能源与动力工程专业项目制课程教学模式的研究

汪健生　王迅　安青松

[摘 要]传热学是能源与动力工程专业最重要的专业基础课程之一，在学生专业学习中占有极其重要的地位。为适应能源与动力工业快速发展以及国际竞争的需求，机械工程学院能源与动力工程专业开展了该课程的教学改革。教学团队根据传热学课程的特点，引入国际先进教学模式并加以吸收，提出以工程实际项目为导向的项目制课程教学模式，在与生产企业加深合作和培养人才等方面进行了探索。教学改革结果表明：项目制教学模式可以有效激发学生学习兴趣，提高学生分析问题、解决问题的能力，并有助于提高学生的工程创新实践能力以及国际视野。

[关键词]传热学 项目制教学模式 工程教育 综合素质

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）05-0153-03

一、引言

传热学是能源与动力工程专业中的一门重要的专业基础课，它是研究热量传递基本规律的学科，同时具有非常广泛的工程应用背景。该课程同时是本专业或相关专业学生进行后继专业课程学习所必需的重要基础课程，在工程领域中，它也是工程技术人员必备的专业技术基础知识之一。该课程具有理论性强、与流体力学理论知识密切相关的特点，具体表现为：知识点多且较为散，经验与半经验公式较多。长期以来， 传热学课程的“教”与“学”存在着较大的难度。

传统的教学模式以教师授课为中心，注重基础理论知识的传授与讲解。由于我国传统教育的特点，这样的教学方式在某种程度上对学生主动参与并无特殊要求，教师与学生间交流则多数限于你问我答的方式，这种偏单向的教学模式对性格外向、学习主动性强的学生益处较多，但对大多数学生，尤其是学习主动性较差、性格偏内向的学生，则效果较差。此外，在课程教学过程中，教师往往花费大量时间和精力介绍传热学的基本原理并进行相关公式推导，套用公式解题，学生并不能真正了解传热学的工程应用背景和意义，长此以往，容易使学生失去学习热情。基于这种传统的教学方式下，学生所接受的理论知识绝大部分来源于授课教师的灌输，而非学生自身出于对知识的渴求探索所得。

此外，以往传热学课程考试采用闭卷考试形式。闭卷考试方式可以促使学生系统复习所学知识，授课教师也可通过考试了解学生对理论知识的掌握情况，分析教学中出现的问题，并加以修正。但由于传热学课程中所涉及的经验公式多、图表多，在很大程度上限制了考试的命题内容与范围。如采用开卷考试方式，则容易造成学生不注意平时学习，本应熟练掌握的基本概念和公式学生不去记忆，都依赖考试时看书的不良习惯。同时，传统考试方式的目的是为了考查学生对理论知识的掌握，是对理想情况的分析、计算，试题与实际情况存在着一定差距。特别是对于像传热学这类工程性很强的课程，现有考试方式很难反映出学生解决实际问题的能力。

各国高等工程教育的创新人才培养模式既有相似点也有各自的独特性，在教育国际化的大背景下，各国工程教育的创新人才培养模式有许多相同之处，如：健全人才培养制度，有利于保证了各项教育措施的落实；树立正确的人才培养目标，既重视知识学习，又注重能力培养，提高学生综合素质；注重学生的个性化和发掘问题等能力的培养；强调培养独立思考能力、创造能力、交流能力、合作能力，增强学生对未来科技与经济发展的适应性和灵活性。[1]

因此，传统的教学方法难以使得培养的大部分学生具有独立分析、解决问题的能力，更难以达到“国际化、高素质、创新型”人才的培养目标。

针对以上存在问题，参考美国MIT大学生科研项目计划（UROP）[2]，我们将工程实际中与传热学相关的问题列为课程项目，在热能学科中组建了传热学课程改革教学团队，针对课程特点，开展传热学课程教学模式改革。

二、改革方案

借鉴德、法等国强调专业型工程人才的培养的专才型培养模式[3]；为了解决单向传输教学方式及传统考试方式存在的问题，达到激发学生学习兴趣，夯实传热学基础理论知识，提高学生的综合素质，扩展国际视野的目的，传热学课程教学团队设计了基础教学—项目实施的教学模式。具体而言，就是课堂教学过程中由授课教师介绍传热学的基本概念、理论和原理与分析问题的方法；而项目实施则是与企业结合，针对企业的实际情况设计与传热学相关的项目，以班级为单位组建项目团队。项目团队设立总经理、总工程师，并下设若干项目小组，各项目小组设项目经理，负责组织本小组工作。总经理、总工程师负责各小组的协作和队伍的运作。每个项目团队配置1名研究生助教进行辅导，每个团队成员独立承担一项研究内容，并且与本组成员协调配合。项目进展及完成情况由考评小组进行评判，考评小组由教师及项目企业的相关工程技术人员组成。

项目设置两个工作汇报总结节点，每个节点均有具体的计划目标。在节点汇报中，考评小组对项目进展进行评估，节点汇报包括书面报告和口头陈述两种形式。考评小组根据学生实际完成情况给出项目成绩，并与期末考试成绩合计为传热学课程成绩。

在新课程方式下，课程基础理论教学与项目实施相互结合，相辅相融，共同促进，大大地调动了学生的学习热情。课堂教学过程中，学生不再想怎样学、为什么学、重点在哪里，在实际工程中如何应用，而是带着项目中出现的问题学，为解决问题而学。授课教师则针对这些具体问题结合传热学理论进行讲解，形成了教与学双向互动的良好学习氛围，有效地解决了知识单向灌输教学模式普遍存在的问题。

