新工科背景下的“工程热力学”课程体系改革

贾永英 宫克勤 刘晓燕 王忠华

[摘 要] 本研究参考新工科对人才的要求，对照“工程热力学”课程对学生的毕业要求支撑点，从毕业要求的最终学习结果出发，逆向推导课程的改革，明确指出建环专业毕业生应该具备的素质和“工程热力学”专业学生所需具备的知识、能力、态度要求。以毕业要求为标准、以学生为中心，建立了“知识-能力-素养”的教学目标，打造了突破时间和空间限制的混合式教学新模式，采用了线上学习、翻转课堂、专题讨论、课堂展示、实践教学等教学新方法，通过做中学的方式，全面提升学生创新力，并且实现了学习全过程记录和考核多元化。

[关键词] 新工科;教学目标;教学模式;创新;实践

[中图分类号]G642   [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2021） 07-0080-02

随着新经济的出现，以互联网和云计算为核心的新型产业不断升级，新技术产业不断兴起。习近平总书记指出：“我们高等教育成为比往昔任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴望比以往任何时候都更加强烈”。这决定了我国高等教育进行新工科改革势在必行，新工科改革要求以学生为中心，抓紧培养模式创新，强化教学方法与教学手段的改革，完善多主体协调、多学科交叉的人才培养模式，强化工程人才的个性化发展，推进新型工程教育信息化。这种教学理念的改革必须深入课堂，要求每一门课要积极探索新工科理念下课程的教学目标，最终通过课堂教学的模式，将其思想、内容、技能教授给学生，着重培养学生工程能力与创新能力。我们学校建环专业紧抓“新工科”这个突破口，结合石油院校办学优势条件，以“工程热力学”课程为抓手，构建新工科专业，树立工程教育“新理念”，探索工程教育人才培养“新模式”。

一、构建工科新理念，建立课程新目标

2016年新工科这一概念出现在教育界内，教育部高教司于2017年正式启动了“新工科”计划。2017年2月18日，在复旦大学的高等工程教育发展战略研讨会上，探讨了新工科的内涵特征与发展路径。2017年4月8日，在天津大学召开的新工科建设研讨会上，明确指明了新工科建设的行动路线。2017年6月9日，在北京召开的新工科研究与实践会议上，教育部全面启动新工科工作。“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等各大会议上确立的纲领性文件，为我国工程教育改革探索出一条新路径。新工科的建设，要求优化学科布局，建设优质课程，培养学生的工程能力、科研能力，使学生成为综合素质高的新型工科人才。这就要求有新的课程目标、新的教学模式、新的考核方式。我们为了实现工科新理念，对工程热力学课程进行了研究和改革。“工程热力学”是我校建环专业的专业基础课，是专业知识体系中必修的专业主干课，是连接基础知识和专业知识的桥梁。研究新工科背景下“工程热力学”课程体系建设具有重要意义。根据新工科理念，按照OBE模式逆向设计课程目标。在教学目标方面，秉承“学生主体，教师主导”的原则，以学生兴趣为引导，熟练掌握能量转换及其应用过程的基本规律，并紧跟新工科发展动态，学会应用热力学第一定律与第二定律的理论体系分析能量传递与转换关系，并应用到企业中去，做到校企合作、工学结合，解决工程实际问题，使学生在学习理论知识的同时，达到“知识-能力-素养”三维产出成果的教学目标，培养具有创新理念综合素质高的新工科人才。

二、打造课程新模式，采取教学新方法

新工科的提出对课程与课堂教学提出了更高的要求，新工科教育模式改革要首先要通过课堂教学，将其内容、思想、技能传授给学生。现代的课堂不仅限于教室的物理空间中，更是可以通过在线教学实现课程授课。根据“知识-能力-素养”三维产出成果的教学目标，“工程热力学”改革提出“线上+线下”两个方面加上实践三个阶段的混合式教学流程。在混合式课堂中，教师是课堂教学的设计者和指引者，精力不再全部用在课堂授课中，而是转移到对学生是否能自由运用知识点的关注中。在线上课堂中，对于课程中不易理解的难点、重点知识，通过制作视频为学生提供随时可以重复学习的资源，并通过设计的知识点视频中的课间提问和测试，使学生初步了解相关知识点，掌握基本概念。这种线上课程设计思路和方法，为拓展学生的知识面、深化学生理论知识提供了丰富的学习资源。同时，线上课程还为学生提供课程相关发展历史、课程当前研究现状和发展趋势等学习资源，激发学生学习兴趣。线下教学分为线下课堂教学及线下创新实践两大部分。其中线下课堂教学以翻转课堂和课堂展示方式进行，在这些教学形式中，教师不再是知识的简单传授者，而变成知识的引导者，学生不再是被动的学习者，而是主动的研究者，这是落实“以学生为中心”思想的可靠途径。在线下实践教学过程中，以案例或项目为抓手，由教师制订案例或项目的学习主题，由学生进行项目的调研、讨论、分工和完成，并以PPT的形式在课堂进行展示，引导学生运用工程热力学知识，实现理论与工程实际的结合，并且训练学生的思维逻辑，加强学生的语言组织能力，提高学生的创新创业能力。总之，通过构建课程新模式，注重学生作为“人”的发展，使学生实现全面发展，从“重书本知识”转向“重实践创新”，实现从单一化向多样化转变，培养新工科要求学生所具备的跨学科交叉融合、工程领导力、解决复杂问题等能力。

