面向創新型人才培養的熱物理量測技術課程教學改革與實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）22-0151-04

Abstract：Inordertomeettheneedsofcultivatinggraduatestudents‘learingability，practicalability，andinovation ability，basedonthecurentsituationofThermalPhysicsMeasurementTechnologycoursesandthecharacteristicsof985 graduatestudentsmajoringinenergyandpower，thisarticleconductsefectivereformexplorationandpracticeinteaching content，teachingmethods，andevaluationsystem.Byreformingtheteachingofthiscourse，weaimtoenhancestudents profesionalcompetence，deepentheirsystematicunderstandingofthesubjectmater，andestablishateaching modelguidedby thecultivationandoutputofinnovativeabilies，whichconstructsthemostefectivecombinationmodeandconnectionmethod betweenadvancedteachingmethodssuchasheuristicteaching，flippedclasroom，research-orientedteaching，practicalteaching， andteaching discussion，andvariousteachingcontentmodules，efectivelyimproving teachingefectiveness，enhancinggraduate students'innovation awareness，innovation ability，and practical ability.

Keywords：Thermal PhysicsMeasurementTechnology；coursedesign;teachingreform;innovative talents;OBEphilosophy

自1981年1月1日《中華人民共和國學位條例》（2025年1月1日廢止）實施生效以來，經過四十多年的努力，我國基本建成了具有中國特色的學位制度，創建了學科基本完善、布局相對合理的學位授權體系，形成了以高校為主、多系統培養的格局。在1999年之后，隨著我國本科生招生數量急劇增加，研究生教育進入了高速發展期，研究生的招生規模也急劇擴大。

然而，隨著招生規模的擴大，研究生教育在數量和質量方面的平衡問題日益明顯，矛盾日益突出，由此帶來了諸如研究生教育資源短缺、研究生創新性不足等一系列問題。研究生教育作為高層次人才培養的主要渠道，對未來社會的發展，尤其是我國的經濟轉型起著舉足輕重的作用[1-3]。由于研究生既是國家實現創新的有機組成部分，也是國家未來創新的中堅力量，故而研究生培養的核心內容就是科研創新能力的培養。加強研究生的創新能力培養，是我國乃至全社會高等學校教育工作者共同面臨的一項重大而緊迫的任務。

一 熱物理量測技術研究生課程目前存在的問題

熱物理量測技術課程是能源與動力工程學院在研究生中開設的一門專業必修課，旨在讓能源與動力工程領域研究生掌握溫度、壓力、流速、液位和成分等相關參量的測量技術和數據分析方法，為今后在能源領域中的生產運行過程測量和監控、科學實驗研究中實驗系統設計和搭建及深入研究、開發、創新提供基礎知識和有效方法。

本課程的教學隊伍在教學理念、實踐教學方法及課程考核方式方面，已開展過較長期的教學改革研究與嘗試。在教學理念方面，從單純的知識傳授轉向培養實踐能力、創新精神與綜合素質；在實踐教學方法方面，從單純的實驗教學轉向科研導向型教學組織方式；在課程考核方式方面，從單純的閉卷理論考試轉向了課外開放式考核相結合的考核方式。但是，目前還存在以下幾點突出問題亟待解決。

（一）教學目標的內涵高度不夠，難以適應創新型人才培養的要求

目前，本課程的教學目標是掌握溫度、壓力、流速、流量、液位和煙氣成分等常規熱物理量的測試原理與技術，由于很多學生在本科期間已學習或接觸過這些熱物理量的測試技術與設備，導致很多學生積極性不高，而且受教后的收獲與體會也不深。另外，對于測試技術的一些基礎性問題（如電學測量回路、采樣模塊、數據采集方法等）和復雜性問題（如測量系統的動態響應及誤差傳遞特性、數學分析等），由于教學強度不夠，導致學生的基礎知識薄弱、分析解決實際問題的能力不足。這就要求結合新時代對高層次人才培養質量的總要求，對教學自標與教學內容進行重新定義。新的教學大綱與教學目標應突出強化對通識性知識、前沿性知識及相關數學知識的教學力度，而減少對某一種具體測試技術（尤其是常規技術）的教學力度，才能面向瞬息萬變的未來趨勢、切實提升研究生從事實驗研究的基礎能力與水平4。