由于传热学课堂理论教学与工程项目实施基本为同步进行，项目实施过程中学生经常会遇到还没有学习的传热学知识，由此促使学生们根据需要自学相关传热学知识，提高了学生的学习主动性，也开阔了视野，增强了解决实际问题的综合能力。由于项目的选择具有较大的开放性和包容性，即使是相同的问题，不同学生所提出的解决问题的方式、方法、所得结论也会有所不同。因此，这种方式最大限度地调动了学生学习的主动性，也满足了不同层次学生的学习需求。此外，项目实施需要学生利用课堂所学知识解决工程实际问题，为学生提供了很好的理论联系实际的机会。

改革后的传热学成绩评定采用了笔试和项目完成情况综合评定的方法。通过笔试，可以考查学生对传热学基本理论知识的掌握程度，而项目完成情况则考查学生对传热学理论知识的实际应用的综合能力。二者进行综合考虑，可以较为真实、准确地体现学生的理论知识和实际工作能力，这在传统的考试方式中是无法体现的，这种考试方式也最大限度减少了“高分低能”学生出现的可能性。

三、教学效果

从2011年起，我们连续三年在能源与动力工程专业本科中进行了传热学课程改革，并取得了一些明显的教学效果。

（一）强化了传热学基础理论知识

在实际项目的牵引下，学生对传热学基础理论知识的需求更加明确和迫切，学生的学习热情和主动性提高，目的性增强，主动提问题的学生明显增多，自学传热学的学生较以往有了大幅增加，形成了课堂教学与项目实施的良性互动。在课程结束后所进行的问卷调查的反馈意见中也反映了这种情况。比如：2008级学生提到“在做项目过程中，需要将基础知识深入理解，对平时看书起到积极的促进作用”。2009级学生认为“做项目是在基础知识掌握的基础上而进行研究的，两者是串联，由浅至深的关系，而不是并联分流的关系”。从笔试结果来看，多数学生掌握了传热学基本概念、原理，与课程改革前相比，不及格学生的人数减少。从项目实施来看，学生认识到做习题作业与解决工程实际问题间的联系与区别。在项目实施过程中，通过对实际传热过程的分析，模型的建立，到解决问题，分析结果等一系列过程，使学生受到了真实的科研工作基本训练。同时，学生也加深了对于项目所涉及的传热学理论知识的理解。一些学生还通过自学加深和拓展了课本中的传热学知识，如学生提出利用脉动热管换热器强化传热的方法，并建立了简单的分析模型等。

（二）学生综合素质得以提高

传热学课程改革以项目问题为牵引，学生在完成项目过程中，经历了查阅文献资料，确定问题，调研，学习基础理论，扩展相关知识，建立数学物理模型，获得初步数据，小组讨论，提出创新思路，优化设计结构和项目整合、完善等过程，经受了较完整的研发过程训练。尽管一些学生提出的创新点比较幼稚，缺乏可操作性，但他们的创新意识是难能可贵的。所有这些对他们今后的事业发展将起到十分重要的作用。

在项目实施过程中，为了解决遇到的问题，学生利用业余时间，学习使用了Ansys、Matlab等工具软件，学习了包括空调设计、控制技术等专业知识，并将其应用到项目实施中。通过节点汇报，培养了学生的表达能力、科技写作能力，扩展了学生的知识结构。

在项目实施中，我们始终与企业紧密联系。通过组织学生到企业参观，与项目涉及的企业相关工程技术人员进行座谈，加深了学生对实际工程项目的认识与了解。在项目进行过程中，学生与企业教师之间的沟通（咨询、指导等），保证了项目的顺利完成。此外，通过与相关企业的联系与接触，学生对不同企业的企业精神、企业运行管理模式有了深入的了解。由于以班级为单位组成项目团队共同完成一个项目，每位学生完成其中一个独立的子项目，因此学生间的密切配合是完成项目的必要条件之一。项目实施过程中，学生也锻炼了团队协作能力，一些学生表现出较强的组织、策划和协调能力。2014年3月，在天津举行的教学成果鉴定会上，来自全国能源与动力工程专业教学指导委员会的领导专家对本专业教学模式改革给予了高度评价。

四、课程改革总结与认识

三年的传热学课程改革实践取得了一定的成绩，但仍然存在着一些问题，需要我们在今后的教学实践中加以认真对待。由于教学计划及课程时间安排的限制，传热学课堂理论教学与项目实施几乎同时开始，同时结束，因此在项目实施过程中，一些子项目涉及的传热学知识可能在课堂教学中还未涉及，由此增加了学生的学习难度。如换热器设计计算的子项目中，由于换热器计算及设计是传热学课程中最后讲解的内容，从课程内容间的衔接关系来看，也不可能将其前调。由此造成进行这类项目的学生任务量加大，需要自学的内容较多，部分学生感觉吃力，负担较重。今后项目设置中将根据课程进度合理安排项目内容，尽量避免以上情况出现。

项目制课程改革，较好地将世界先进工程教育理念与我国学生的自身特点相结合，以项目为引领，激发了学生的学习热情与创造力，为本专业工程教育改革进行了有益的探索。

[ 注 释 ]

[1] 董晓梅.国外高等工程教育创新型人才培养模式及启示[J].创新与创业教育，2010（6）.

[2] 教育部考试中心海外考试报名信息网.麻省理工学院的学生科研项目UROP和IROP[EB / OL].（2010-11-11）[2011-05-02].http：//www.Etest.edu.cn / school / guide / us / 20101109 / 6893.html.

[3] 付静.高等工程教育培养模式改革的研究[D].大连：大连理工大学硕士学位论文，2009.

[责任编辑：钟 岚]