研究型学习在传热学实践教学中的应用

[摘 要]研究型实践教学模式在传热学课程中的应用极为广泛。实践教学的目标在于提升学生应用和转化知识能力、思辨能力、创新精神、合作意识、交流表达的能力。研究型学习的实践教学模式能够对学生产生积极的影响，促进学生的全面发展，增加课程的吸引力，推动知识的迁移和转化，达到教学相长的目的。研究型学习的教学模式需要在课程中进行长期的探索和实践，如何最优地发挥它的培养功能，涉及传热学等基础课程的整体设计和建设，尚需进一步研究和完善。指导教师和助教在研究型教学中的合理配置和经验积累，也将为该教学模式的良好运行提供保障。

[关键词]研究型学习；实践教学；传热学教学；评价

[中图分类号] G423.07 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）09-0113-03

一、引言

传热理论及其研究方法在能源、动力、化工、航空航天、冶金、机械、建筑、材料、生物等领域有广泛的应用，对能源高效转化与利用起着重要的推动作用。从传热学的发展史可以看出，传热理论是从实践中来，又返回实践中去，决定了传热学具有高度理论化、工程实践强的特点。为了满足理论学习和工程应用的要求，教师在传热学的讲解中，要尽可能介绍或展示相关的工业背景及工程实践，并且引导学生用工程思维来分析和解决问题。对于工程背景弱的学生来讲，其虽然会形成一定的工程认识，但仍是纸上谈兵，对理论内容进行理解和应用仍会感到很困难。为了让学生有进一步的认识，学院通常还开设实验教学，如热电偶的制作和标定、热阻测量及肋片传热特性实验、自然对流和强制对流特性实验等。这些实验主要是验证已学的基本理论、结论、定律或规律等，但从实验仪器到测试方案基本上是教师提前设定好，学生只要按要求操作一遍就能得到结果，基本不会发现其中的问题，更不会提出自己的解决方案，这对提高学生的工程素养来说几乎没有帮助。为了加强实践教学，培养学生发现问题、解决和分析问题的能力，我们在传热学教学中增设了创新性实践环节，采用研究型学习的教学模式，以达到学校对学生“高起点、厚基础、重实践、重创新”的培养要求，满足社会对复合型高等教育人才的需求。

本文首先明确了研究型实践教学的教学目标及其建立基础，然后对研究型教学的组织、设计和评价进行了描述和分析，最后对实施效果进行了讨论和总结。

二、研究型学习的教学目标及其建立基础

随着社会和科技的快速发展，人们对大学人才的培养标准提出了更高的要求：不仅要具有扎实的专业基础知识，而且要具备应用和转化知识的能力、适应变化的能力、协作创新的能力和沟通表达的能力。学生对大学教育的期待也在发生改变。他们希望对学习有更多的自主权和选择权，希望大学能提供更充实更有意义的学习体验，希望自己的能力得到提高和全面发展。[1]基于此，我们在传热学中加强了实践教学内容，目标重点放在应用和转化知识能力、思辨能力、创新精神、合作意识、交流表达的培养上。

研究型学习的教学模式是指根据学生的专业特点，创设研究的情境和途径，将学习融于研究之中，培养学生提出问题的判断能力、分析问题的逻辑思维能力以及解决问题的实践操作能力。[2]研究型学习具有很大的开放性和灵活性，能容纳各学科知识和多样资源，为学生提供自主体验、探索、发现、认知的平台，促进学生的自我成长和全面发展。可见，研究型学习的教学模式与上述的传热学实践教学目标是相适应的，满足实践教学的基本需要。

三、研究型学习教学模式的实践

（一）研究型教学的组织及项目设计

传热学主要面向大学三年级的学生开设。在先修课程中，学生已经完成了数理基础、机械设计、电子电工、控制理论、热力学、流体力学等专业基础课，为研究项目的开展做好了知识储备。当传热学的基本内容讲授完毕后，研究项目即可启动。本文的研究型教学时间为5周。主要的组织流程如图1所示。由图可见，本文的项目倾向于实验研究，在实施过程中，能为学生提供更多动手实践的机会，相比于调研分析、数值计算的项目，学生的探索空间更大，体验感悟更强，工程认识也更丰富。在项目的实施流程上，也要求学生按科学、工程研究的一般步骤进行，使学生建立一定的科研认识和素养。在每两个主要的研究步骤之间，还设置了审核这一环节，保证研究的每一步都切实可行，直至顺利完成研究任务。

