基于“挑戰式學習”理念的“工程熱力學”教學模式探索

摘 要 文章分析了“工程勢力學”傳統教學模式的不足，提出引入“挑戰式學習”可以激發學生的探索欲望和學習動力，培養其自主解決問題的能力。文章詳細闡述了“挑戰式學習”在“工程熱力學”課程中的具體實施步驟，包括課前準備、課堂教學和課后拓展三個階段，并強調了教師在這一過程中的角色和作用，討論了如何設立多維度的評估機制以及收集并利用反饋信息來不斷優化教學模式。以期為“工程熱力學”課程教學改革提供新的思路和方法，提高學生的實踐能力和創新思維。

關鍵詞 “挑戰式學習”；“工程熱力學”；教學模式

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.31.038

Exploration of Teaching Mode for Engineering Thermodynamics

Based on the Concept of \"Challenging Learning\"

FU Huangxi

（School of Civil Engineering and Surveying amp; Mapping Engineering， Jiangxi University of Science and Technology，

Ganzhou， Jiangxi 341000）

Abstract The article analyzes the shortcomings of the traditional teaching mode of \"Engineering Force Studies\" and proposes that introducing \"challenge based learning\" can stimulate students' desire for exploration and learning motivation， and cultivate their ability to solve problems independently. The article elaborates on the specific implementation steps of \"challenging learning\" in the course of \"Engineering Thermodynamics\"， including three stages： pre class preparation， classroom teaching， and post class expansion. It emphasizes the role and function of teachers in this process， discusses how to establish a multidimensional evaluation mechanism， and collects and utilizes feedback information to continuously optimize the teaching mode. Hope to provide new ideas and methods for the teaching reform of the course \"Engineering Thermodynamics\"， and improve students' practical ability and innovative thinking.

Keywords \"Challenging Learning\"; Engineering Thermodynamics; teaching model

“工程熱力學”作為工科領域的一門重要基礎課程，其內容既深奧又實用，對于培養學生的工程素養和科學思維具有重要意義。然而，傳統的教學模式往往側重于理論知識的傳授，而忽視了對學生實踐能力和創新思維的培養。這在一定程度上限制了學生的全面發展，也使得課堂教學顯得單調乏味。鑒于此，筆者嘗試將“挑戰式學習”理念引入“工程熱力學”教學，以期打破傳統教學模式的束縛，激發學生的學習熱情，提高他們的實踐能力和創新思維。

1" “挑戰式學習”概述

“挑戰式學習”作為一種新興的教學理念，正逐漸在教育領域引起廣泛關注。這一理念的核心在于通過設定具有挑戰性的學習任務，激發學生的探索欲望和學習動力，進而培養其自主解決問題的能力[1]。它不同于傳統的填鴨式教學，而是將學習的主動權交還給學生，鼓勵他們在面對難題時迎難而上，通過實踐操作和團隊協作，深化對知識的理解和掌握。

在“挑戰式學習”中，教師不僅是知識的傳授者，還是學習過程的引導者和促進者。教師需要精心設計挑戰任務，這些任務既要符合學生的認知水平，又要具有一定的難度，以激發學生的挑戰欲望。同時，教師還要在學生學習過程中提供必要的指導和支持，幫助他們克服困難，實現知識的內化。“挑戰式學習”的實施，不僅有助于提升學生的知識技能，還能夠培養他們的創新思維和批判性思維能力。在解決問題的過程中，學生需要學會分析問題、提出假設、設計方案、進行實驗并得出結論，這一系列過程正是科學研究的縮影。因此，“挑戰式學習”對于學生的終身學習具有重要意義。

“挑戰式學習”還強調自主學習和合作學習相結合。學生在面對挑戰時，需要主動查找資料、分析問題，并與團隊成員進行交流討論，共同尋找解決方案[2]。這種學習方式不僅能夠增強學生的自主學習能力，還能夠培養他們的團隊協作精神和溝通能力。

2" “挑戰式學習”教學模式的具體實施步驟

2.1" 課前準備階段

課前準備階段是“挑戰式學習”不可或缺的一環，其對于確保教學活動的連貫性和深度具有至關重要的作用。在此階段，教師需要深入挖掘“工程熱力學”的課程內容，精準識別并把握其中的關鍵知識點和難以理解的部分。這不僅要求教師對教材有透徹的理解，還需要備對學生學習難點的敏銳洞察力。

