“以學生為中心”的“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革探索

高懷斌 馬逾 王憶佳

摘?要：在工程熱力學與傳熱學課程中，“以學生為中心”的教學模式可以更好地激發學生的學習興趣，提高學生的學習動機和主動性。采用基于項目的學習、案例教學和實驗教學等多種方式，讓學生在實踐中掌握知識。同時，借助現代多媒體技術和在線資源為學生提供豐富的課堂資源，提高學習效率和效果，采用以過程考核為主的多元化課程評價體系，更全面地考查學生的學習過程和能力。以學生為中心的教學模式是適合工程熱力學與傳熱學課程的一種教學方式，有助于促進學生的學習和能力提升，推動教學效果的不斷提高。

關鍵詞：學生中心；熱工基礎；教學改革

中圖分類號：G642??文獻標識碼：A

Abstract：In?the?course?of?engineering?thermodynamics?and?heat?transfer，the?"studentcentered"?teaching?mode?can?better?stimulate?students'?interest?in?learning，improve?their?learning?motivation?and?initiative.By?adopting?various?methods?such?as?projectbased?learning，case?teaching，and?experimental?teaching，students?can?master?knowledge?in?practice.At?the?same?time，with?the?help?of?modern?multimedia?technology?and?online?resources，rich?classroom?resources?are?provided?for?students?to?improve?learning?efficiency?and?effectiveness.A?diversified?course?evaluation?system?based?on?process?assessment?is?adopted?to?comprehensively?examine?students'?learning?process?and?ability.The?studentcentered?teaching?mode?is?a?suitable?teaching?method?for?the?course?of?engineering?thermodynamics?and?heat?transfer，which?can?promote?students'?learning?and?ability?improvement，and?continuously?improve?teaching?effectiveness.

Keywords：studentcentered；thermodynamics?basics；teaching?reform

一、課程教學改革背景及意義

在工程領域中，熱力學基礎課程在培養優秀工程人才方面扮演著至關重要的角色［1］?。然而，傳統的教學和評估方法導致學生與實際工程應用脫節，學生的學習動力降低。為了應對上述挑戰，以學生為中心的教學方法逐漸在熱力學基礎課程中受到關注。這種教學方法認為學生的學習需求和個性化的學習過程是教學核心，“以學生為中心”一方面可以激發學生的學習動力和創造力，提高學生的學習效果和能力［2］?；另一方面，“以學生為中心”可以幫助學生更好地理解熱能傳遞和轉換的規律和原理，提高能量轉換和利用的實際應用效率，為培養具有創新能力和實踐能力的工程人才奠定堅實的基礎。

事實上，以學生為中心的教學方法在工程熱力學與傳熱學領域中已經得到了廣泛的應用和研究。一項國內研究發現，通過案例分析、實驗教學和小組討論等方式，采用以學生為中心的教學方法可以有效增強學生的自主學習和團隊合作精神，從而更好地滿足工程實踐對于工程熱力學知識的需求。一項美國的研究也得出了類似的結論，認為以學生為中心的教學方法可以促進學生的主動學習，提高學習效果和滿意度。此外，還有一項德國的研究發現，以學生為中心的教學方法可以提高學生的自主學習和動手能力。因此，將以學生為中心的教學方法應用于工程熱力學課程中，可以有效地提高學生的學習效果和能力水平，更好地滿足工程實踐對于工程熱力學知識的需求。因此，“以學生為中心”的教學方法在工程熱力學與傳熱學領域中具有很大的應用前景和研究價值。本文主要討論針對“以學生為中心”的“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革的設計與實施。

二、課程教學改革的設計與實施

以學生為中心的課程教學改革的理論基礎包含多個方面，包括建構主義學習理論、個性化教育理論、情感教育理論和社會交往學習理論等。這些理論認為每個學生都是獨特的個體，需要量身定制的教育方式和方法，以滿足學生的個性和需求。情感和態度對于學生的學習成就和人格發展有著至關重要的作用，因此以學生為中心的課程教學改革也注重培養學生的情感素質，增強學生的自信和自尊心。

此外，學生在與他人互動中學習的效果更好，因此以學生為中心的課程教學改革也強調培養學生的合作意識和團隊精神，讓學生在協作中相互促進，共同進步。綜合來看，以學生為中心的課程教學改革的理論基礎是建立在以上幾種教育理論的基礎之上的，旨在創造出一個積極、個性化、情感化和社交化的學習環境，以促進學生的全面發展和成長。

為了實現這一理念，在課程教學內容組織及設置上，以學生為中心，注重學生深入分析能力，注重教師與學生之間的互動和交流。除了以學生為中心的教學方法外，課程考核、考試評價也需要進行改革，著重注重過程評價。采用多樣化的考核方式可以確保學生的學習成果得到全面的評價。教學內容要注重工程應用以及學生參與，以此培養學生的創新精神和實踐能力，下圖為以學生為中心教學方法示意圖。具體設計及實施方案包括以下3個方面：

