能源与动力工程专业基础课程国际化教学模式的研究

汪健生　安青松　刘雪玲

[摘 要]热能与动力工程专业中的重要专业基础课程“工程热力学”、“传热学”在本专业中占有极其重要的地位，其主要内容是学生继续从事本专业学习的重要基础，这两门课程也是本专业目前所设的两个方向（热能工程、内燃机）的重要理论基础。为适应当前全球范围内对能源动力类专业人才的迫切需求及对本专业人才素质要求的不断提高。应该以本专业骨干课程“工程热力学”、“传热学”为试点，积极开展本科生专业基础课程的教学改革工作，探索课程的国际化教学模式。为提高教学质量，巩固学生的专业理论基础，拓展学生的专业视野，在课程教学方面进行多角度的探索。

[关键词]能源与动力工程 国际化教学模式 工程热力学 传热学

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）06-0112-03

一、引言

随着全球化环境与能源问题的日益突出，迫切要求能源动力工程的高等教育建立与国家经济发展相适应的工程教育体系与结构，提高能源动力工程技术人才的培养质量。[1]本专业学生培养目标将从传统的以“知识、能力和素质”为主转变为“国际化、高素质、创新型”人才的培养目标，专业课程在教学内容、方式、教学形式等方面与现培养目标存在一定差距，能源动力领域的高等工程教育存在诸多不足[2]，还不能很好满足现代工业对工程技术人才的需求。[3]因此对专业课程的改革势在必行。

针对所确定的新培养目标，我们在热能学科中组建了“工程热力学”与“传热学”教学团队，针对课程特点，设计和开展“工程热力学”与“传热学”课程国际化教学模式改革，引进国际先进教学模式，提出了适合热能与动力工程专业特点的国际化教学模式。从教学理念、教学方式、评价机制等环节入手，探索了本专业基础课程的新型教学模式。针对本专业骨干基础课程基础性突出、与工程实际密切相关的特点，在国际化教学模式改革研究中，还进行了与工业界的合作，旨在激发学生探究科学真理的兴趣，巩固学生基础理论知识，提高学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力。同时培养学生的团队合作意识、沟通能力、工程创新实践能力，使学生具备国际视野，实现“国际化、高素质、创新型”的人才培养目标。

“工程热力学”、“传热学”都是理论性突出、应用背景广泛的专业基础课，是研究热能与机械能转换规律、工质热物性、热量传递过程基本规律的课程。这两门课程为学生学习后续的专业课提供必要的基础理论知识，也是现代工程技术人员必备的技术基础知识。课程存在理论性突出、部分内容抽象、经验与半经验公式较多等特点。在传统教育模式下，这两门课程的“教”与“学”都存在着较大的难度。

传统教学模式以教师为中心，注重知识的传授;在一定程度对学生主动参与无特殊要求，师生间主要交流方式是你问我答，这种偏单向的教学模式往往使学生缺乏主动参与意识。此外，在课程教学过程中往往偏向于介绍基本原理和相关公式推导，套用公式解题，容易使学生失去兴趣。学生所接受的信息大部分来源于教师的灌输，而非自身对知识的探求。因此，这样的教学方法难以使培养的学生具有独立分析、解决问题的能力，更难以达到“国际化、高素质、创新型”人才培养目标。

目前，课程考试大多为闭卷考试和开卷考试两种。闭卷考试方式可以促使学生系统地复习所学知识，教师也通过考试了解学生对知识的掌握情况，以便改进教学工作，这种方式较适合于“工程热力学”课程考核。但对于“传热学”课程，由于该课程经验公式与图表较多，往往限制了考试的命题范围。而开卷考试方式，容易导致学生不注重平时学习，不去记忆本应熟练掌握的基本概念和公式，形成依赖考试时翻书的坏习惯。此外，传统考试方式考查学生对书本知识的掌握情况，是对相对理想情况的分析、计算，所出试题与实际情况存在一定差距。特别是对于“传热学”这类工程性很强的课程，现有考试方式较难反映出学生解决实际问题的能力。此外传统考试要求学生在规定的有限时间内完成，不易考查学生对相关知识掌握的深度。

综上所述，在新形势与环境下，为适应全社会对能源与动力工程专业人才的更高要求，对这两门课程进行改革势在必行。

二、改革方案

（一）教学团队建设

为保证教改工作的顺利开展，热能学科专门成立“工程热力学”与“传热学”国际化教学团队，团队主要成员由本专业具有丰富教学经验的教师和部分青年教师组成，为体现课程国际化及与工程实践紧密结合的特点，教学团队中还包括国外知名大学（如加拿大滑铁卢大学、香港科技大学）的知名教授及国内企业（如天津滨海能源有限公司、约翰迪尔公司、天津松正电动科技有限公司、天津科斯特汽车有限公司、天津清源电动汽车有限公司）的专家。

