基于全过程控制的工程热力学考核方式探索与实践

许伟伟 李 强

中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院 山东青岛 266580

工程热力学是基于工程实际研究热能和机械能转换能力及转换效率的课程[1-4]，是动力工程、机械工程、过程装备等专业的一门传统基础课程。本课程理论性强、概念抽象、公式繁多，且与工程实践结合紧密，是高校理工科类难学、难教、难考的课程[5-7]。传统的考试形式是全部课程结束后进行一次期末考试，学生普遍寄希望于考前短时间突击复习通过考试。这种考试方式很难反映课程的学习效果及学生的综合能力。同时，一次性期末考试不能约束学生全课程的学习[8,9]。因此，改变工程热力学的教学思路，整合工程案例资源[10,11]，提高教学质量，是教学中亟须解决的问题。

工程热力学课程知识点的涵盖面极广，涉及数学、工程力学、材料科学等多个领域的知识，近年来各学科的发展以及它们之间的交叉、渗透促使本课程的教学内容不断更新。传统的考试内容及考题类型仅局限于现有题库，题干陈旧，与现代科技发展有一定程度的脱节。这类考试题目不能体现工程热力学在现代工业生产方面的应用，更不能用来评价学生解决实际问题的能力[12-18]。鉴于此，结合工程热力学课程特点，通过考试改革将能力考核作为进一步深化学生解决问题能力的一个策略，同时又作为检验学生课堂知识掌握情况的一个标杆。

1 改革理念

以能力培养为驱动，以加强全过程约束、增强阶段性刺激、提供多方位补充为手段，最终建立适用于工程热力学的“形成性评价”[10](1967年由Michael Scriven首先提出，主旨为在目标形成的过程中对其进行评价，而不是只在结果出现后进行评价；在目标形成过程中的评价会对最终的结果产生影响)。拟采用这一改革理念，建立多样化、高效性和详细的考核评价方式，促进学生自主学习和主动探索。改革理念与思路如图1所示。

图1 改革理念与思路

2 改革思路

2.1 考试内容拓展

首先，紧扣教学大纲，结合教材内容排序，提炼知识点，将考试内容分为基础知识考核和综合能力考核两部分；其次，根据教学日历，明确基础知识考试节点，基础知识考核主要考查学生对基本知识点的掌握程度；最后，综合能力考核主要考查学生对知识的灵活运用能力和分析、解决问题的能力，其中综合考查内容适当突破教学大纲，引入前沿领域科学问题，教师筛选确定与课堂基础、重点知识相关的工程问题。

2.2 考核方式多样

将考核方式分为过程考核和期末考核两部分。其中，过程考核又分为课堂考核(章节知识达标考试、课堂表现等)和课后考核(课后作业、实践作业、案例分析等)两部分。加强过程考核所设置的考核思路如图2所示，通过设置理论知识阶段考核、工程实践素质拓展考核，加强督促和考查学生平时的学习过程，引导学生自主学习和主动探究。其中工程素质考试方式是工作的重点，将与热力学相关的工程问题整理简化，展示给学生。

图2 考试内容重整原则

3 改革方案及案例列举

3.1 改革方案

用引入翻转课堂核心理念的教学模式进行考试改革，主要通过增强过程考核和能力考核，激发学生学习的主动性和创造性；以考查专业知识、专业知识相关前沿技术为主的理念进行考试改革，增加学生表达的机会，加强过程考核和能力考核，激发学生学习的主动性和创造性。改革方案设计分三部分。第一，保证全过程阶段性考核。通过课堂测试、期中考试、课上师生互动及课后作业分析，既全程掌握学生学习课程知识的状态，又确保学生功夫用在平时，护航学生期末考试取得优良表现。第二，设计Mini课程实践考核，以翻转课堂授课为主。首先，教师针对课程知识点介绍先进工业技术；其次，学生根据相应的要求完成课下Mini实践，并借用授课学时进行讲解。第三，建立个性素质拓展考核机制，该过程通过要求学生选择相应题目、查阅相关技术文献、进行书面总结并通过教师审核，既体现了学生的个性化，又锻炼了学生综合素质。

3.2 案例列举

3.2.1 考试内容设置

(1)考核学生利用知识解决实际问题的能力

案例：针对工程热力学课程中热力学第一定律和理想气体热力过程章节，分别设置两次课下实践小作业。作业①：学生从汽车发动机工作过程、锅炉产生水蒸气过程、原油分离过程、天然气存储过程中任选一个过程，进行调研，分析过程性质，并计算其过程能量关系。作业②：学生从热力发电循环过程、水力发电循环过程、核发电循环过程、带有化学燃料电池设备的工作循环过程中任选一个过程进行调研、分析工作循环中的某段过程性质，并将该过程表示在p-v，T-s图上，同时做定性分析。

(2)考核学生相关前沿知识的阅读量

案例：针对工程热力学课程介绍、水蒸气、气体和蒸汽的流动三个章节，分别设置三次前沿知识阅读考核。考核①：总结能源问题或节能主题的报告，可选人工光合作用、洁净煤燃烧、核能开发与利用、太阳能热发电、可燃冰等主题。考核②：总结水蒸气在能源工程中的应用，可选稠油热采注汽系统能流分析(侧重水汽)、低品位能源回收能流分析(侧重热泵)、地热开采与利用问题(侧重先进技术应用问题)等主题。考核③：总结喷管利用报告，可选超音速分离在天然气脱水中的应用、真空射流制冷技术等主题。

(3)考核课堂知识掌握能力

案例：针对热力学定律、气体和蒸汽的流动设置两次课堂考核。课堂限时：习题为主，考核学生对热力学第一定律、热力学第二定律的理解应用；结合实例(高低温传热过程热动做功过程、冰水融化过程、混合过程等)，要求学生分别应用卡诺定理、克劳修斯不等(等)式、孤立系统熵增原理来判断其方向性；考核学生对滞止、喷管设计的掌握。

3.2.2 考试方式

本次考试改革以多种手段和分阶段的过程考查作为考试方式，包括课上随堂考试、课下习题评价，章节阶段性开放式考核、期末统一闭卷考试，专业知识考核、专业知识相关前沿技术了解考核。

(1)课堂考核主要体现在阶段测试和期末考试

提炼明确每章的知识点特别是重点难点，设置阶段测试考点，如热力学基本概念理解、热力学表述对错分析、热力学第一定律、热力学第二定律应用、工质热力性质、热力过程、气体流动与喷管、压缩机、湿蒸汽等。通过阶段性考试及时查漏补缺，并通过这种方式督促学生注重平时学习，避免考前突击。

(2)通过工程实践考核和文献查阅考核专业能力

工程实践考核主要以课下Mini实践小作业来完成，设置多次，每次由教师提供多个工程应用实例，学生自主选择案例。这种方式主要是引导学生运用所学知识，把本课程教学内容与工程实际结合起来。

通过查阅相关技术文献，结合课程内容，设计相关题目，引导学生了解相关技术发展前沿、归纳现有技术存在的问题、找出相关问题的原因、得出解决问题的可行办法(或可能的办法)，从而打破教材章节界限[19]。

4 结语

实践表明，开展全过程控制的考试方式的探索与实践，有助于学生加深工程热力学的深度学习；结合工程开展案例分析考核，有助于提高学生的学习兴趣，培养学生自主学习的积极性；开展多方位考核方式，有助于跟踪测试学生的学习效果，提高学习效率。