三、树立“在做中学”的新理念，提高学生创新力

高等工程新工科教育要求学生具备创新创业能力与跨学科整合能力。“工程热力学”通过创新创业实践实现理论与实践的结合，树立学生的在“做中学”的理念。创新创业实践是实现“做中学”的形式，首先，老师进行项目设计、布置任务，学生组队甚至赴实地调查，通过观察、访谈、调查等形式，按照任务的目标要求进行研讨、分工和合作，一起完成项目。最后项目组同学在课堂上进行项目展示，接受同学和老师的评价，提高了学生的语言表达能力、团队合作能力及自主学习能力，在完成項目的过程中，学生需要将理论知识运用于实践，通过“做中学”加深对创新知识的理解，提升实践运用能力。同时，由于项目的完成需要小组成员间的分工协作，项目驱动的实践教学形式也能提升学生的团队意识和合作能力。其次，线下创新实践形式还可以是创新创业竞赛，创业竞赛考验的是学生对创新创业知识的融会贯通能力和实践能力，是对创新创业教育效果的最佳检验，是从“纸上谈兵”到“真枪实弹”的过渡，是创新教育与市场接轨的最好方式。鼓励有创新观点的学生组队参加竞赛，在竞赛的过程中不仅可以激发学生的学习积极性，加深对创新创业知识的理解，还能提升学生的实践应用能力，通过建立个性素质拓展机制，全面提高学生综合素质。该过程要求学生选择相应题目、查阅相关技术文献、了解相关技术发展前沿并主动讲授，既体现了学生的个性化，又锻炼了学生综合素质。

四、记录学习全过程，实施考核多元化

新工科对人才培养质量要求更高，要求学生具备跨学科交叉融合能力、解决复杂问题能力和工程领导力等能力，课程作为实现人才培养质量的途径，课程考核作为教师手中促进学生学习的最有力手段，能够促进学生学业发展，促进教学活动的开展，促进教育目标的达成。课程考核与课堂教学紧密相连，伴随着教学过程的进行。课程考核体现在考核内容、考核主体、考核方式等各个方面。课堂考核的内容，开始向三维目标转变，不仅要考核学生对知识与技能学习的成果，还要考核学生的学习过程和方法，甚至还要关注学生潜在能力的发掘。对情感与态度进行考核，考核更关注学生本身，更强调以人为本。考核的主体趋于多元化，考核的主体不再仅仅是老师，还包括学生。课考核的方式不再单一，依据课堂变化而定，越来越注重多种方式的交叉使用，如进行课前的诊断性考核，课中的表现性考核、课后的总结性考核。考核的方式有对应视频知识点的课堂提问和思考题、观察和纸笔测验等，对应视频知识点的课堂提问和思考题用以检查学生对知识点的掌握程度;观察用以检查学生在自由讨论或口头表述时，学生分析问题和语言表达观点的能力，或检查学生以个人展示或小组展示时，学生在真实情景中運用所学知识与技能的能力，或检查学生进行工程案例学习时，学生应用学得知识解决问题的能力;纸笔测验用来检查学生课程结束后的综合性学习效果。考核强调结果以及过程，而且学生解决问题所表现出来的思维方式也是考核的重点。在考核过程中，网络教学平台为多元化考核提供了技术支持，优质在线教学资源详细地记录了学生的学习情况，准确的数据分析支撑了考核的证据，教师能够自动监控学生学习，记录并分析学习结果，准确掌握学生所达到的学习程度，从而及时有针对性地进行知识的传授和答疑。通过记录学习全过程，实施考核多元化，改善了学生课前预习效果，点燃了学生课堂讨论和展示的热情，学生积极投入到在做中学的实践中去，达到了改善课堂教学效果、调节教学氛围的目的，有效地促进了学生学习，促进了学生跨学科融合能力，培养了学生思维的严谨性和创造性。

参考文献：

[1]赵雷洪.多元视角下的高校学生学业评价[M].北京：科学出版社，2017.

[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）.

（责任编辑：王义祥）