科教融合理念在工程热力学教学中的应用探索

聂宇宏++刘勇++童军杰++王淑香++刘洋++曹雪玲

摘 要：将科教融合的理念用于工程热力学的教学中，从问题的提出、教学内容、教学方法、实践性教学环节等方面入手，有效地激发了学生的学习兴趣，锻炼了学生的科研能力，提高了教学质量。研究了如何以科学研究支撑高水平的教学活动，实现了人才培养模式的创新。

关键词：科教融合 工程热力学 探索性学习

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（c）-0170-02

现在人们普遍认为大学的教学与科研应当相互融合，这是当代大学的核心理念，国内的许多教育工作者都认为科教融合应成为高校办学的新常态[1]，并充分阐释了科研与教学之间的关系[2]。

长期以来，人们对科研活动的理解习惯停留在纯粹科学的层面，所以通常认为只有研究型大学需要开展科研，事实上，科研活动具有丰富的层次性，它囊括了从基础理论研究到应用科学、技术科学的一切层面。科研不仅限于学术的研究，一切有关促进教学的研究活动都可以被纳入到科研中去，教学研究也可以是科研。然而，科研并不总像人们所期望的那样能够有效地促进教学，这很大程度上在于老师没有主动地将科研成果应用到教学中去[3]。中国高校人才培养的问题不在于过于强调科学研究而影响了教学，而在于过于倚重单一的课堂教学途径。由于改革者过于执着于传统的课堂教学，使科学研究这个重要的育人形式被忽略了。在很多高校中，教师的科研活动和学生的课程之间是脱节的，我校本科生的教学活动也是如此，为了有效地执行科教融合理念，我们在工程热力学课程的教学中进行了一些尝试，并取得了一定的成果。

工程热力学是与能源相关专业本科生的重点基础课程，其理论对高效利用能源、节约能源以及开发新能源有重要的指导意义[4]。该课程对学生的逻辑思维、分析问题和解决问题能力的培养至关重要。教学目的是让学生深刻地理解热力学三大定律以及用热力学知识去解决问题的方法。从以往的教学情况看，学生普遍反映理论较难理解，课程实用性不强，学习兴趣不高。我们在倚重课堂教学的基础上，将科教融合的理念应用到课程的学习之中，建立科研教学学习的体系，从强调传授知识和技能转到重视学生的主动自觉学习上，利用丰富的学术资料来丰富和优化教学新模式。

1 带着问题去学习

在本科生的培养中，都在强调加强学生的创新能力。创新是一种高度自主的行为，而激发个体创新行为的原动力就是“问题”，以问题为导向，研究为媒介，养成学生高度自主的学习行为。我校的工程热力学课程是轮机工程、能源与动力工程等专业本科生的专业基础课，涉及到的研究方向有船舶动力装置性能与系统优化设计、船舶节能减排与人工环境、船舶轮机设备及系统的性能分析与优化等。学生开始接触这门课时，由于前期课程学习的基础不同，未来的专业方向也各有差异，为了实现科教融合理念，我们的做法是让学生带着问题去学习。学生通过班主任、学长了解自己未来可能会选择的专业方向，确定其专业方向可能与工程热力学相关的内容。在课程的学习中，遵循科学研究的方式，从相关内容中找到与工程热力学的结合点，设立学习与研究的内容，对自己设定的内容进行学习。如未来专业方向是船舶节能减排与人工环境，也就是与空调制冷有关，可针对新型的溶液除湿、吸收式制冷等方向，学习的重点内容就是实际气体的性质与热力学一般关系式，在这样的学习内容之中，选择一个小的学习点，开始查阅文献、确立选题。

2 教学内容

工程热力学的主要教学内容包括热力学基本定律、工质的热力性质及热力过程、管内气体流动的热力学、热力系统分析等。热力学的理论基础对所有的学生都进行讲解，在讲解时，始终关心最新科学前沿，通过科教融合，将最新的科学研究成果转化为教学内容，使学生学到最新的科技创新思想、理念和成果。其他的内容，根据学生之前选择的专业方向，选择性学习。将学生分为若干小组，如流体热力性质组、管内气体流动的热力学组、热力系统分析组等，各组结合自身未来可能用到的热力学知识，在基本理论的基础上，进行有针对性的研究和学习。

3 教学方法

课程的教学中采用探究式的教学方法。伯顿·克拉克认为“探究”是联结教学与科研的中介，就建立一种探究的模式，在这种模式中，参与科研或探究也就是一种形式的教学[5]。以“探索式”的教学取代简单的知识传授，培养学生的学习能力、批判精神和创造能力。我们在课程教学的过程中，每一学习小组根据自身的选题，展开研究工作，并写成小论文，在课堂上进行讨论，加强自身理解的同时，也为其他学生的学习提供帮助，如何让其他没有参与这项学习的学生能够理解本小组所做的工作，其实也是科学普及的工作。科学研究的各个环节具有不同的育人功效和育人形态，其中有些是明显的，有些是隐含的，更多的时候还必须借助教学、文化才能达到育人的效果[6]。这样，学生经历了整个的研究过程，也经历了学习的过程。并且通过科研这个实践平台，为学生提供了解学术前沿和他人观点、培养创造力、协作能力的机会。

4 实践性教学

學生参与到科研中去是极有效的教学方式，但中国绝大多数高校并不具备让学生在课程学习时实际投入真实的科研项目和资源环境的条件，因此，科研育人除了可以开发一些替代的模仿真实情景的虚拟科研项目外，更多地是将教师的科研或者将最新的科技前沿问题通过知识和学术转化，变成教学的资源，这种转化应该是科教育人的主要表现形式。我们为了解决在工程热力学的授课中实验设备不足而难以进行实验研究的难题，将数值模拟的研究工作引入到课程的学习中。如在管内气体流动的热力学小组的学习中，用商业CFD软件进行缩放喷管内的流动模拟，通过喷管设计、数值模拟等环节，学生实际模拟了背压发生变化时喷管内的流动情况，模拟出了与教材中相同的压力变化曲线，证实了模拟结果的正确性，同时还通过CFD软件的显示功能，形象地看到的激波的形成，加深了对课程内容理解。这样的学习方法，为今后进入研究、以及对未来的工作也都打下了良好的基础。

参考文献

[1] 邹晓东，韩伟，姚威.科教融合：高校办学新常态[J].高等工程教育研究，2016（1）：43-50.

[2] 武宇华.科教融合的大学本科人才培养模式研究[D].曲阜师范大学，2014.

[3] 马海泉，任焕霞.科教融合与全面提高高等教育质量—北京师范大学校长钟秉林访谈录[J].中国高校科技，2012（5）：4-7.

[2] 沈维道，童钧耕.工程热力学[M].北京：高等教育出版社，2007.

[5] Clark B R.The modern integration of research activities with learning and teaching[J].Journal of High Education，1997，68（3）：242-247.

[6] 吴洪富.大学场域变迁中的教学与科研关系[D].武汉：华中科技大学，2011.endprint