程案例時，可以引入工程倫理的觀念，引導學生討論如何在工程實踐中遵循誠信、責任和公義的原則。③科學精神。通過介紹工程熱力學的發展歷程和科學家們的探索精神，培養學生的科學精神和創新意識。④家國情懷。可以結合我國的能源現狀和能源發展計劃，培養學生的家國情懷和社會責任感。

在全程式-過程化考核中，也需要將思政元素融入考核內容之中。例如，在項目報告或階段性測試中，可以設置與能源意識、工程倫理等相關的題目，也可加入科學精神和家國情懷等元素的題目，引導學生深入思考，提高學生的綜合素質。

五 結束語

全程式-過程化考核方法能夠全面評價學生的學習狀況。與傳統的單一期末考試成績評價方式相比，全程式-過程化考核方法能夠更好地了解和掌握學生的學習狀況，尤其能夠準確反映學生的平時表現和階段性學習成果。此外，該考核方法能夠提高學生的學習積極性和綜合能力。通過平時成績的評分標準和階段性測試，能夠激發學生的學習興趣和動力，提高其課堂參與度和自主學習能力；同時，還能促使學生養成良好的學習習慣和思考方式，培養其綜合素質和創新能力。