基于OBE理念的工程热力学与传热学教学改革

2023-10-15汪维李科斌霍庆宋小东

高教学刊 2023年28期

汪维李科斌霍庆宋小东

摘要：为使学生获得独立思考、分析推导简化问題的能力，该文以OBE理念为基础，结合教学实践，首先从教学内容、教学方法、教学过程及教学考核体系等方面对如何提高工程热力学与传热学课程的教学效果进行改革探索，然后就如何优化课程的内容设计及其考核体系进行初步设计，从而调动学生的学习积极性与主动性，提高学生的创新能力。最终注重以学习产出为导向，以学生为中心，并形成“教学持续开展，改进持续进行”的传统，不断引导和推进专业建设与教学改革，从而保障和提高应用型人才的培养质量。

关键词：工程热力学与传热学；OBE理念；学生中心；专业建设；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2023）27-0136-05

Abstract： In order to enable students to acquire the ability of students to think independently， analyze and deduce simplified problems， based on the concept of OBE， combined with teaching practice， this paper firstly discusses how to improve the Engineering Thermodynamics and Transmission from the aspects of teaching syllabus， teaching methods， teaching process， teaching assessment and evaluation. In order to mobilize the enthusiasm and initiative of students in learning， and improve students' innovative ability， the reform and exploration of the teaching effect of the course Engineering Thermodynamics and Heat Transfer was carried out. Finally， focus on learning output-oriented， student-centered， and form the tradition of continuous teaching， continuous improvement， and constantly guide and promote professional construction and teaching reform， so as to ensure and improve the quality of training applied talents.

Keywords： Engineering Thermodynamics and Heat Transfer; OBE concept; student-centered; professional construction; teaching reform

随着近几年国民高等教育的普及，培养应用型人才已成为现阶段高等教育的首要目标[1]。针对当前社会经济发展的人才需求，高等院校研究生教育已完成从培养学术型人才到培养应用型人才的战略转型[2]。只有重视并强化专业课程教学对人才培养的基础性作用，跟踪行业发展和学科前沿，才能培养工程应用型创新人才，但目前对本科生教育的培养思维仍偏向传统。在以往对本科生的教学过程中，教师制订的教学目标往往过于宽泛，从而导致教学目标模糊，这使得学生在学习过程中把握不住学习方向和学习重点，只能关注于课程内容本身及如何应对考试。

成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）的哲学思想是“以学生为本”“以学习产出为导向”，将教育的焦点集中在学生受教育后的效果上，更符合应用型本科院校的发展要求[3]。基于成果导向进行教学内容、教学方法的设计和教学过程的实施，完全不同于传统的以“教师讲授、内容为本”的教学模式，在提高教学效果上具有明显优势。成果导向教育是基于实现学生特定学习产出的教育过程，实现了传统教育范式的转换。对于教学成果，重点不再取决于学生的考试成绩，而更多关注于学生在学习期间思维模式的转变与提升和学习结束后运用课程内容解决相关问题的能力[4-5]。区别于传统以学生知识接受程度为前提来制订学习目标的教育模式，OBE教育理念中学习目标的制订注重对学生能力的培养与训练，在提供给学生知识、技术的同时着重培养学生的能力和素质，引导教师不断完善教学方法，教师在学生达成预期学习目标的过程中，只充当指导者和组织者的角色[6]。

本文主要针对工程热力学与传热学这门专业基础必修课的课程教学进行探索，利用宁波大学机械工程与力学学院工程力学、车辆工程和机械设计制造及其自动化专业的技术基础课教学实践，将OBE理念引入工程热力学与传热学的本科生教育教学中，在此基础上对课程内容进行设计，并给出其考核体系，以研究OBE理念在工程热力学与传热学课程中的应用。在教学过程中，推动从以往“以教师为主体，以教学内容为目标”到“以学生为主体，以学习目标为导向”的转变。

一工程热力学与传热学教学现状

工程热力学与传热学教学内容理论性强，公式繁多复杂，内容抽象不易掌握，涉及知识面大同时课程学分少，由于这些问题导致了学生学习积极性降低，学习动力不足，学习表现不够理想。课程在教学改革中面临的问题主要有以下几个方面。

（一）教学课时不足

依据学院对工程力学专业的培养方案，学院将本课程学时从原来的51学时缩短为32学时，学分也从3学分降至2学分。课堂教学学时的缩减，无疑增加了学习和教学的难度，任课教师在课程学时普遍压缩的大环境下颇感这门课程难教的压力。课程的教材工程热力学部分选用沈维道、童钧耕主编的《工程热力学》第五版，全书共13章；传热学部分选用陶文铨编著的《传热学》第五版，全书共11章，根据作者这几年的教学经验，用32学时讲授完全部内容并保证教学质量极为困难，几乎不可能实现。在这种情况下，如何根据实际情况制订教学大纲、整合教学内容变得极为重要。