（二） 課程體系趨于僵化、教學內容相對老舊、教學特點日益淡化

目前，本課程主要講授熱工測量系統的靜態特性與動態特性、數據處理與誤差分析，以及溫度、壓力、流速、流量、液位和煙氣成分等的測試技術與原理，上述教學內容是本科生相關課程的簡單延續、重復度較高、缺乏特色；而且，對于很多目前廣泛使用的新興實驗測量技術（如激光診斷系統、掃描電鏡、XRD等）以及較前沿的數據處理方法（如統計學、快速傅里葉變換、Laplace變換、圖像處理技術等），沒有安排相關的教學內容，與當前前沿性實驗技術的發展步伐脫節較嚴重，導致學生視野不夠開闊，教學效果欠佳，不能達到創新型人才培養的要求。

（三）教學模式與教學方法的改革力度不夠，學生缺乏創新思維

熱物理量測技術具有知識迭代更新速度快、信息量大、多學科交叉特色明顯、理論性與實踐性都很強等特點，因此對人才培養模式改革、教育質量保障措施創新具有更高的要求。本課程的教學時間緊、任務重，以前在施教過程中主要以知識灌輸方式為主，缺乏對學生創新思維和創新能力的培養啟發；并且重理論、輕實踐，未能結合多元化的教學方式或者科研項目案例，來培養學生理論聯系實踐的能力，導致學生大多被動地接受知識，未能較好地調動學生積極性參與思考，不能滿足應用型人才創新意識及創新能力培養的要求。因此，革新教學模式與教學方式，培養創新思維與工程實踐能力是當前的教學研究重點5-8]。

綜上所述，熱物理量測技術在教學目標、教學內容及教學模式與教學方法方面，亟待進行大力改革創新，才能適應未來對寬厚基礎、創新型人才培養的需求。

二重新構建教學內容，打造科學創新的知識體系

本課程采取“成果導向教育（OBE）\"作為新的理念來更新教學觀念與目標，進而設計教學內容、創新教學方式。OBE理念的涵義是指以學生接受教育過程后所取得的學習成果作為教學設計、教學過程的目標，它采用反向設計的理念，即“社會需求一培養目標一畢業要求一教學內容與方式\"的設計思路，社會需求不僅是教學的起點，也是教學的終點，可以有效解決教學內容與社會需求脫節的問題-。新的教學理念能夠有效激發學生的自身潛能，提升學生的自主學習能力和創新能力。

根據OBE教學理念，通過分析產業行業需求及動力工程及工程熱物理學科的發展需求，熱物理量測技術的新的教學目標更突出對寬廣視野、創新意識與創新思維及專業實踐能力的培養，更強調學生對實驗測量的基礎性、通識性、前沿性和學術性知識的掌握與運用，以滿足經濟社會發展對人才培養的要求[。

本課程選用全新的外文教材ExperimentalMeth-ods for Engineers（8th edition）（“J.P.Holman，McGraw-HillPress，ISBN：9780073660554），在新的教學內容體系之下，原有的內容作為一個獨立模塊（即“熱物理測量基本概念\"模塊），其教學學時將大幅壓縮、教學方式也作相應改進，并增加至以下七個教學內容模塊。新的教學內容將對教學目標形成有力支撐。

熱物理測量基本概念模塊一包括物理量的單位及換算，動力系統的靜態響應與動態響應特性，傳遞函數、時域分析與頻域分析，動態測量原理與方法等。

實驗數據處理與誤差分析方法模塊一一包括測量誤差的分類與抑制，誤差傳遞與分析，統計學分析（概率密度分析與誤差分布、回歸分析與曲線擬合等），快速傅里葉分析，圖像處理技術，等等。

