“工程热力学”研究型教学方法改革与探索

田霖

摘要：培养具有自主学习能力的创新型人才是新能源产业发展的重要推动力，工程热力学作为新能源科学与工程专业基础课程具有十分重要的地位。文章针对教学实践中发现的问题，结合工程热力学课程内容特点，提出教学模式、学习策略以及教学评价体系的改革方法，探索提高学生学习兴趣、培养学生自主学习能力以及激发学生创新热情的研究型教学方法。

关键词：工程热力学;研究型教学方法;学习策略;教学模式

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）51-0105-02

当前能源危机与环境污染问题的突显，促进了太阳能、风能以及生物质能等新能源开发利用产业的发展。为适应新能源产业发展对创新型人才培养的迫切需求，南京林業大学发挥自身优势，以生物质能源高效清洁利用为特色，充分发挥在生物质气化、液化多联产技术方面的优势，贯彻厚基础、宽方向、重实践的原则，培养能够在生物质能、风能、太阳能、地热能等新能源领域的高级工程技术人才和富有创新意识的专门人才。

“工程热力学”是新能源科学与工程专业课程体系中重要的专业基础课[1-3]。一方面为后续“生物质能源工程”、“节能原理与技术”、“热工测量与过程控制技术”等专业课的学习奠定理论基础;另一方面，为学生分析和解决工程实际中热工问题提供重要理论工具。因此，培养具有创新意识和创新精神人才的教学目标对高校传统“教师讲、学生听”的灌输教学模式提出了挑战。

一、研究型教学方法探索

工程热力学课程具有概念多、公式多、内容抽象等特点，教学改革多集中在知识呈现方式方法的改革[4，5]，如多用图表可化抽象为形象，理论联系实际，提高了知识的趣味性等，这些改革措施有效降低了学生接受知识的难度，在一定程度上提高了教学效率，但是并未从根本上改变教师在教学过程中的主体地位，学生仍处于被动学习地位，知识在教师与学生间呈单向传输，唯一的反馈就是课后作业。导致大学生在今后解决工程实际问题时无法创新性地运用工程热力学所学知识。因此，提高学生的创新能力是工程热力学课程教学改革的重要目标。

研究性教学是创新型人才培养的重要手段，也是新型教学理念的具体体现。研究性教学模式完全符合新能源科学与工程专业工程热力学课程教学改革的目标。本文将从研究性教学模式选择、研究性学习策略组织与研究性教学评价设计等三个方面进行探讨。

二、研究性教学改革方法

1.研究性教学模式合理选择。研究性教学模式大致分为问题解决模式、项目研究模式以及任务驱动模式三种。教学模式的选择要以提高大学生学习工程热力学课程的兴趣为主要目的，同时要综合考虑工程热力学课程特点。工程热力学理论性强，不涉及对工程具体问题进行分析。因此，内容抽象，晦涩难懂，学生学习动力不足。大学生的学习动力主要来源于两方面：学分积点与科研兴趣，前者为被动动力，后者则为主动动力。教学实践表明，合理选择研究性教学模式可以实现将被动转化为主动的目的。具体地讲，考试及格和获取学分积点是大学生最基本的学习动力，此时适合选择问题解决模式。但初次接触工程热力学课程的学生很难提出问题，因此课后习题成为首选。为体现学生学习主体性，以绪论部分讲解为例，改变先概念后习题的传统讲解模式，转为“先习题后概念”，教师列出引导性习题，学生利用已有知识（如高等数学、大学物理）自主思考，发现疑难点提出问题，在问题逐渐解答过程中认知概念。问题由学生提出，教师解答，这充分体现了学生的主体地位。

随着学生基础知识的累积和分析能力的不断提高，可逐步过渡到项目研究模式或任务研究模式。学生从多个层次获得项目或任务：学院设立的大学生导师制;学校设立南京林业大学生创新训练项目以及国家设立的挑战杯、“互联网+”、创新创业等。项目研究模式或任务研究模式的选择使学生的学习兴趣从课堂转到课外，从被动转为主动。可见，教学模式的合理选择是以提高学生学习动力为目的，并要根据学生学习动力变化情况而跟踪调整。

