面向過程評價的“工程熱力學”教學設計和方法探索

［摘 要］ “工程熱力學”是動力工程及工程熱物理學科的核心課程，具有內容廣、公式多、概念抽象等特點。在“工程熱力學”課程的教學中采用過程評價，不僅能夠激發學生自主學習的興趣，鍛煉學生批判性思維，培養學生解決問題的能力，而且能讓教師更準確把握學生狀態，靈活運用教學方式。從課堂參與度和測驗方式兩個維度的評價切入本課程的過程評價體系，探討了適合本課程的評價方式，并分享了適合該評價方式的教學設計和方法。

［關鍵詞］ 工程熱力學；過程評價；教學改革；課程考核

［基金項目］ 2022年度北京化工大學機電工程學院教改項目“以過程評價為導向的工程熱力學教改探索”（B202206）

［作者簡介］ 陳 學（1985—），男，浙江溫州人，博士，北京化工大學機電工程學院副教授，主要從事氣液兩相流動與傳熱研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）46-0081-04 ［收稿日期］ 2023-12-13

引言

“如何在學校里進行有意義的知識和技能的積累”是學習評價所要解決的問題［1］。20世紀以來，教育理論中先后涌現出了Tyler的目標模式、Stufflebeam的改進模式和Scriven的目標游離模式等學習評價模式，Earl闡明了“以評價促進學習”的作用機理［2］。20世紀80年代，教育評價進入了共同構建、全面參與、多元價值的時期［3］，過程性評價應運而生，強調教育的建構性與反饋的及時性，同時關注師生互動以及學生的個性發展［4］。20世紀末21世紀初，Holmes在大學本科二年級的自然地理學課程中實施過程性評價，研究發現過程性評價使學生的學習有了很大的進步［5］。Kim［6］調查發現，過程性評價對于促進移動性課程的開發以及各國學生課程學習交流合作起到了重要的作用。關于過程性評價的觀點主要兩種［7］，高凌飚等［8］認為過程性評價應當做到目標與過程并重，且與教學過程相互整合。陳瑩等［9］總結了高校教學質量評價的主要原則，論證了過程導向的必要性。侯梁燕等［10］指出無論是對于教師還是學生，過程性評價均有其不同的積極意義。吳彩霞［11］指出，以過程評價為導向的綜合評價體系是一種發展性、動態性及多元化的評價，注重學生學習過程中的變化和引導學生運用知識解決問題，從而全面促進學生成長。

2018年8月，教育部印發《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》指出，要切實加強學習過程考核，加大過程考核成績在課程總成績中的比重［12］。同年10月，教育部又出臺了《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》強調，加大過程考核成績在課程總成績中的比重。健全能力與知識考核并重的多元化學業考核評價體系，完善學生學習過程監測、評估與反饋機制［13］。2020年10月，中共中央、國務院印發《深化新時代教育評價改革總體方案》指出，堅持科學有效，改進結果評價，強化過程評價，探索增值評價，健全綜合評價，充分利用信息技術，提高教育評價的科學性、專業性、客觀性。堅持統籌兼顧，針對不同主體和不同學段、不同類型教育特點，分類設計、穩步推進，增強改革的系統性、整體性、協同性［14］。辛濤［15］指出以上四類評價中，過程評價應當居于核心地位，過程評價是扭轉不科學教育評價導向的關鍵。

針對大學教學中的基礎學科，蘇牧羊等［16］對“概率論與數理統計”課程的過程性考核進行了探討，闡明了過程性考核改革的必要性，提出了過程考核的改革建議。焦健等［17］基于“大學物理”教學提出了包含課堂環節、作業環節、章測試環節、專題活動四部分構成的過程評價方案。何晨［18］提出在過程評價中加入文化內容考評，通過豐富課堂設計、課前發動學生查閱資料、設計課堂場景活動等手段，加強學生在學習過程中對文化內容的輸入和輸出。總而言之，學者們根據各專業課程的實際特點提出了諸多教改觀點，如提高過程評價分占比［19-20］和構建完備的評價方案等［21-22］。

一、過程評價的必要性

“工程熱力學”是動力工程及工程熱物理一級學科下的核心課程，也是機械大類專業下的重要課程。“工程熱力學”有以下特點：一是內容廣，本科“工程熱力學”教學內容涵蓋兩條熱力學定律、兩類工質、多種熱力學參數、熱力過程及正逆循環等。二是公式多，如熱力學第一定律的多種表達式和推論、熵變的計算、特殊過程參數的計算等，且經常需要用到多種公式的靈活應用和推導。三是概念抽象，既有熵、?、焓、推進功等學生此前鮮有接觸的熱力學概念，又有熱力學面、濕空氣性質等復雜的表述，且需要借助多種圖表描述這些概念。正是因為以上特點，如果僅以結果評價引導整個課程的學習，將會使師生在教與學中產生困頓。隨著教學要求的進一步提高，教學模式的不斷進步，學生群體個性的發展，傳統的單純理論教學方式和期末考試定成績的考核方式已經逐漸顯露出弊端。如果單純從結果評價導向引領“工程熱力學”的教學，將難以調動學生的積極性，大大降低學生在課程學習過程中的自主性、創造性，因此要將過程評價為導向的概念引入“工程熱力學”的教學中。