電學測量回路與傳感器模塊一包括基本的模擬量與數據量測量原理，常見的電學測量回路，基本的運算放大器、轉換器與信號處理器，電壓表、電流表與示波器等的使用方法，時間與頻率的測量方法，基本傳感器的分類與工作原理。

數據采集、傳輸、存儲與顯示模塊 包括數據采集系統的基本構成與原理，信號處理與數據傳輸，A/D信號的相互轉換原理，數據存儲與顯示，常用的硬件設備與軟件，等等。

實驗系統設計方法模塊—學習測試系統的基本設計思路與原則，并通過案例分析環節，掌握不同熱物理量測量系統的設計方法與技巧，并能正確制定測量方法、數據采集方法及數據分析方法。

熱物性測量技術模塊一包括導熱系數、熱擴散率、比熱和相變潛熱等相關熱物理性能參數的測量技術。

新興測量技術模塊一包括新型納米材料的性能測試、激光光學診斷技術、掃描電鏡分析技術、XRD分析技術、粒度分析儀、振動分析技術、高速相機及圖像處理技術等。

三創新施教方法，提升研究生創新思維

本課程以學生為主體，以全面提升學生的創新能力與實踐能力為總目標，開展了啟發式教學、翻轉課堂、科研導向型教學、實踐教學和研討式教學等多種先進教學方式在熱物理量測技術課程中的應用實踐。針對各個教學內容模塊，采取的教學模式與教學方法分別如下。

（1） 啟發式教學

針對“熱物理測量基本概念\"“實驗數據處理與誤差分析方法”“電學測量回路與傳感器”及“數據采集、傳輸、存儲與顯示\"模塊，在講解知識難點時，應避免采取“填鴨式\"灌輸的方式，而應在整個教學過程中堅持以學生為主體，采取啟發式的教學方式，教師通過引導學生自主提出問題、分析問題、解決問題，進而達到舉一反三、觸類旁通和知識內化的目的。這種方式既能塑造學生的主動性與首創精神，讓學生在自求通達的過程中體驗科學探索的甘甜，又能使學生的思維能力、想象力和創造力逐漸得以培養，增強分析解決實際問題的能力。

（二） 翻轉課堂教學

針對“熱物性測量技術\"“新興測量技術\"模塊，可采用翻轉課堂的教學模式。翻轉課堂可以實現課堂學習任務與課下學習任務的翻轉，以及課堂上以教師教為中心向以學生學為中心的翻轉。教師在課前將熱工測試技術與原理的微視頻、教材、國家標準等學習資料作為預習知識，讓學生在課前進行認真預習，并自主提出所遇到的難點、疑點與學術問題；課堂上教師靈活地組織體驗性活動、設計性活動、模擬性活動、探索性活動和評價性活動等多種形式的學習活動，通過師生交流討論一起解決難題，幫助學生完成學習任務、加深對知識的理解與內化。這種方法既可以在有限時間內讓學生學習更多知識內容，又可以提升創新實踐能力。

（三） 科研導向型教學

在介紹統計分析、快速傅里葉變換、圖像處理技術等內容時，采取科研導向型教學模式，基于本專業的典型科研項自案例來設置教學情境，進而引入相關知識內容的應用背景、分析方法及使用技巧，這種方式有助于調動學生積極性，獲得較好的學習體驗與收獲感，并提升學生的創新與實踐能力。在講解數據采集、傳輸、存儲與顯示技術時，可通過介紹常見的示波器、數據采集板卡與模塊等實物，來提高學生興趣