在設計挑戰性學習任務時，教師必須確保任務與課程的核心內容緊密相連。例如，任務可以圍繞熱力學第一、第二定律的實際應用，或者深入探討熵的概念及其物理含義。這樣的設計旨在使學生在完成任務的過程中，能夠更深刻地理解和掌握這些熱力學的核心概念。同時，任務難度的設定也是一個需要精細考慮的問題。任務既不能過于簡單，讓學生感到缺乏挑戰性，也不能過于復雜，以免使學生產生挫敗感。因此，教師需要根據學生的實際情況，制訂出既具挑戰性又切實可行的學習任務[3]。為了進一步增強學生的實際應用能力，教師可以結合具體的工程實例來設計任務。例如，通過分析一個具體的熱力系統的能量轉換效率，或者探究在特定環境條件下系統的熵變化情況，可以使學生更好地將理論知識與解決實際問題相結合。這種以實際問題為基礎的學習任務，不僅有助于學生更直觀地理解抽象的熱力學原理，還能培養他們在未來工作中運用所學知識解決實際問題的能力。

學生的課前準備同樣重要。教師需要提前為學生提供相關的預習材料，引導他們對即將學習的內容進行初步的探索和理解。這些預習材料應涵蓋課程的基本定義、關鍵公式的推導過程，以及熱力學在工程領域中的實際應用案例等。通過預習，學生可以對新課程內容形成初步的認識框架，為課堂上接受挑戰任務做好充分的知識和心理準備。同時，預習過程還能幫助學生發現自己的知識盲點和學習難點，使他們在課堂上能夠更加有針對性地學習和提問。

2.2" 課堂教學階段

在“挑戰式學習”的課堂教學階段，教師需通過精心的教學設計和靈活的課堂管理，引導學生積極參與挑戰任務，促進知識的內化和能力的拓展。

在課堂教學伊始，教師應詳細解讀課前設計的挑戰任務，以幫助學生清晰地認識到任務的目標、意義及其實踐價值，從而激發學生的學習興趣和探索欲望。通過預先分析挑戰任務中可能遇到的難點，教師可以幫助學生構建起解決問題的初步框架，為后續的探索活動奠定基礎[4]。為了使學生在挑戰中更加游刃有余，教師需為學生提供必要的理論支撐和實踐指導。這包括再次強調關鍵的熱力學概念，推導相關的數學模型，并提醒學生在實驗操作中應注意的安全事項和操作規程。這些準備工作能夠使學生在理論層面上有更深入的理解，在實踐操作中更加得心應手。隨后學生自由組成小組，圍繞挑戰任務展開積極的討論與合作。小組討論的形式不僅能夠促進學生間的交流與合作，還能有效提升學生的團隊協作能力和溝通技巧。在討論中，學生應充分利用課前準備的知識和教師的指導，共同探討解決方案的可行性和實施細節。這一過程中，學生不僅能夠加深對熱力學知識的理解，還能在實際操作中不斷試錯、反思和進步。

教師在小組討論中的角色也不容忽視。他們需要時刻關注學生的討論進展，及時給予必要的指導和建議。指導內容包括對熱力學原理的進一步闡釋，對實驗方案的優化，以及對數據分析方法的指導等。經過教師的適時引導，學生的討論能夠更加深入、有序，同時保持思路的清晰和連貫。

課堂教學階段的“挑戰式學習”為學生提供了一個寶貴的實踐平臺，使他們能夠在真實的問題環境中不斷錘煉自己的團隊協作、批判性思維和創新能力。這些技能的培養對學生的學術發展至關重要，是他們未來職業生涯中不可或缺的寶貴財富。

2.3" 課后拓展階段

課后拓展階段不僅是對課堂知識的鞏固和深化，還是對學生自主學習能力和實踐能力的全面檢驗。在此階段，學生需要獨立承擔起挑戰任務的實際操作，將課堂所學的熱力學原理和方法付諸實踐，通過親身操作來驗證理論的正確性。

學生在完成挑戰任務后，需要整理并提交一份詳細的解決方案報告。這份報告應全面記錄任務完成的每一步操作和所得結果，同時深入反映學生在解決問題過程中的思考歷程、嘗試的策略以及遇到的困難和挑戰。撰寫報告的過程，不僅鍛煉了學生的邏輯思維和書面表達能力，還促使他們對整個實踐過程進行深入的反思和總結。教師則需根據學生提交的報告和實際操作情況，給出具體而細致的點評和指導。點評中，教師應充分肯定學生在解決問題過程中展現出的創新思維和實踐能力，同時明確指出存在的不足和需要改進的地方。針對學生在熱力學理解和實踐操作上的薄弱環節，教師應提出切實可行的改進建議，幫助學生不斷提升自己的專業能力[5]。