二、過程評價的實施

多元化的評價方案是過程考核所必需的，在近幾年的教學中，本教學團隊在以下方面豐富和完善了評價方案，過程評價的實施思路如圖1所示。

（一）課堂參與程度評價

要建立完善的過程評價，課堂參與程度評價是不可或缺的主要部分，因為其直接影響學生的積極性和課堂氛圍。學生的投入可通過課前準備、課堂參與、作業完成情況三方面體現。

課前準備可通過上節課設置的思考題或者調查題推進，讓學生需要花費一定時間和精力收集資料、整理信息和總結思考之后才能較好地完成，促使學生預習或者復習相關內容，達到鞏固知識點或拓展知識面的作用，根據學生的投入程度打分。課堂參與采用提問、討論、辯論等多種形式，通過綜合學生的知識運用情況和表現力打分。提問是最基本的能夠刺激學生提高注意力的方法，連續的提問能夠使學生在課堂保持興奮和專注。討論是激發思考、鍛煉思維的有效手段，在“工程熱力學”課堂中設置討論環節，能夠極大地加深學生對知識的理解。合適的辯題能讓學生在辯論中相互吸收對方的觀點，拓展知識。課后作業完成度的考察不應只看作業對錯，也應體現學生真正的參與程度，督促學生獨立完成。

（二）多種測試結合評價

除期末考試外，本課程還設置了課前小測試、小結小測試、習題課測試等多種測試。課前小測試為3～5題的題量，用時控制在若干分鐘。一部分題目回顧了上節課的講授內容，另一部分題目涉及本節課內容。一方面可幫學生復習上節課內容，另一方面刺激學生預習課程，即使沒有預習，也可以讓學生帶著主要問題來上課，提升課堂效果。小結小測試一般為1題，即講完某個重要知識點后，通過1道習題迅速鞏固。習題課測試為若干單元內容集中起來的綜合練習，用時控制在1學時，旨在融會貫通知識點，進一步鞏固知識。所有的測試結果在講解前提交，教師可通過查看測試情況把握學生對知識的理解程度，亦可根據測試結果給出相應的“平時分”。讓學生在感受到知識積累的同時也看到成績的“積累”，從而促進學生全面參與到課程中來。

（三）與過程評價模式相結合的教學模式

要想達到理想的課堂效果，必須讓學生在課堂上時常處于“高壓”的狀態，即通過豐富的課堂活動吸引學生參與進來，而不是讓課堂成為教師的“獨角戲”。針對課堂參與度評價和多種測試評價，結合“工程熱力學”的特點，應當采用與評價模式相結合的教學模式，全面滿足課堂全過程。以下分享的為本教研團隊近年來采取的教學模式和方法，在班級組的比較中，這些方法取得了較好的教學效果。

通過設置課后思考題或者讓學生講解上節課所留作業題目的解題思路，讓學生在上課之前“熱身”，提高預習率和作業獨立完成率；再通過頻繁的課堂提問和小結測試，讓學生跟上課堂節奏。在本科生2～3課時的授課中，讓學生時刻保持專注是一件不容易的事情，為達到更好的教學效果，需要采取一些教學技巧，以下為幾個例子。

1.故錯法，讓知識點深入人心。例如，在理想氣體方程的計算中故意未統一單位或沒有采取絕對溫標解題；在熱力學第一和第二定律綜合問題中故意忘記系統對環境的能量傳遞等。故錯法起到了強調易錯點的作用，顯著提升了學生對知識點的掌握程度。

2.設置對立，激烈討論。在容易產生分歧看法的知識點上，在課堂上允許學生展開辯論，讓學生思想碰撞、腦洞大開，再通過辯論后的教師講解提高教學效果。在“工程熱力學”中，有不少知識點可以適用此類方法，比如熱力系統的選取、對布朗棘輪和麥克斯韋妖的理解、同種類氣體等溫等壓混合熵增引發的吉布斯悖論等。也可結合當前的能源現狀，理論聯系實際，例如，電動車對環境的影響是否比內燃機車要小？引導學生從能源的利用鏈條、能源利用過程中的污染問題、污染防治的手段及“工程熱力學”課程可從哪些方面幫助人類減污減碳進行思考。

3.課堂小游戲。即使在大學生的課堂上，一些課堂小游戲也能提升教學效果。在一些較為抽象的概念講解上用到教具，如熱力學面的模型，讓學生在傳閱模型的同時，隨時隨機地讓手持模型的學生回答教師的提問，讓抽象的概念結合形象的模型在教具的“擂鼓傳花”中得到落實；在理想氣體變化過程方向的描述中，讓學生在黑板上用T-S圖和P-V圖畫出理想氣體狀態的變化方向，讓其他學生判斷溫度、比容等參數的變化，用你畫我猜小游戲鞏固知識點。

結語

重視過程評價，是當前高校工科教學發展的趨勢。以過程評價為導向的學習評價應是結合多種評價的綜合評價。本文針對“工程熱力學”特點，提出了完善面向過程評價的思路和模式，然后立足評價模式探討了與之相應的可行的教學方法，旨在以學生為中心，在課堂上與學校形成積極良好的互動，豐富課堂參與度評價；通過多種測試方式考查學生的掌握情況，督促與過程評價相結合，從而全面提高“工程熱力學”的教學效果。

參考文獻

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Exploration of Teaching Design and Methods in Engineering Thermodynamics with a Process Assessment Oriented Approach

CHEN Xue， LUO Yan， LU Tao

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Beijing University of Chemical Technology，

Beijing 100029， China）

Abstract： Engineering thermodynamics is a core course in the disciplines of power engineering and engineering thermophysics， characterized by extensive content， numerous formulas， and abstract concepts. The application of process assessment in the teaching of engineering thermodynamics not only stimulates students’ interest in self-directed learning， cultivates critical thinking skills， and develops problem-solving abilities， but also enables teachers to more accurately assess students learning and flexibly apply teaching methods. This paper explores the process assessment system for this course from the perspectives of classroom participation and assessment methods. Suitable evaluation methods for the course are discussed， and teaching methods are shared.

Key words： Thermodynamics; process assessment; education reform; course assessment