研究型教学项目的选择至关重要，直接影响到该教学模式的成功与否。本文的项目主要来自两方面：由教师从科研中提炼出适合学生研究的课题和由学生提出感兴趣的问题。教师所选项目都比较贴近社会现实和科技前沿，以吸引学生的兴趣，引导学生对传热学解决工程问题重要性的关注。学生自主选题可以培养发现问题、提出问题的能力，使学生的发散性、开放性思维得以充分展示，有利于提高学生学习的积极性和创新意识。表1是本研究采用的研究型学习项目及来源、类别。从表1可以看出，所列项目基本覆盖了传热学的三大传热方式，具有多样性、差异性和新颖性，有利于学生根据自身需要和兴趣做出合理选择。

这些课程项目均由学生自发组织团队完成，每组完成1个项目，人数控制在4～6人，由组长负责小组成员的研究分工及与教师和助教的联络。在项目实施过程中，先由每个小组成员提出自己的研究方案，提交到组会进行分析、讨论，这样可使每位学生都积极投入到项目中，并有机会展示自己研究、决策、倾听和整合信息的能力。经过充分讨论后，小组共同拟定整个研究计划，形成具体的研究方案，撰写项目可行性报告，并向指导老师和全班同学进行汇报。然后根据老师和同学提出的建议和意见，小组对研究方案进行重新讨论和修改，直到形成合理可行的方案。研究方案获得通过后，各小组将按计划在规定的时间内购置所需的实验材料，建立实验系统，并进行调试。这个阶段中，由于学生普遍缺乏实验经验，教师和助教需要经常提供指导，及时解决实验台搭建及调试中的问题，帮助学生尽快进入下一阶段的研究。实验测试部分基本按实验计划进行，由于前面已经过了较充分的论证和准备，测试会比较顺利地完成，测试时间通常也会比较短。最后，各组学生根据自己的实验结果和体验进行科学合理的整理、分析，形成书面报告提交给教师，作为项目成绩评定的重要依据。各组还要将研究成果向全班同学进行展示、交流，与同学、老师共同分享学习的成就。

（二）研究型教学的评价体系

恰当的评价策略和反馈机制有助于检验和改善教学，促进学生主动、有效学习，实现课程的教学目标。本文的研究型实践教学以“学生学得怎么样”为出发点，以量化评价和及时反馈为手段，从实际出发，尽可能反映出教学的客观规律及特色，建立了相适应的教学评价体系，如图2所示。评价体系包括了评价内容、评价方式和评价主体。[3]评价内容从知识、能力、素质三方面进行考察，在项目研究过程中，判断学生运用数学基础知识、逻辑思维知识的水平，分析和解释数据的技能，开放设计与解决问题的方法等，确认学生准确表达的能力、发现、分析和解决问题的能力，创造性工作的能力，与各类型的人合作共事的能力等，培养学生强烈的工作热情、脚踏实地的工作精神、勤于思考、经受挫折与失败的能力及对环境变化的适应性等。评价方式包括了诊断性评价、形成性评价和总结性评价。诊断性评价是指在实践教学开始时，为了解学生的学习基础而进行的考查。形成性评价是指在项目实施过程中，为改进和完善实践活动而进行的评定。总结性评价是在实践教学活动结束时对学生学习成果的总评。评价主体为教师和学生。教学评价的总体目的是通过反思教学活动和学生学习，完善教学活动，推动学生进步，培养学生主动成长的能力。

在研究型教学过程中，学生需要完成与项目内容相关的实验、报告及讲演等学习任务。不同类型的任务有其对应的评价量表。例如，表2给出了项目完成报告的打分标准实例，清晰地显示了打分细则，在向学生公布后，可帮助学生明确努力的方向，也体现出评分的公平公正。教师也可根据评价量表，对学生的学习效果及存在的问题做出客观的判断，进而调整或改进教学活动。详细的各类评价量表设计见文献。[4]