（一）教學目標和內容的確定

在工科教育中，課程教學目標的制訂是非常關鍵的一環。學校的辦學定位以及對人才培養的目標與要求，都是制訂課程教學目標的重要參考。對于西安科技大學機械類專業而言，必須立足于服務國家戰略和區域經濟的需要，充分發揮學校煤炭安全特色的優勢，以培養面向未來、國家需要、行業亟須的科技創新領軍人才和中堅力量為目標，逆向設計課程目標，以幫助學生掌握能量轉換及其應用過程的基本規律。

在逆向設計課程目標時，應該以“學生主體，教師主導”為原則，確保教學目標的有效性和實效性。學生的興趣是一個重要的參考因素，因為只有學生對所學內容感興趣，才能夠真正吸收和掌握知識，發揮最大的學習效果。在具體的課程內容方面，應當讓學生熟練掌握能量轉換及其應用過程的基本規律。

此外，在煤炭安全領域，能量轉換的應用非常廣泛，包括煤炭開采、煤炭運輸、熱力發電等，基于新工科發展動態，熱力學的基礎理論體系是煤炭地礦領域中非常重要的理論知識，學生必須掌握并靈活運用這些知識，才能夠在工程實際問題中得到有效的應用。最終，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［3］?。

在“立德樹人”背景下，“以學生為中心”的教育教學核心要素之一仍是課程，它承載了高校教育的基本內容和方式。因此，在教學內容方面，我們需要從全局角度審視“工程熱力學與傳熱學”課程，充分遴選知識點，以價值塑造、能力培養、知識傳授三位一體的育人理念為指導，重構課程知識體系。這樣才能使學生在學習中真正掌握知識，培養良好的人格和價值觀，具備實際應用能力和創新思維。在這個過程中，我們需要深度挖掘大國重器的紅色基因傳承和卡脖子技術的開拓創新延伸。大國重器是指具有國際競爭力的高端裝備和技術，在其研發和應用過程中，涵蓋了國家發展和國家安全的重要因素，是我國創新驅動發展戰略的核心。因此，在教學中，需要將這些紅色基因進行傳承和弘揚，讓學生深入了解國家重大戰略，具備實際應用能力和創新思維。同時，我們還需要打造極具機械學科特色的思政案例庫。這個案例庫需要從實際中挖掘一些具有啟發性的例子，如航天器的設計、高鐵的研發等。通過這些案例，可以讓學生更加深入地了解機械學科的特點和實踐應用，激發學生的創新精神和研究熱情。除了專業知識的傳授，我們還需要強化學生的工程倫理教育。特別是對于工程技術類專業的學生，他們未來的職業生涯往往涉及社會生產、生活和安全等方面，因此在工程熱力學與傳熱學課程中加強學生工程倫理教育顯得尤為重要。

（二）教學方法和手段的改進與創新

在現代教學中，教育者需要采取更多元化的教學方式，以適應不同學生的學習需求和個性化發展。混合式教學將線上學習和線下授課有機地結合起來，既能保證知識的傳授，也能提高學生的學習興趣和參與度。基于此，本文提出了一種多元化混合式教學模式，旨在幫助學生更好地掌握熱工學知識。該模式分為四個部分：線上學習、線下授課、課程實驗和項目訓練。

在當前的在線學習環境下，制作視頻并提供隨時可以重復學習的資源是一種非常有效的教學方式。通過視頻，學生可以自行復習課程內容，提高對知識點的理解和掌握。為了讓學生更好地掌握知識點，在線下授課環節中，教師可以針對學生線上學習過程中遇到的問題和課程的難點進行針對性的講解。因此，制作視頻并提供隨時可以重復學習的資源，以及在線下授課環節中針對學生線上學習情況進行針對性的講解，是當前在線學習環境下非常重要的教學方式。

同時，教師將結合實際的科研實踐和工程實際中的具體問題，進行啟發式、研討式和總結式的教學，幫助學生理解和運用知識點。除了在線上學習和授課環節中的教學方式外，課程實驗和實物項目的訓練也是非常重要的一部分。通過實踐，可以增強學生對知識的理解和運用能力，提高學生的實踐能力和解決問題的能力。同時，課程實驗和實物項目的訓練也可以讓學生更好地理解和掌握熱工學知識，加深對知識的印象和理解。因此，在課程實驗和實物項目的訓練中，教師應該引導學生積極參與，提供必要的指導和支持，以便學生能夠更好地掌握熱工學知識，提高實踐能力和解決問題的能力。通過這種多元化混合式教學模式，學生將會得到更全面的熱工學知識和能力的提升，同時也能夠增加學生的學習樂趣和參與度。這種模式將以學生發展為中心，積極落實立德樹人的根本任務，貫徹“價值塑造、能力培養、知識提高”的教學目標。