（二）学生对这门课程缺少主观认同感

该课程的部分教学章节理论性强，甚至有些部分内容几乎全是经验公式的推导，学起来十分抽象，导致课程学习难度高，理解起来难。同时在学生学习过程中，发现教材上的工程应用实例多与蒸汽机、柴油机和发电用燃气轮机等热工设备有关，与其未来的工作关联性差，应用的可能性小，这导致学生在学习过程中提不起兴趣，学习的积极主动性差。此外，在教学重心上，由于教学课时少、任务重，因此教学重心只能全放在传授知识而非能力培养上。上课时，教学方式主要以老师讲授为主，教学中师生间缺少互动，这使得学习过程学生以被动接受为主，课堂的活跃度低，不利于对学生创新思维的培养。学生对课程缺乏兴趣，自主学习意识薄弱，平时能完成课前预习和课后复习的学生凤毛麟角。大多数学生寄希望于考前复习，依赖于对考试重点和公式死记硬背的方式来应付考试。在这样的教育模式下的学生内心是矛盾的，既得幸于这种应考“技能”，又失落于学不到知识和技能。这种情况下培养出来的本科生远不能达到解决实际工程问题及进行科学性研究的培养目标。

（三）该课程教学结果评价指标较单一

宁波大学机械工程与力学学院的工程热力学与传热学这门课的最终成绩由课程大纲中的考核方式决定：课堂讨论和表现占10%、平时作业和测试占30%、期末考试占60%。虽然学生最终成绩的构成已充分考查了学生的平时表现，但主要还是停留在学生对课本知识了解情况和掌握程度的层次上，学生的学习效果不能得到全面体现和考查，對他们的学习很难起到督促作用。

二基于OBE理念的工程热力学与传热课程教学改革

根据目前的教学现状，为了更有效地增强教学效果、提高教学质量，本文从修订教学大纲、课程教学设计、课程教学改革和建立多维考核体系等方面进行课程教学改革的探索。

（一）课程教学大纲

依据OBE理念对工程热力学与传热课程教学大纲进行修订，需要满足以下几方面的教学要求。①学生通过对课程的学习，掌握热力学的基本规律，并能正确利用这些规律进行热力过程和热力循环的分析；能够熟练地运用常用工质性质公式进行热力计算；掌握热传递所遵守的三种基本途径及综合传热过程所遵循的基本规律，熟悉常用的热工设备和换热器类型。②让学生知道学习的目的是具备工程实践能力，毕业后能符合就业市场需求，并能直接从事相关背景的工程设计及计算工作。③通过改革能有效提升学生的学习成果。④通过受聘学生所在单位的反馈了解课程教学改革取得的实际成果。从而培养学生独立思考、分析推导简化问题的能力，能将实际问题抽象简化，并应用理论分析解决实际热工程问题，为学生专业课程的学习和未来解决生产实际问题打下必要的理论基础。在了解现代热机设计、强化传热/隔热新技术及其发展趋势的同时，结合国家建设和民族复兴的新时代背景，加强学生的家国情怀与文化自信，激发学生的使命感和担当。为此，教学大纲目标设定如下。

课程目标1：具备基本的科学素养，及时了解现代热机设计和强化传热/隔热的国内外新技术和发展趋势，建立强烈的爱国主义使命感和责任感，及时了解国家相关学科的科技战略要求。

课程目标2：了解工程热力学与传热学的研究目标和研究方法，确切掌握工程热力学与传热学中一些专业术语和概念；能够准确地分析能量转化与守恒的过程，并掌握热力学中的两大基本定律；能够根据热力过程的特性，对过程中的功量和热量进行分析与计算；掌握理想气体和常用工质（水蒸气或湿空气）的基本热力性质与计算方法；掌握热量传递的三种基本方式的原理与工程常见条件下的简化和计算方法。

课程目标3：了解常用的热工设备和换热器类型，能够对机械设备的热力学和传热学问题进行正确表述，了解常用的定性和定量分析方法，并能进行一般的工程计算和设计。

课程目标4：掌握如何通过热力过程设计提高机械和工程设备热能利用效率（如提高火电厂的煤炭转化为电能的效率，减少工业废气排放），在设计时能够权衡工作效率和环境保护等因素间的关系。