（二）教学内容研究

“工程热力学”课程改革由三部分构成：基础理论教学、国外课程视频教学、国外教师及企业教师讲授。基础理论教学以教材内容为主，占40学时;国外课程视频教学选用MIT的《Thermodynamics》中涉及热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律的相关内容，占6学时;国外教师及企业教师则主要讲授热力学的最新发展与前沿动态以及工程热力学的工程应用案例，占4学时;另安排有4学时的实验教学;总计54学时。“工程热力学”教学过程中突出了基础理论的训练，强调运用理论知识分析实际问题能力的培养。

“传热学”课程改革由三部分构成：基础教学、项目实施和语言训练，其中语言训练主要由学生自己在课外完成，基础教学、项目实施则安排在学时数以内。基础理论教学以课本内容和课堂教学为主，占48学时;项目实施部分包括项目相关知识的教学、项目实施指导、学生节点汇报等，占16学时。“传热学”国际化教学模式体现了研究式教学、以问题为导向的教学方式和以构思、设计、实现、运作模式为主的CDIO式教学的有机结合，将“传热学”设计成基础教学—项目实施—国际语言训练三条线同时展开、互相辅助的教学形式。

（三）教学形式

“工程热力学”国际化教学模式改革中，针对课程理论性强、概念抽象的特点，对其中的难点部分，在本校教师讲授的基础上，采用MIT视频教程辅助教学，使学生可以从其他角度理解问题，接触世界一流名校的教育方式，加深对热力学基本概念和基本理论的理解。由于MIT视频教程采用英文讲授，对学生的英语能力的提高也起到了一定的作用。而国外和企业界教师的讲解，可以充分开拓学生的专业视野。

“传热学”国际化教学模式设计了基础教学—项目实施—国际语言训练体系。课程在讲授基础知识的基础上，针对工程实际问题设计相关课题，学生以项目团队形式共同完成项目课题，基础教学成为项目实施的辅助工具。在项目课题实施过程中，设计2个汇报节点，考核团队中每位学生的研究进展及团队整体的项目实施进展。第一次节点汇报采用英语进行并提交研究报告，将语言训练融入项目实施过程中。第二次节点汇报为项目课题的总结汇报。为了保证项目的顺利实施，安排了一次企业参观，使学生对所承担的项目课题内容有一个直观、明确的了解。课程结束后，由教学团队组成的评选委员会评选出优秀项目团队、项目组和项目实施方案。

三、项目实施

为保证课程教学质量，制订了两门课程的教学计划和实施方案，其中“工程热力学”课程的教学按照如下要求进行：

1.课程讲授内容涵盖工程热力学全部内容，无遗漏点。

2.增加英文教学内容，如国外视频教学内容突出了对热力学难点问题的讲授，锻炼了学生的英语能力。

3.结合工程实际及学科前沿动态。国外教师及企业教师讲解突出了本专业领域与热力学相关的最新前沿进展及工程应用情况，使学生了解热力学的发展与工程应用背景。

在教学过程中，强调教师与学生的互动与交流。如针对疑难问题，专门安排了三次问题讨论课，以解决问题为目标，对学生中普遍存在的问题进行针对性讲解与讨论。为加强学生对热力学工程应用背景的了解，企业教师针对热力发电厂的设备运行流程、常见故障、现存主要问题进行了详细讲解;同时利用本专业的本科生创新实验室，为学生讲解了蒸汽压缩制冷系统的设备组成、工作原理、使用维修等问题。这些措施提高了学生的学习热情，激发了学生的求知欲，对教学工作起到了很好的促进作用。在MIT视频课程教学过程中，要求学生理解主要内容，并加以复述，以促进其英语能力的提高。课程考核形式为笔试，其中平时成绩（作业与实验成绩）占30%，考试成绩占70%。

“传热学”课程的教学则根据课程的特点，确定了如下原则：

1.增加了项目课题内容，所谓项目课题就是根据实际工程问题，结合传热学基本理论所提出的具体问题。项目须涵盖传热学内容，尽可能多包含热传导、对流换热和热辐射的基本内容。确保每位学生开展的项目课题以传热学教学内容为主。

2.项目涉及传热学的范围要广，保证每位学生完成独立的子课题。

3.项目具有包容性和开放性，适合不同层次学生的需求。

以班为单位按照企业项目团队的模式组建3支项目团队开展项目课题。每支项目团队设立1名总经理，2名总工程师，下设5-6个项目组，每支各项目组再设1名项目经理，项目经理负责组织本组工作，总经理、总工程师负责各组的协作和队伍的运作。总经理、总工程师、项目经理均融入各组中，总经理、总工程师、项目经理共同组成项目管理委员会，每个项目团队配置1名研究生助教。在项目实施过程中，要求每个团队成员独立承担一项研究内容，并且与本组成员协调配合，实现整个项目团队的高效、科学运行，进而完成项目的研究任务和目标。

项目设置2个时间节点，每个节点均设置需完成的计划目标，并对项目进展进行评估，以此为依据对学生实行考核与奖励。每个节点汇报包括书面报告和口头陈述两种形式，书面报告按照学术报告的要求撰写整个项目团队报告，同时体现个人的研究和工作;口头陈述要求每位成员在规定的时间内阐述对研究任务的理解、解决方法、取得的成果和提出的创新点。