課后拓展的價值遠不止于鞏固課堂知識，更重要的是，它為學生提供了一個難得的實踐機會，讓他們能夠在真實的環境中運用所學知識解決實際問題。在這一過程中，學生的問題解決能力、創新思維以及自主學習能力都將得到極大的提升。此外，通過教師的及時反饋，學生能夠更加清晰地了解自己的學習進度和水平，為未來的學習和發展制訂更為合理的規劃。

課后拓展階段還是連接學校教學與實際工程應用的橋梁。在這一階段，學生可以接觸到更多與工程實踐相關的案例和問題，從而增強他們對工程熱力學理論的實際應用能力。這種以實踐為導向的學習方式，不僅能夠提升學生的專業素養，還能為他們未來的職業生涯奠定堅實的基礎。

3" 教學效果評估與反饋

3.1" 設立多維度的評估機制

在“挑戰式學習”中，評估學生的學習成果是確保教學質量的關鍵環節。傳統的單一考試成績評估方式已無法滿足這種新型教學模式的需求，因此，需要構建一個多維度的評估體系。這一體系不僅包括傳統的書面測試，還應融入對實踐操作能力的考核、團隊協作能力的觀察以及創新思維能力的評估。例如，可以通過設置熱力學實驗操作考核來檢驗學生將理論知識運用于實踐的能力；通過觀察學生在小組討論和協作中的表現來評價他們的團隊協作能力；通過要求學生提交創新性的解決方案或設計來評估他們的創新思維。

評估過程中還應注重學生自我反思和自評能力的培養。教師可以引導學生對自己的學習過程進行回顧和總結，從而幫助他們認識到自己的學習進步和需要改進的地方。這種自我評估的方式不僅能夠增強學生的自主學習能力，還能夠提高他們的學習積極性和責任感。

3.2" 收集并利用反饋信息進行教學模式優化

在“挑戰式學習”過程中，收集并利用學生和教師的反饋信息是不斷優化教學模式的重要途徑。教師可以通過定期的問卷調查、面對面交流或在線討論等方式，主動收集學生和同行的意見和建議。這些反饋信息應涵蓋教學內容的選擇、教學方法的運用、課堂氛圍的營造以及學習資源的提供等多個方面。收集到反饋信息后，教師應進行細致的分析和整理，找出教學中存在的問題和不足。針對這些問題，教師可以及時調整教學策略，優化教學內容和方法，以提高教學效果。例如，如果發現學生在熱力學某些概念上存在普遍的理解困難，教師可以設計更直觀、生動的教學方式來幫助學生理解；如果學生在實踐操作中遇到障礙，教師可以提供更多的實驗指導和操作機會。

教師還應鼓勵學生提供反饋，培養他們的批判性思維和參與意識。學生的反饋不僅可以幫助教師改進教學，還可以激發學生的學習興趣和主動性，促進教與學的良性互動。通過這種持續的反饋和優化過程，“挑戰式學習”教學模式將更加適應學生的學習需求，收到更好的教學效果。

4" 結語

本研究通過將“挑戰式學習”理念應用于“工程熱力學”課程的教學，旨在打破傳統教學模式的束縛，激發學生的學習熱情，提高他們的實踐能力和創新思維。通過課前準備、課堂教學和課后拓展三個階段的精心設計，以及多維度的評估機制和反饋信息的收集利用，“挑戰式學習”有望為工科教育帶來新的活力。

參考文獻

[1] 陳智敏，黃細光.高中信息技術課程中實施項目式學習的挑戰與應對——以《認識算法與程序設計：設計購買物品的最佳方案》項目的實踐為例[J].中小學電教，2021（Z2）：25-26.

[2] 范昌鑫，李曉虹.挑戰式學習對大學生深度學習的影響——基于22項實驗與準實驗研究的元分析[J].河南科技學院學報，2023，43（12）：60-70.

[3] 代祥生，韋艷艷，吳學健.例談挑戰式學習在跨學科教學中的應用——以“探究酸雨危害，保護桂林山水”教學為例[J].中學生物教學，2024（14）：44-47.

[4] 顧宇璐，陳軼飛，梁曉雨，等.基于挑戰式學習培養高中生區位評價能力——以“農業區位因素及其變化”教學設計為例[J].地理教學，2023（23）：35-38，42.

[5] 李瑞春.“挑戰式教學”視域下的“西方文藝理論”教學[J].中國大學教學，2023（6）：21-27.