基于OBE理念的能源与动力工程专业传热学课程教学

赵海波，王金枝，吴 坤，华凤皎

(1.烟台大学海洋学院，山东烟台，264005；2.烟台职业学院汽车与船舶工程系，山东烟台，264670)

一、研究问题的提出

成果导向教育(OBE)是一种以教育产出为目标的教学新理念[1]，它不同于传统教学强调的教师要教什么，而是关注学生要学会什么，其基本思想是以学生为中心，确定一个学习目标，围绕这个学习目标组织和实施教学，最终让学生达到确定的学习目标。[2]OBE理念是贯穿工程教育认证标准的核心理念。[3]工程教育专业认证中非常重视OBE理念在专业教学中的应用落实，也决定着专业能否获得国际实质等效标准下的办学资质认可。

传热学是能源与动力工程专业的一门主干专业基础课，在制冷空调方向专业课程知识链中起着基础性作用。传热学课程主要学习热量传递的基本概念、理论和计算方法，培养学生的工程观点、理论联系实际和解决工程实际问题的能力，为后续专业课程学习提供必要的理论基础，最终服务于该专业培养目标的达成。传热学涉及的概念多、理论性强、公式推导多，同时，该课程与工程实际结合紧密。因此，学生普遍感觉学习难度较大，学习效果不理想。

为此，本文从课程目标确立、教学环节实施与过程考核、达成度评价、持续改进等方面探讨OBE理念在传热学教学中的应用，研究工程教育专业认证中专业基础课程目标确定、课程达成度评价体系建立、持续改进机制等关键问题，并以一个典型教学班级为例开展课程达成度数据分析，判断学生的学习成果，同时指出课程教学过程中存在的问题及进一步改进的措施。

二、传热学课程教学现状分析

传热学是一门综合性较强的专业基础课。在传统的教学模式中，教学过程以教师为中心，围绕教学大纲开展知识讲授，以理论知识为主，具体涉及热传导、热对流、热辐射三种基本传热方式的基本概念和基本原理，包括热传导问题分析、对流传热系数计算、热辐射基本定律与封闭空腔物体之间辐射传热计算等。传统教学采用注重结果的单一成果评价方式，一般通过期末考试和平时作业考核学生的学习效果，平时成绩主要参考学生的出勤和作业完成情况，缺乏从整体层面对课程学习目标的全过程、多角度、开放式学生能力进行有效评价，学生学完课程后仍不能对一般传热问题进行建模与分析，表明其知识运用能力没有达到要求。传统的考核评价方式造成了知识传授和教学结果相背离，无法真实反映学生的学习效果和能力，无法考查各个教学目标的达成程度。为此，高校需要针对传统的教学及考核模式进行改革，通过引入并贯彻OBE理念，建立起该课程的长期性、多元性评价考核体系，形成一个整体的评价结果。

三、课程目标

OBE教学理念的产出可划分为专业培养目标、毕业要求和课程目标三个层次。对一个专业而言，专业培养目标就是毕业生五年后能达成的职业和专业成就。毕业要求是学生毕业时的产出，即学生毕业时应掌握的知识和能力。课程目标是学生学完一门课程所要达到的目标。专业培养目标决定毕业要求，毕业要求决定课程目标。反过来，课程目标支撑毕业要求，毕业要求支持专业培养目标。可见，OBE教学理念的成果产出最终要落实到每门课程的课程目标上。因此，本文要按照OBE教学理念的要求，根据专业培养目标确定毕业要求，再将毕业要求对应的知识、能力分解细化为知识和能力指标点，各门课程通过支撑关系矩阵对接支撑这些指标点，矩阵数值为课程支撑毕业要求指标点的权重值。[4]课程对各指标点的支撑具体由课程目标来完成，通过课程目标呼应毕业要求并主导和决定教学内容和教学环节的设计。因此，教学目标是OBE教学理念的基础，其实现与否要通过达成度来评价。达成度的计算同时考虑了课程内容和教学各环节，属于过程性考核。有了课程目标的达成度，就可以进一步计算毕业要求、培养目标的达成情况，最终得到OBE教学理念的实现情况。可见，教学产出评价最终通过课程教学和课程目标的达成来实现，这也说明，课程的过程考核是专业认证工作的基本要求。