同時，在“工程熱力學與傳熱學”課程中，以OBE（Outcomebased?Education）理念為引領，將課程目標和教學內容與學生所需技能和知識緊密結合，以實現從知識學習到能力培養、素養提升的全面發展。采用多媒體技術來建設教學資源，將課堂、在線、項目和實踐平臺等多個資源有機結合，以提供全方位的教學支持。教學視頻、課件、章節測驗、互動討論和期末測試等形式的在線資源應該能夠為學生提供多樣化的學習體驗。同時，我們還應該提供一些生活實例、熱點問題、課程問題、科研工程實例等多種項目資源，以便學生將所學知識應用到實際項目中。此外，我們還應該為學生提供熱導率測試儀、熱物性測定儀等多種可供學生進行開放性實驗的實踐平臺，以便他們在實踐中加深對知識的理解，培養解決復雜工程問題的能力。

（三）學生學習評估和教學效果分析

為了更好地實現上述教學目標，需要設定符合職業能力培養要求的課程評價標準，以全面考查學生在課程學習過程中的知識掌握、能力提升和素質拓展情況，確保評價結果客觀、公正、準確［4］?。

首先，考試內容需要緊扣教學大綱和教材內容，依據知識點和難易程度進行分類和排序，將考試內容分為基礎知識考核和綜合能力考核兩部分。基礎知識考核和綜合能力考核都是課程考核的重要組成部分，它們分別注重考查學生不同的能力和水平。基礎知識考核主要考查學生對于課程內容的掌握程度，包括概念的理解、公式的運用等方面。這種考核方式可以檢測學生是否掌握了課程的基本知識點，是否能夠正確運用公式和方法進行計算，為學生的進一步學習奠定基礎。綜合能力考核則側重對實際工程問題進行分析和解決能力等方面的考查，這種考核方式可以檢測學生是否能夠將所學知識點進行整合和應用，是否能夠靈活運用知識解決實際問題，為學生的工程實踐打下基礎。因此，在課程考核中，基礎知識考核和綜合能力考核都是非常重要的一部分，教師應該合理設計考核方式，以便全面評估學生的學習成果和能力水平。

其次，課程考核需要突破傳統卷面考試的束縛，注重過程考核，并且加大過程考核在最終成績中的比重。課程考核應該設置理論知識階段考核和工程實踐素質拓展考核，這樣可以對于學生在課程學習中的知識掌握、能力提升和素質拓展等方面進行全方位的考查。同時，考核方式也應該多樣化，例如可以采用論文寫作、項目報告、案例分析、演講等方式進行考核，鼓勵學生多方位地發揮自己的才能和優勢，從而更好地實現職業能力的培養。

最后，課程評價需要充分考慮學生平時的學習過程，并將其納入考核體系之中，引導學生自主學習和主動探究。可以制訂以平時項目完成的情況和學習過程考核為主的多元化課程評價體系，例如，對平時作業的完成情況、課堂討論的參與度、科研實踐和工程實踐的表現等方面進行考核。

結語

在工程熱力學與傳熱學課程中，以學生為中心的教學模式可以更好地激發學生的學習興趣，提高學生的學習動機和主動性。教學過程可采用基于項目的學習、案例教學、實驗教學等多種方式，讓學生在實踐中掌握知識，體驗學習的樂趣。此外，借助現代多媒體技術可以為學生提供豐富的課堂資源和在線資源，如教學視頻、課件、章節測驗、互動討論等，讓學生可以隨時隨地進行學習，提高學習效率和效果。同時，在考核方面也可以設置以過程考核為主的多元化課程評價體系，以更全面地考查學生的學習過程和能力。總之，以學生為中心的教學模式是適合工程熱力學課程的一種教學方式，可以更好地促進學生的學習和能力提升，推動教學效果的不斷提高。

參考文獻：

［1］張濤.非熱動專業熱工基礎課程教學改革初探［J］.教育教學論壇，2018（23）：114115.

［2］魏紅梅，呂會敏，趙榮榮.以學生為中心的《液壓與氣壓傳動》課程教學改革［J］.汽車實用技術，2021（24）：129132.

［3］賈永英，宮克勤，劉曉燕，等.新工科背景下的“工程熱力學”課程體系改革［J］.教書育人（高教論壇），2021（21）：8081.

［4］蔣會明，袁靜，趙倩.“以學為中心”導向的“熱工基礎”課程隨堂考評模式探索［J］.科教導刊，2020（2）：3334+37.

基金項目：本文得到西安科技大學校級教改項目“以學生為中心的《工程熱力學與傳熱學》課程教學改革（2022年）”和“新工科背景下‘學練研賽’四位一體實踐教學體系改革（2021年）”支持

作者簡介：高懷斌（1982—?），男，陜西榆林人，工學博士，西安科技大學機械工程學院副教授，碩士生導師，主要從事多孔介質燃燒、溫差發電等研究。