（四） 實踐教學和研討式教學

針對\"實驗系統設計方法\"模塊，采取實踐教學與研討式教學方式，結合學院現有的科研儀器平臺與典型科研項目進行案例教學，帶領學生參觀學習各個實驗儀器平臺的使用，并組織學生進行課堂匯報與研討，在所設置的教學情境下引導和啟發學生進行自主學習，主動思考如何設計和操作實驗測量平臺，包括如何對儀器進行選型，如何布點設線、安裝調試，如何處理數據處理與結果分析，這種方式不僅能夠加深學生對基礎知識的理解，還使學生體會到積極思考、勇于探索和創新的樂趣，鍛煉實踐操作能力與綜合創新能力，培養理論聯系實際、分析解決實際問題的能力。

與此同時，鼓勵不同研究方向的學生交流自己的實驗進展與心得，努力營造開放包容的課堂教學氛圍，讓不同的思維產生碰撞，并以此產生新的思路。在已有的課堂教學內容基礎上，項目也鼓勵同學嘗試全新的領域，提出創新性的測量方法，并以此拓展課程的教學范圍。

四改革評價方式，增加過程考核比例，提升研究生創新能力

在原有的作業、考勤與期末考試的評價方式基礎上，增加了隨堂測驗、小組討論發言與實驗設計報告等多元評價方式，注重學習過程的評價、課程目標達成情況的評價、能力與素質的評價，形成了小組討論發言、課程自標達成情況、實驗設計完成情況等多元課程評價方式，促進了學生的參與感和全面發展。具體評價占比為期末考試 60% 、實驗設計報告 15% 小組討論發言及隨堂測驗等 10% 考勤 5% 和作業 10% ，見表1。

同時，構建了“視頻課程、課前預習、課中師生互動、課后檢查、進度檢查、知識考核、實踐檢驗\"等一套完整的教學體系。堅持教學促進實踐，實踐反哺教學，將教學成果反映在實驗當中，提高了課程的實踐性。此體系滿足了學生自主學習、個性學習、創新學習的需求，有助于提升學生的自主學習能力和綜合創新能力。

期末考試主要考查研究生對熱物理量測技術的基本理論知識的掌握程度，以及數據分析能力、邏輯推理能力等；小組討論發言主要考查研究生的語言組織能力、口頭表達能力及思維的敏捷性；隨堂測驗主要考查研究生對實驗測量過程中問題的理解能力、動手能力和解決能力；實驗設計報告是考查研究生的調研文獻能力、實驗設計能力和書面交流能力；作業和考勤主要考查研究生的課程知識點的掌握程度及學習態度等。

表2為2020—2023年各部分成績平均值，從表2中可以看出，增加了實驗設計報告、小組討論發言及隨堂測驗等之后，從考勤率可以得出學生的積極主動性得到了大幅提升，通過期末考試檢驗可以得出研究生的綜合能力得到了顯著提升，同時研究生在課上的思維和動手活躍度更高，極大地增強了研究生的創新能力。

與此同時，學生參加完本課程的學習研討之后進行了課程評價，圖1為學生的評教摘抄記錄。通過本門課程的學習，學生一致認為本門課程非常實用，老師們授課非常有耐心，上課認真負責還很有趣，得到了學生的一致好評。

綜上所述，通過對能源動力類專業研究生的多方面考核情況進行分析，可得出： ① 在教學內容的掌握程度上，2023屆研究生無論從內容的深度還是廣度上都要優于以往其他年級； ② 研究生獨立思考問題、發現問題和解決問題的能力與以往其他年級相比也有明顯的提高； ③ 研究生自主學習能力、創新創造能力同時得到了大大提升，遠大于以往其他年級。

五結束語

在熱物理量測技術課程的教學環節中，本文根據上述思路和方法，對教學內容作出了優化設計。同時在教學方法上，研究從單純傳授知識型轉向以培養學生的創新能力為重點，教學效果得到明顯提高，達到了全面提高教學質量，為國家培養適應新時代需要的優秀創新型人才的目的。

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