作为一门重要的专业基础课程，传热学介绍的热量传递方式及其规律等知识是后续专业课程的重要基础。本文通过分析毕业要求，确定了传热学支撑的毕业要求指标点，在制定传热学课程目标时，以所支撑的毕业要求指标点为依据，做到至少有一个课程目标与其中的一个毕业要求对应，并用课程教学内容或环节有效支撑课程目标，课程目标还要能以适当的方式考核衡量。

高校制定传热学课程目标时，应围绕课程涉及的复杂工程问题，对课程知识点进行梳理，确定与复杂工程问题有关的学习内容，针对学习内容设定学习目标、需要的授课学时，并开展教学设计。教师通过运用课堂讲解、案例教学、在线教学等方法和手段，引导学生重视学习过程，积极参与讨论、作业、论文、实验等学习过程，提升学生感知、归纳和运用知识的能力。在教学方面，教师可重点讲授复杂工程问题中的传热数学建模、综合设计与分析方法，引导学生利用所学知识解决与传热学相关的复杂工程问题，也可以带领学有余力的学生参加学科与创新竞赛，使学生不仅掌握传热学的基本知识点，还要学会发现、提炼、分析和解决传热问题，提高运用所学知识解决相关工程问题的能力。

根据上述分析和原则，本文将传热学课程目标分为知识目标和能力目标。

知识目标包括：

课程目标1：能够界定热量传递基本方式，区分导热、对流和热辐射，熟练计算导热、对流和热辐射传递的热量，会运用热阻分析法研究复杂制冷空调问题。

课程目标2：能够应用傅里叶定律或导热微分方程分析计算常物性、无内热源的零维非稳态、一维稳态与非稳态导热问题(平壁、圆筒壁和等截面直肋片)，会使用热平衡法计算求解二维稳态导热问题，能提出并分析复杂制冷空调问题中的导热控制方案。

课程目标3：能够分析无相变与有相变对流传热问题的流动与传热特点，认识相似原理在指导对流传热实验中的作用，能运用准则方程(实验关联式)计算圆管及非圆形通道内强制对流传热、外掠单管及管束强制对流传热、大空间自然对流传热问题，能提出并分析复杂制冷空调问题中的对流传热控制方案。

课程目标4：能够应用斯忒藩-玻耳兹曼定律、基尔霍夫定律等辐射定律计算理想物体辐射问题，会应用有效辐射、角系数计算不超过三个表面之间的辐射传热，正确认识气体辐射特点和影响气体辐射发射率的因素，能提出并分析复杂制冷空调问题中的辐射传热控制方案。

课程目标5：能够分析典型传热问题和传热系数的组成，判断计算临界热绝缘直径，识别工程中典型换热器的型式，运用平均温差法进行换热器的热计算，能提出并分析复杂制冷空调问题中的换热器传热控制方案。

能力目标包括：问题分析能力、研究能力以及沟通和交流能力，对应的课程目标分别为：

课程目标6：能够辨别影响传热的因素，分析传热强化与削弱的途径。能运用基本原理，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。

课程目标7：能够基于热工学科科学原理并采用传热学科学方法对制冷空调领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据并通过信息综合得到合理有效的结论。

课程目标8：掌握传热学英文术语，具备跨文化传热问题交流的语言和书面表达能力。能够就制冷空调复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

