金课建设中项目式教学模式改革实践

吴金星 张东伟 王定标 赵金辉

摘  要  加强学生实践能力和创新能力的培养，开展研究性教学，是高等教育改革的迫切要求。在换热器原理与设计课程教学实践中，遵循“以学生为中心”的指导思想，通过翻转课堂和项目式教学等教学模式改革，学生可以边学边研边练，有效地加强教与学的互动，实现理论与实践的统一，达到学以致用的教学目标。

关键词  教学模式；项目式教学；翻转课堂；研究性教学；教学改革

中图分类号：G642.4    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）10-0108-04

Practice of Project-Based Teaching Mode Reform in Gold Course Construction//WU Jinxing， ZHANG Dongwei， WANG Dingbiao， ZHAO Jinhui

Abstract  It is an urgent requirement of higher edu-cation reform to strengthen the cultivation of stu-dents practical ability and innovation ability， and conduct research-based teaching. In the teaching practice of Heat Exchanger Principle and Design course， following the guiding ideology of “student-centered”， by flipping the classroom and the project-based teaching mode reform， we guide our students to practice and research as they learn， effectively strengthen the interaction between tea-ching and learning， and realize the unity of theory and practice. The teaching goal of applying what we learned has been achieved.

Key words  teaching model; project-based teaching; flipped classroom; research-based teaching; teaching reform

Authors address  School of Mechanical and Power Engineering， Zhengzhou University， Zhengzhou， China， 450001

0  引言

實践能力和创新能力是现代生产型企业的工程师综合素质的核心体现。即将成为企业工程师的工科大学生面对日益激烈的市场竞争，不但要掌握专业知识，更要熟练应用专业知识，以及发现新知识和新技术，这是实践能力和创新能力的体现[1]。

当前，我国的教育体制侧重于课堂理论知识教育，尤其是在工科专业的培养方案中，与实践能力和创新能力相关的培养环节严重不足。传统的教学模式“以教为主”，学生被动学习，学习的结果是记住大量概念、原理和公式，却不知道有什么用途或怎么在工程中应用。人才培养模式与社会和企业的实际需求严重脱节。实际上，理论知识没有经过实践应用，缺少知识内化环节，导致学生根本无法真正地掌握知识。

我国高等教育工作者一直在探索提高大学生综合素质的方法与实践，如建设精品课程、视频公开课、线上慕课、微课、翻转课堂以及让学生开展创新实验、申报创新创业项目、参加科技竞赛等。这些做法虽然提高了学生的参与性和主动性，弥补了课堂教学的某些不足，从某种程度上取得了一定成效，但学生仍然缺少系统的工程能力训练，缺乏解决实际问题的工程经验，尤其是学生做的虚拟课题较多，与工程现场实际联系较少，更谈不上工程应用。因此，学生缺乏发现问题、分析问题、解决问题的实际能力和实践经验，学生适应企业具体工作的能力不足。

工科的专业课教师应充分利用自己所掌握的各种资源，为大学生提供实践和创新训练的机会。比如，让大学生参与到教师的科研活动中，尤其是参与企业的产学研合作项目，有机会让学生真正走进企业生产现场，直观地认识生产设备及生产工艺，学会在生产现场发现问题，把书本知识与生产实际联系起来，跟着教师学习解决技术问题的一般思路和方法，参与解决技术问题的全部具体过程[2]。知识和经验都可以通过书本或资料获得，但解决问题的实践能力，尤其是创新能力，只有经过实践训练才能获得。学生只有具备实践能力和创新能力，才能真正充满专业自信，在企业的技术工作岗位上有所创造。

1  项目式教学模式设定及实施方案

1.1  项目式教学模式的设定

在工科专业课教学中引入项目式教学模式[3]，开展研究性教学，即选择一些与本课程教学目的对应的实际工程项目，并与专业课教学结合起来，基于“做中学”和“学中做”的理念，让学生边听课、边学习、边做项目研究。听课学习是项目研究的基础，学了马上就能用上，要让学生体会课程知识的使用价值，避免盲目性学习；教师的指导为学生完成项目指明了方向，让学生学会项目研究的一般思路、方法和步骤；通过项目研究，学生深入理解并巩固了所学的课程知识，使之升华为工程实践经验。让学生在实践中以积极主动的方式进行全面学习，明确学习的目的是应用，从而培养学生通过自主学习而获取知识和应用知识的能力、团队协作能力、沟通交流能力、工程实践能力及技术创新能力等。因此，专业课教学应以工程应用为目标，以教师的课堂教学和课外指导为抓手，加强学生的应用技能训练，培养学生与企业岗位对接的工程能力，突出“做中学”与“学中做”的研究性教学特色，提高学生的实践技能，让学生树立工程观念，从而提高学生利用所学知识解决实际工程问题的能力。