要求学生自学“传热学”参考教材以及相关英文文献，第一次节点汇报中要求英文书面报告和英文口头陈述。加拿大滑铁卢大学李献国老师组织英语教学和报告。课堂教学考核形式为笔试，其考核分值占总成绩的50%，即50分（100分制）。项目考核主要从书面报告和口头陈述两个方面进行考核。考核小组制定了书面报告和口头陈述的评价标准，从研究内容、创新思维、陈述表现、报告撰写质量等多个角度进行评价。

在项目实施方面，考核分值占总成绩的50%，即50分（100分制），并且将分值分配到各个节点汇报中，具体为：第一次节点汇报20分，第二次节点汇报30分。

四、课程改革总结与认识

对能源与动力工程专业骨干课程“工程热力学”、“传热学”国际化教学模式所进行的教学实践工作，使本专业学生对专业基础理论知识的掌握更加牢固，提高了学生运用专业理论知识解决实际工程问题的能力，增强了学生的综合素质，拓展了学生的专业视野。同时也加深了教师对专业骨干课程教学规律的正确理解与认识，促进了青年教师教学业务水平的提高。

通过教改的实施，基础教学与实际工程案例分析、项目实施相互配合，共同促进，大大地调动了学生的学习热情。课堂教学过程中，学生带着问题学，教师针对问题讲解，形成了教与学双向互动的良好学习氛围，有效解决了单向灌输的教学模式存在的问题。课堂教学与项目实施基本同步进行。如在热力学课程中，学生会针对发电厂中存在的问题，运用热力学知识加以分析;在传热学课程的项目实施中，学生经常会遇到课堂教学尚未触及的传热学知识，由此促使学生通过自学的方式学习传热学知识，提高了学习主动性，也开阔了视野。由于传热学项目课题的选择具有开放性和包容性，即使是相似的问题，学生解决问题的方式、方法也不尽相同，这样可以最大限度地提高学生解决实际问题的能力。

通过多种形式的教学活动，学生对“工程热力学”与“传热学”基础知识的需求更加明确和迫切，在调查的反馈意见中也提到了这种情况。2009级学生认为“做项目是在基础知识掌握的基础上进行研究的，两者是串联由浅至深的关系，而不是并联分流的关系”。2011级学生认为“在做项目的过程中，需要将基础知识深入理解，对平时看书起到积极的促进作用”。在教学过程中，学生以项目问题为牵引，经历了查阅文献资料、确定需解决的问题、学习基础理论、扩展相关知识、建立数学模型、获得初步数据、小组讨论、提出创新思路、优化设计结构和项目完善等过程，经受了较完整的研发过程的培训。

课程教学中，教学内容与企业联系在一起，通过企业专家讲解、组织学生到企业参观、企业人员对项目中涉及设备的介绍以及与工程技术人员座谈，加深了学生对相关工程实际问题的理解与认识。

以“工程热力学”、“传热学”国际化教学模式为部分内容的教学成果，获2013年天津市教学成果一等奖，在2014年3月8至9日在天津举行的成果鉴定会上，来自能源与动力工程专业教学指导委员会的领导专家对本专业国际化教学模式给予了高度评价，该成果还获2014年国家级教学成果二等奖。

五、结论与展望

本项目所开展的教改实践取得了一定的成绩，同时也存在着一些问题，需要在今后的教改实践中加以解决。工程热力学教学中的英文视频课部分学生受英语能力所限，接受程度不高;国外及企业教师讲解内容虽很受学生欢迎，但受课时所限，多数学生感觉“不解渴”。传热学课堂教学与项目实施几乎同时开始，项目实施过程中，一些学生承担的项目涉及的传热学知识教师可能还没有介绍，因此对参与这类项目的学生要求比较高，需要自学的内容较多，部分学生感觉吃力、负担较重。

随着人们对教育本质认识的不断深入，素质教育深入人心。“授之以鱼”不如“授之以渔”，培养学生良好的学习方法，提高学生解决实际问题的能力，强化学生的综合素质，将是今后教育的发展方向。因此，尽管“工程热力学”与“传热学”国际化教学模式中存在着一些问题，但这些问题可以在不断深化的教改过程中逐步加以解决，本研究所提出的新型教学模式的基本方向是正确的。

总之，通过几年的教学实践，本项目教学团队基本建立了一种本专业课程的新国际化教学模式;在基础教学和实践教学等环节取得了一定的经验，形成了一套较为完整的国际化教学模式实施办法，为今后进一步完善新教学模式打下了一定的基础。

[ 注 释 ]

[1] 朱高峰.工程教育的几个问题探讨[J].中国高等教育，2010.

[2] 于娟，吴静怡.能源动力专业的高等工程教育研究与实践[J].中国电力教育，2011.

[3] 何雅玲，陶文铨.对我国热工基础课程发展的一些思考[J].中国大学教学，2007.

[责任编辑：覃侣冰]

[收稿时间]2014-12-13

[基金项目]天津大学本科教学综合改革立项项目“热能与动力工程专业骨干课程国际化教学模式研究”。

[作者简介]汪健生（1964-），男，江苏泰州人，博士，副教授，从事热力学、传热学科研与教学工作。