四、教学环节与实施

在OBE教学理念中，各教学环节的设计与实施为课程目标的评价提供基础的数据支持，并进一步支持毕业要求指标点的达成。

传热学课程对应的毕业要求指标点为：

1.2能掌握能源动力类工程基础知识，具有分析工程问题中机械、电子、力学、热工原理的能力。

2.4能运用专业基本原理，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。

4.1能够基于科学原理，调研和分析解决复杂工程问题的方案。

10.3熟练掌握一门外语，具备基本的跨文化交流的语言和书面表达能力。

上述指标点中，毕业要求指标点1.2由课程目标1—5支撑，毕业要求2.4由课程目标6支撑，毕业要求4.1由课程目标7支撑，毕业要求10.3由课程目标8支撑。每个课程目标由不同的考核环节来评价达成度，如课程目标1—5以及8的考核环节有期末考试、考勤和课后作业，对应权重分别为0.7、0.1和0.2，课程目标6—7的考核环节为小论文。其中的考勤不仅是线下课堂的点名，还包括线上教学视频、教学资料的学习情况以及参与讨论发言情况；考试环节是在期末考试结束后，将试卷中的每个考题与课程目标对应，累积汇总计算支撑结果；小论文是精心设计的与实际工程相关的题目，如运用外掠单管强制对流传热知识解释热线风速仪的测量原理，并分析相关的研究现状，编制计算程序开展参数分析等，还有利用传热学所学的表面传热系数关联式、传热过程传热系数计算原理、对数平均温差、换热器类型等知识，通过综合分析完成一个换热器的热设计。

五、达成度评价

为了更准确地计算课程的达成度，教师在平时教学中要注意各项教学资料的收集，如考勤记录、作业与小论文完成情况以及期末考试试卷，并按照教学目标以及支撑的毕业要求，将教学资料进行整理分类，包括每个教学目标对应的考勤、作业、考试题目个数，统计各项的总成绩和学生的平均成绩，作为达成度计算的基础数据。有了这些数据后，按下式计算达成度。[5-6]

达成度评价值=达成度目标值×

计算结果如表1所示。由表可知，新的达成度计算是按照各个课程目标分别进行的。分析各教学环节情况可以发现，学生的考勤得分普遍较高，而期末考试得分相对稍低，期末考试中课程目标3、4、5平均得分较低，分别为18.3、9.9和7.3，得分占理论分值的比例分别为63.1%、61.9%和60.8%。分析各课程目标达成情况可以看出，课程目标1和8的达成情况较好，分别为0.085和0.082，课程目标5和6稍差，只有0.071和0.07，但总体上各项教学目标均达到合格标准(70%)。因此，可以认为传热学课程各项目标均已完成。

表1 “传热学”课程达成度计算表

六、持续改进

从各教学环节结果可以看出，传热学教学仍有改进空间，尤其是学生期末考试和小论文得分不够理想，课后作业也需提高。从教学目标达成情况看，课程目标3、4、5达成度相对较低，教师需在教学内容和教学环节方面进一步改进。因此，为了更好地贯彻OBE教学理念，教师在今后教学中需在以下方面继续改进。

首先，进一步提升学生的问题分析与研究能力。教师在教学环节中可设置与课程相关的创新题目，引导学生运用所学的传热学知识解决实际工程问题，培养创新思维，提高其问题分析与研究能力。其次，为更好地达成各教学目标，教师需借助新型教学手段改进教学，包括进一步建设在线课程，完善教学资源，开展线上与线下混合教学，增进教师与学生、学生与学生之间的交流互动，强化学生学习过程管理。目前，烟台大学传热学在线课程已完成建设，线上教学视频也已覆盖全部知识点，还建立了讨论区供学生交流答疑。在实际教学过程中，教师要增加在线课程的使用，让学生充分利用和重视在线课程的学习。再次，双语教学仍有待加强。传热学课程为双语教学课程，教师在教学过程中开展了多种形式的双语教学探索与实践，包括全部英语教学、部分英语教学、全部英文考试题等。实践发现，采用全部英语教学和全部英文考试题效果不太理想，教师即使尽量采用简洁、常用的英语词汇命题，仍有一部分学生会因无法理解题意而放弃作答，导致出现大面积卷面空白。因此，学校在近几年的考核中放弃了以往的全英语命题的方式，采用中文命题，双语部分用英文术语、翻译等检测方式(分值占比10%左右)。这样既全面客观地考查了学生的传热总体学习情况，也对双语学习进行了考核，起到了支撑交流与沟通毕业要求指标的作用。

七、结论

本文开展了OBE理念在传热学课程教学中的探索与实践。按照OBE理念，确定了传热学课程的五个知识目标和三个能力目标，针对每个教学目标设计了期末考试、考勤、作业、效率等教学环节对学生进行过程考核，计算各目标的达成度，根据达成度计算结果提出持续改进措施。本研究为工程教育专业认证中专业基础课程的课程目标确定、达成度评价、持续改进机制等关键问题的解决提供了参考。