在项目式教学过程中，学生带着项目问题逐步寻求解决方案，需结合工程实际情况，全方位地考虑问题。学生不仅需要掌握书本基础知识，还需要学习课外新知识。学生的学习目标明确将大大减少学习的盲目性和被动性。当学生把学习任务当成自己必须完成的工作甚至是生存需求时，自然会千方百计并全力以赴地完成，可以充分调动学生学习的主观能动性。然而，学生第一次接触实际工程项目，完全靠学生自己摸索着解决问题，势必会走弯路，也许会不知所措，即使勉强完成了项目也是事倍功半。因此，教师的课堂讲授和课外指导必不可少。虽然每个项目都有其独特的解决思路和方法，但所有项目的执行过程都有相似的套路和技巧，掌握这些套路和技巧就会有事半功倍的效果。

1.2  项目式教学模式的实施方案

换热器原理与设计是传热学课程理论知识的实际应用，作为能源动力类专业的重要专业课，对于培养学生的实践能力和创新能力至关重要。本改革把大学生的工程能力训练和换热器原理与设计课程教学紧密结合起来，以科研项目为先导，课前先把企业的实际工程项目适当修改后作为课程设计大作业交给学生，把完成企业项目的科研过程引入课堂教学中，使学生在学习课堂知识的同时，根据课程内容分步开展项目研究和设计。这样做的目的是强化课程理论知识的学习效果，同时培养学生分析问题和解决问题的实践能力以及技术创新能力，达到学以致用的目标[4]。项目式教学模式初步拟定三个主要环节：项目布置与理论教学、项目实施与设计指导、项目总结和汇报评价。

1.3  项目布置与理论教学环节

教师首先结合与企业合作中的项目内容，也可以参考文献资料中的数据，根据设定的课程教学计划和教学目标，结合换热器的结构、型式等精心设计若干个工程项目，并拟定项目研究内容与技术要求；然后，把学生分成若干组，每组6～8人，随机分配给每组一个项目，选定组长负责项目内容的分工合作，并调整设计参数，使每个学生的设计参数差异化；接着，教师按照课程内容讲述换热器的分类、结构、型式、工作原理和性能特点等，结合项目内容讲述完成项目的一般方法、步骤和相关的基础理论知识。在此基础上，每组学生要根据基础知识和工程项目的实际需求，经过讨论完成换热器的选型。此阶段要让学生参观校内的换热器模型，若有机会，可以到附近企业生产现场参观、调研。

1.4  项目实施与设计指导环节

换热器选型确定后，教师接着讲述换热器强化传热的创新理论和创新技术以及换热器的结构发展，为学生查阅相关资料和创新设计指明方向。组织学生一起查阅项目课题的相关文献资料，掌握国内外的发展现状和创新技术，此阶段学生要学会查阅文献并对有价值的文献资料进行归纳总结，完成项目的文献综述。接着，教师要介绍换热器热力计算与结构设计的一般方法和步骤以及换热器技术创新的方向及目标，为学生开展热力计算、结构设计与技术创新作指导。各组学生结合本项目课题的特殊性，以文献中查到的相关创新技术为本项目创新提供思路，开展换热器的热力计算和结构创新设计。最后，每个学生根据设计结果绘制一张换热器的总装图和两张零部件图，并完成计算和设计说明书的编写[5]。

每个学生的设计任务必须独立完成，但遇到问题时本组学生可以一起讨论，共享资料。设计任务根据课程进度分为文献综述、热力计算、结构设计和画图四个阶段，每个学生必须分阶段按时完成和提交作业，以便教师能够及时发现问题并及时纠正错误。这样做也可以促使学生边学边练，及时应用所学知识，让学生不但能夠牢固掌握课程知识，而且能够学会知识的实际应用。如果让学生放在课程最后一起交作业，许多学生可能平时不会动手做，临近期末考试，时间很紧张，只好马马虎虎地应付了事，达不到预期效果。

1.5  项目总结和汇报评价环节

项目完成后，每个学生都要进行项目总结，从理论知识的学习、换热器结构选型、热力计算与结构设计的方法、创新设计的过程、设计中的主要技术问题、设计结果和结论、实践能力的提高等方面撰写学习心得，作为结课论文和成绩评定的一部分；每个学生进行重点汇报，其他学生既是听众又是评委，均可提出疑问并开展讨论；最后，教师根据每个学生的完成情况进行综合评价，分档次评定成绩。对创新显著的技术可由教师指导申请专利，或经过提升完善后参加科技竞赛。