在研究项目实施中，指导教师会采用面对面、电子邮件、社交平台等各种方式与各组保持良好沟通，肯定和鼓励学生的努力，对所出现的问题提出建议，积极引导学生反思，推动项目的顺利开展。

在传热学课程评分中，研究项目的成绩占25%。在该部分评分中，不会仅仅依据项目结果是否合理、是否有创新来评定，而是更注重考查学生在思维方式、分析过程、解决问题能力、合作表达等方面的进步程度。最终在评价上会给出一个综合分，体现学生的努力和贡献，让学生切切实实地感受到学习带来的成长和信心。

（三）研究型教学的实施效果与分析

在研究型实践教学的基础上，本文通过对学生和教师的调查总结了该教学模式的实施效果。超过96%的学生表示，对传热学如何用于解决实际问题有了更深的了解，对科学、工程项目的实施有更大的兴趣和信心。接近90%的学生认为，通过研究型学习，设计实验的能力、搜集分析资料、小组合作和时间管理能力等有长足进步，能够有意识地运用批判性思维或创新思维去发现问题、解决问题。部分学生对教师的肯定和鼓励方式表示感谢，认为和教师平等对话交流提高了对自身能力的认识和自信，感受到了学术和人格的尊重，对学习和研究有了更高的动力和追求。不少学生也感到有些遗憾，因为研究型学习的时间比较短，项目的完成情况离自己预期的目标尚有有距离，希望未来在研究型教学上能分配更多的时间。

对教师而言，研究型实践教学在知识、能力、素质三方面设置的教学目标基本达成。学生在教学中的改变及在实践中展示自己能力的渴望让教师更加充满信心。师生之间频繁的互动和讨论，也丰富了教师的知识，拓宽了研究视野。教师也发现，研究型项目越是贴近现实和关注热点，学生的研究热情就越高涨，投入学习的时间和精力就越多，所以提供与时俱进的研究项目对激发学生的学习、保证教学活动的顺利进行是非常重要的。另外，在项目开始时，教师要表达出对学生的较高的期望，使学生有信心有目标地实施项目；在做项目的过程中，要适时地对学生进行鼓励和提供帮助，尊重学生多样化的才能和决策方式，以充分发掘学生的创新能力。在实践教学中还发现，由于研究型项目运行时间短、学生的研究背景较弱，更需要有经验的教师和助教来指导或推进研究型教学，这会随着教学研究的深入和课程改革的实践得到改善。

四、总结及展望

本文对研究型实践教学模式在传热学课程中的应用进行了分析和总结，首先明确了实践教学的目标，即提升应用和转化知识能力、思辨能力、创新精神、合作意识、交流表达的能力。然后描述了研究型教学的组织方式和项目案例，设计了相适应的教学评价体系和量化评分细则，分析了研究型教学的实施结果。本文认为，研究型学习的实践教学模式能够对学生产生积极的影响，促进学生的全面发展，增加课程的吸引力，推动知识的迁移和转化，达到教学相长的目的。本文研究结果可为能源动力专业的基础课程教学提供参考。研究型学习的教学模式需要在课程中进行长期的探索和实践，如何最优地发挥它的培养功能，涉及传热学等基础课程的整体设计和建设，尚需进一步研究和完善。指导教师和助教在研究型教学中的合理配置和经验积累，也将为该教学模式的良好运行提供保障。

[ 参 考 文 献 ]

[1] DavidJR，ArendBD.高效能教学的七种方法[M].广东：华南理工大学出版社，2014.

[2] 许明 编.当代国外大学本科教学模式的改革与创新[M].福建：福建教育出版社，2013.

[3] BloomB S.教育评价[M].上海：华东师范大学出版社，1987.

[4] 于娟，林赫.以学习为中心的教学评价及反馈策略[J].高等工程教育研究，2015（增刊I）：113-115.

[责任编辑：刘凤华]