课程目标与学生毕业要求和相关指标点之间的对应关系见表1。由表1可知，新设定的课程目标可以覆盖学生毕业要求中的要求1、2、4和对应的3个二级指标点，每个课程目标分别对应1个二级指标点，能够满足毕业生的毕业要求。

（二）基于OBE理念的工程热力学与传热学课程设计

基于“以学生为主体，以学习目标为导向”的OBE理念，采用反向课程教学设计，包括三个流程，即确定学习效果，围绕学习效果设计教学环节，采用多维评价体系检验学习效果，以此形成针对学习目标教学及检验教学成果的课程教学闭环过程。

1 通过学习目标设计教学环节

工程热力学与传热学课程的主要目的是让学生认识和掌握热能和其他形式能量（主要是机械能）之间的转换规律及工程实际应用[7]，培养学生独立思考、分析推导简化问题的能力，能将实际问题抽象简化，并应用理论分析解决实际工程问题，为今后学生专业课程的学习和未来解决实际生产问题奠定必要的理论基础。但目前这些教学目标过于笼统，不能量化考核学生的实际能力与个人素质。因此教师必须结合社会需求和课程内容实际应用背景，基于OBE理念对课程的学习目标进行拆解和量化。

2 合理设计教学环节，调整教学内容

工程热力学与工程实际联系紧密，有些知识学生在日常生活中很难接触到，这无疑加大了课程的教授难度，因此好的课程环节设计显得尤为重要。在教学过程中应从学生的认知视角出发，以学生身边的日常事物为落脚点，让学生能够身临其境地学习、把握相关知识和概念。在课堂教学中，老师应该积极引导学生思考，鼓励学生之间的相互交流和探讨，并适当地提出一些与课程相关的开放性问题。

3 改变传统评价体系，采用多元化评价体系

传统教学中的“三七”模式（平时成绩30%+期末考试成绩70%）虽然考虑了学生的上课表现，但没有体现出对学生技能和能力的考核，不利于开发学生创新性和探索性，并且这种考核方式中期末试卷的考核方式太过单一，无法综合评定学生的学习成果，因此必须重新制订出多维评价体系来支撑OBE教学理念下学生学习成果的考核[8]。如何合理地对学生吸收程度进行客观评价，是课程改革的重要环节。本文拟提高教学质量，培养创新型人才，以学生为本，实施个性化教育和多样化考核方式。

（三）基于OBE理念的工程热力学与传热学课程教学改革

基于当今大学生的学习方式、学习兴趣及专业背景等，考虑到不同基础和不同兴趣的大学生，对传统的课堂教学内容进行设计。以提高学生运用基本理论知识分析和解决实际问题的能力为目标，从教学内容、教学方法和教学过程三方面，对工程热力学与传热学课程教学内容进行应用化设计探索，达到注重概念、突出要点、强化应用的教学要求，具体内容如下。

1 在教学内容上，将抽象的教学内容直观化、工程化

工程热力学与传热学课程的规律和概念过于抽象，如果仅限于老师的口头讲解和书本上的讲述，教学太过扁平化，这不仅会增加课程的难度，还会使学生因课堂教学的枯燥而产生厌学情绪。因此老师在课堂教学时，应注重课堂讲授内容的工程应用背景，结合工程应用实例讲解理论知识，以提升教学内容的可接收性。在教学过程中，采用课堂讲授、视频学习、案例分析设计、课堂练习、提问、课堂讨论、课后实践、课后自学和文献查阅等多种方式综合教学，同时，还可以运用多媒体设备进行辅助教学，通过视频播放的教学手段来帮助学生了解具体的动力装置、制冷装置的工作流程，从而使教学过程变得更为生动、有趣，提高学生的学习兴趣。

2 在教学方法上，培养学生从热力学与传热学的角度来思考和解决工程实际问题的能力

学生在工程热力学与传热学的课程学习中，应当了解常用的热工设备和换热器类型，正确表述机械设备的热力学和传热学问题，了解常用的定性和定量分析方法，并能进行一般的工程计算和设计。同时要求学生完成课程学习后，能根据实际问题中热力过程的特征，分析计算过程的功量与热量。掌握理想气体和常用工质（水蒸气）的基本热力性质与计算方法等基本知识。工程热力学与传热学课程的最终目的是让学生具备针对工程问题中的具体对象建立数学模型并求解的能力。因此學生对理论知识的掌握只是本课程中的学习目标之一，对学生思维模式的培养才是教学的真正目的。