2  项目式教学改革成果和成效

上述项目式教学模式改革方案的实施取得了以下成果和成效。

2.1  提出一套旨在提高学生实践能力和创新能力的项目式教学模式

项目式教学模式即“做中学”与“学中做”相结合的研究性教学模式，打破了传统的教学理念、教学方法及教学流程，真正做到“以学生为中心”。通过完成项目来反向驱动学生自主学习专业知识，再通过专业知识在工程中的正向运用提高学生解决实际问题的能力及技术创新能力，让学生更加明确学习目标和努力方向，增强学生的专业自信心。

项目式教学模式打破了传统的“以教师讲授为主、学生被动学习”的教学模式，转变为“学生实际训练与教师的指导相结合”（即“做中学”）和“教师讲授与学生自主学习相结合”（即“学中做”）的模式。学生真正成为学习的主体，进行有目标、有方向、有重点的学习，达到学以致用的目的，并极大地调动了学习积极性和学习兴趣，不但深入学习了专业知识，还学习了相关工程知识，增长了工程经验。学生在课余时间更多地去图书馆查阅资料或查阅网络资源进行学习，主动把学习过程中遇到的疑问带到课堂上来，从而使课程的基础知识得到升华，课堂教学效果得到提升。

2.2  确立互动式教学关系的项目式教学模式及方案

项目式教学模式的实质是“问题式”教学或“互动式”教学，属于翻转课堂，即以教师的产学研项目为教学素材，教师首先给出具有工程背景的项目，然后通过翻转课堂，给学生设定工作任务和工作目标，让学生带着项目问题听课，带着问题在课堂内外找原理、找思路，接着在文献资料中找方法、找创意，最后在完成项目设计的过程中获得创新灵感和创新设计方案并掌握解决工程问题的一般步骤和方法。

2.3  把课本知识与工程项目联系起来，变成培养学生实践和创新能力的纽带

本文把换热器原理与设计课程教学和换热器设计的工程项目相结合，把完成工程项目的科研过程引入课堂教学。这种创新的研究性教学模式使学生学到的知识马上得以应用，不但加深了学生对知识的理解，而且让学生感受到所学知识的应用价值以及解决实际问题带来的乐趣。根据实际需要去学习，学生的学习目的会更加明确，可以提高学习的主动性，增加课堂上互动交流的时间，增强学生发现问题和提出问题的能力。教师的指导避免了学生走弯路，提高了学生的学习兴趣。项目式教学模式的实施给学生带来收获感和成就感，增强了学生的学习动力，在项目完成的过程中潜移默化地锻炼和提高学生的实践能力和创新能力[6]。

3  结束语

本文把教学模式改革与培养学生的工程能力相结合，改革方案的可行性强且实践效果好。项目式教学模式不但丰富和拓展了课程内容，而且弥补了传统教学重知识传授而忽视实践能力培养的不足。翻转课堂大大提高了学生的学习兴趣和主动性，使学生体会到知识的作用和价值，在解决实际问题过程中感受收获的乐趣。

三年来，改革方案在能源与动力工程专业学生中实际应用，不断发现问题、总结经验，修订和完善改革方案，圆满地达到了预期目标。实践证明，学生带着问题及思考去听课，把学到的知识马上应用于工程实际中，是一种高效的学习方式，能够达到事半功倍的效果。学生结课后普遍反映：书本上的理论知识不需要专门记忆，在应用过程中可以自然掌握，而且理解得更加深刻，掌握得更加牢固；不但能够高效地掌握知识，而且学会了理论知识的实际应用，掌握了解决实际工程问题的方法，增强了专业自信。相比于期末考试的方式，带着问題去听课并应用于工程实践中的方式能够让学生学到更多知识。

项目式教学模式适用于所有工科高年级学生的专业课教学，对于推进高等教育教学改革、培养21世纪新型创新人才必然产生巨大的促进作用。

4  参考文献

[1] 汪建丰，沈月娣，孙和平.本科专业理论课程实施项目式教学的理论与实践[J].现代教育科学，2012（11）：52-56.

[2] 吴金星，赵金辉，王保东，等.面向企业的应用型创新人才培养改革与实践[J].高等工程教育研究，2015（Z）：227-228.

[3] 吴金星，王晓，王保东，等.教师科研项目是强化实践教学和培养创新能力的良好平台[J].大学教育，2014（1）：97-100.

[4] 吴孝容.“翻转课堂+项目式教学”的教学模式探索与实践[J].职业教育，2016（5）：55-57.

[5] 蔡良君.基于应用型金课建设的课程设计探索与实践[J].中国教育技术装备，2020（16）：83-85，90.

[6] 王燕，郑健.新工科背景下流体力学课程项目式教学

与考核评价体系研究[J].高教学刊，2021，7（28）：9-12.