2.研究性学习策略组织。研究性学习强调要把学生真正置于主体地位，学习策略组织的目的是提高学生的自主学习能力。在教学实践中，教师应当把握工程热力学知识点的连贯性，譬如自发过程、非准平衡过程、不可逆过程、热力学第二定律表述、热力学第二定律表达式、熵产、 、火无等知识点都是贯穿的，但这些概念并不是在某一页甚至某一节内整体呈现的，需要教师作引导，制定学习策略，逐层揭开面纱。学习策略是以知识建构为核心的，组织策略是把分散的、孤立的知识集合成一个整体，并表示出它们之间的关系。

具体的学习情境中常用的组织策略有图表法、概念区分法、交叉法等。图表法指利用表格的方法来整理知识，例如将书中所有公式列一张表、所有概念列一张表、所有涉及的微积分常用公式列一张表等。概念区分法是将概念之间的不同点进行集中研究以加深对概念的认识，如可逆与不可逆、开口与闭口系、平衡与稳定、熵产与熵流、 与火无等相关的问题集中起来进行区别分析。交叉学习法是将其他课程与工程热力学相关内容进行交叉学习，如将《工程流体力学》与工程热力学“气体流动”章节进行交叉、将工程热力学“化学热力学”与《基础化学》或《生物质热解原理》课程进行交叉。上述学习策略在南京林业大学网络教学平台上实现，并通过表格、图标、声像、动画等丰富多彩的形式展示教学内容，学生通过超级链接来完成知识点连贯性研究，每个学生可以设计适合自己学习习惯的概念认知链路，完成连贯学习，起到了因材施教、提高学习自主性的作用。

3.研究性教学评价设计。研究性教学评价更关心学习的过程，学生是否掌握某个具体的知识并非处于最重要的地位，关键是能否对所学的知识有所选择、判断与运用，从而有所创造。研究性教学评价学生研究成果的价值取向重点是学生的参与研究过程，诸如学习方式、思维方式、知识整理与综合、信息资料的收集、处理判断等。其过程考评手段可以多元化。针对问题驱动模式，教师可以在网络教学平台上对每个知识点设置任务，并为每个学生建立“档案袋”评价系统，记录每个学生的基础知识认知、任务完成日志，并对学生资料积累和分析处理工作、学习心得总结或研究建议进行过程跟踪与过程评价。针对项目研究与任务驱动模式，主要考察工程应用，该部分力求培养学生分析能力，则采用更科学合理的成果考评，提交课堂讨论报告、专题论文等;同时将课堂讨论以个体、团队相结合的方式纳入考核体系。通过考试形式的改变，激发学生主动思考、解决问题的热情，真正培养和锻炼学生的综合研究能力。

三、结束语

工程热力学是一门传统的理论性课程，提高学生学习积极性、培养创新型人才是本课程教学改革的重要方向。结合自己的教学实践，借助本文，分享几点工程热力学课程研究性教学改革的方法和心得：首先，合理选择教学模式是提高学生学习动力的有效途径，且要根据学生学习动力变化情况而跟踪调整;其次，学习策略科学组织有利于提高学生学习自主性;最后，创新性教学评价设计有利于激发学生主动思考、解决问题的热情。

参考文献：

[1]李松，刘春慧，尹慧敏，等.基于专业联盟背景下“新能源科学与工程”专业创新人才培养模式探究[J].教育教学论坛，2018，（47）：105-106.

[2]杜文汉，赵宇，陈磊，等.新能源科学与工程专业工程认证培养方案探讨[J].课程教育研究，2018，（33）：228-229.

[3]孙庆强，刘学东，李志国.工科大学生新能源类课程研究性学习探讨[J].科技视界，2017，（19）：89-90.

[4]袁俊飞，王雨，欧阳怀瀑.“工程热力学”课程教改实践与体会[J].教改教法，2016，（370）：60-62.

[5]何宏舟，邹峥，丁小映.提高“工程热力学”课程教学质量的方法研究[J].集美大学学报，2002，3（3）：88-92.