3 在教学过程中，培养学生基于工程热力学与传热学的逻辑分析能力

工程热力学与传热学要求学生能够运用数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决机械工程领域中的复杂工程问题。因此，要求学习该课程的学生掌握一定的数学基础与机械设备专业知识及大学物理等知识，但学生可能因为专业课程设置和知识遗忘等原因，对某些知识掌握得不好。因此，每堂课程开始之前，可以对上次课的重点易混淆内容进行提问和回顾，增强学生对已学习知识的掌握程度，之后再把这次课内容包含的知识点罗列出来，为后面的课程内容讲授进行铺垫。

（四）基于OBE理念的工程热力学与传热学多维考核体系的建立

目前传统的课程考核方式，期末考试占比非常大，不利于开发学生创新性和探索性，应尝试新的考核方式。如何合理地对学生吸收程度进行客观评价，是课程改革的重要环节。本文拟提高教学质量，培养创新型人才，以学生为本，实施个性化教育和多样化考核方式。多维考核体系由期末测验和过程考核两大方面构成。学期总成绩采用百分制评定，由两部分构成：过程考核成绩，占比50%；期末测验成绩，占比50%。该课程期末测验采用闭卷形式考试。过程考核成绩由课程设计报告、课堂教学、课后作业等组成，主要包括课堂练习、课堂互动、课堂讨论、课后作业和课程设计报告等。按顺序，可将过程考核分为课前考核、课中考核、课后考核。

课前考核主要借助微信群、慕课等网上平台进行。根据教学大纲和授课内容，从每次课程的教学内容中选出相关题目提前布置给报名课堂演讲的同学，并设定标准，学生根据每次课程内容在课前进行现场演讲、分享，最后由全班同学填写评分表进行评价。通过学生自主学习、分享，来激发学生的学习热情，突出学生的主体地位。

课中考核则通过课堂提问和讨论等课堂互动活动，以此提高学生课堂学习的参与度。在课程学习过程中，通过对所讲授知识点进行现场提问、讨论，得到同学对课堂内容的掌握情况，以此对教学进度进行微调，从而提高教学效果。

课后考核包含课后作业和课程设计报告，课后作业要追求质量，争取让每道题都是来自于典型工程案例；通过课后作业及时掌握学生学习情况，以便及时调整教学方式并对学习困难学生进行帮扶，确保教学效果；期末大作业为撰写课程设计报告，由老师布置题目，要求学生应用所学理论知识和设计分析软件对某工程热力学和传热问题进行分析、求解，提升学生理解问题、分析问题和解决问题的能力。同时还对课程设计报告内容的逻辑性进行考核，提升学生的行文逻辑性，锻炼学生的写作水平。

期末采取闭卷形式考试，命题依据毕业能力要求指标，对基本概念和基本原理进行有针对性的考核，并设置综合类考题，考试时提供相关的资料参考，要求学生选用正确的理论和公式来分析解决问题，考察学生对基本理论知识的掌握和解决实际工程问题的能力。各部分的具体评价环节、评价依据、方法和在总成绩中的占比，见表 2。

三结束语

本文以OBE教育理念为基础，结合宁波大学机械工程与力学学院对相关专业的毕业要求，以工程力学专业的专业基础必修课工程热力学与传热学为例，从课程教学大纲、课程设计、教学改革和考核体系四个层面分析了改革的依据和内容，以培养适应当前社会发展的新型应用型人才，满足学生毕业的要求。

参考文献：

[1] 凤权.OBE教育模式下应用型人才培养的研究[J].安徽工程大学学报，2016，31（3）：81-85，95.

[2] 华小洋，蒋胜永.应用型人才培养相关问题研究[J].高等工程教育研究，2012（1）：101-103.

[3] 马秀勤，晋芳伟.基于OBE的流体力学与传热学教学研究与实践[J].贵州工程应用技术学院学报，2020，38（3）：135-140.

[4] 何晓芬，李永湘，马秀勤.基于OBE的机械原理课程设计项目式教学改革研究[J].内燃机与配件，2019（24）：259-261.

[5] 王建卫，李佐，廖大麟，等.基于OBE理念的单片机课程教学改革与实践[J].贵州工程应用技术学院学报，2019，37（3）：129-134.

[6] 王丽丽，陈庆光，张鑫，等.基于OBE模式的“机械工程控制基础”课程教学改革研究[J].教育教学论坛，2019（34）：100-102.

[7] 沈维道，蒋智敏，童钧耕.工程热力学[M].北京：高等教育出版社，2007.

[8] 粟梅，张太乐，熊灿娟，等.基于OBE的《工程力学》课程考核方式改革[J].山东化工，2020，49（4）：207-208.