能源动力类本科教学与学生培养改革探讨

刘存良 白晓辉 孟宪龙

西北工业大学动力与能源学院 陕西西安 710129

随着全球经济和科技的飞速发展，当今社会对综合型人才的要求不断提高，能源动力类学生不仅要具备扎实的专业基础，更要有深入而全面的思考能力、积极向上的人生态度和强烈的社会责任感。这不仅对授课教师在专业基础课程的教授方法和能力上提出了更高的要求，对融入思政元素引领学生人生价值也有了新的要求。自2020年教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》以来，明确了课程思政建设的总体目标和重点内容[1]，全国各大高校也开始推进高校课程思政建设，将立德树人作为中心环节，帮助学生在建立专业基础知识体系的基础上，树立正确的人生观、价值观和世界观，实现全员育人、全程育人、全方位育人[2]。课程思政建设不是僵硬地灌输某种思想，不是增设一门课程，也不会与课程知识传授冲突，而是弘扬中华文化和传统美德，培养爱国情怀、社会责任、道德修养，提升文化自信，实现思想政治教育和专业知识体系教育的有机统一[3]。

“传热学”是一门能源动力类本科教学体系中最重要的课程之一，是支撑动力工程及工程热物理学科的专业基础课。学习传热学，掌握由温差引起的热量传递的规律，在以后的工作中，能够解决实际热工科学中遇到的冷却传热问题是开设本课程的目标。讲好传热学，不止是将传热学中的概念和理论灌输给学生，而是结合真实现象和实际应用，揭示其传热机理和发生此现象的客观规律。衡量一个教师的讲课水平，依据是“深入浅出”，即把复杂的现象用简单易懂的方式解释清楚，并且能从简单的规律回归到课本上的理论。另外，由于传热学知识体系中知识点繁杂，以及学生在学习过程中表现出的“平时不学”“考前突击”等行为，使得对学生的过程性考核变得更加有必要。

综上所述，传热学教学的改革，从培养社会需求的综合型人才的角度出发，需要从几个方面进行改革：第一，需要在课堂上融入一些外在元素，包括课程思政元素和典型案例，在丰富课堂的同时，塑造学生正确的人生态度；第二，需要对传统的教学模式进行改进，包括对教学设计、教学方法的改进，培养学生对课程的兴趣，扎实学生的专业基础，提高学生解决实际问题的能力；第三，对学生考核方式的调整，重视对学生的过程性考评，加强对学生的过程指导，并对学生的真实效用进行综合评估。黄军等[4]针对“传热学”等能源动力类专业的核心课程，从师资队伍建设、教学内容、教材、教学方法与手段等方面进行了若干的教学改革实践，包括教师人员结构调整、丰富科研和教学案例、引入多媒体和教具等方法，取得了一定的教学成果。谭晓茗和张靖周[5]结合课程组在“传热学”课程的教学经验，提出在“育人”和“育才”过程中教师要发挥好引导作用，做到“起好头、抓好点、收好尾”，构思有张力的课堂教学前段。本文针对能源动力类本科教学和学生培养，结合西北工业大学能源动力类本科生的特点，围绕课程思政教学设计和教师能力培养等方面进行了探讨和分享。

1 西北工业大学能源动力类本科生特点

西北工业大学能源动力类本科生继承了西北工业大学的优良传统，善于思考，基础扎实，勤于学问，踏实肯干，并具有强烈的家国情怀。西北工业大学大学生从入校之初就秉承着航空航天报国梦想，一心为祖国的航空航天事业而奋斗。然而，不善言谈也是大部分西北工业大学能源动力类学子一直以来的问题。要培养适应时代潮流的综合型人才，必须要有针对性地对这些问题进行改变。另外，与之前不同的是，随着社会和科技的飞速发展，学生优越的成长环境和学校提供的先进学习平台，以及手机电脑等电子产品的普及，使学生接受新鲜事物的能力大大增强，然而，由于学生的价值观点、思想素质、人生态度的不同，在大学生活结束时的境遇也不尽相同。归根结底还是取决于学生的人生态度，因此，在正确认识当代学生的真实状态和诉求的基础上，在切实了解学生人生价值观的基础上，针对性地融入思政元素，培养对专业的兴趣。

2 能源动力类本科教学课程思政教学设计及教师能力培养

2.1 价值引领，融入思政元素，润物细无声

课程思政元素的融入不是僵硬地灌输某种思想，而是将中华文化和传统美德、爱国情怀和社会的正能量春风细雨般地传递给学生，影响学生价值观的形成，提高其道德修养，达到三全育人的效果。而如何挖掘课程思政元素，并且怎样做到润物细无声，就要考验教师的授课能力以及思政元素的挖掘了。例如，在讲到散热的方式以及冷却散热的应用领域时，就可以给学生介绍航空发动机热端部件的冷却和芯片的冷却；在体现专业技术重要性的同时，也可以给学生介绍国家目前在科技研发方面遇到的技术瓶颈，鼓励同学们奋发图强，激发同学们的爱国情怀。

传热学是一门既有基本理论又有深刻实际应用背景的学科，经验性也较强，因此，基本上每一个重要的知识点都可以联想到背后存在的实际工程问题。比如隔热问题，其实质是深刻理解了导热的基本概念和导热机理之后，采取减小导热系数或降低温度梯度的方式来减少热量的传递。航天飞行器在高速飞行过程中，由于气动热导致头部的热防护问题、燃烧室筒体的被动热防护问题都是多层导热问题。因此，可以很好地在导热基本理论的基础上外延到目前先进航天飞行器热防护的问题上，使学生了解目前航天飞行器的发展现状。在讲解对流换热冷却问题时，很容易结合本学院的优势学科，即发动机中的先进冷却方法来进行深入讲解。气膜冷却是航空发动机涡轮叶片高温工作下最主要的冷却方式，而针对气膜冷却效果的定义及相关理论则需要在扎实掌握对流换热基本概念的基础上才能深刻理解。通过广泛介绍航空发动机内部工作环境的恶劣以及航空发动机内部结构的复杂，让学生认识到发展航空发动机的难度，航空发动机被称为“工业皇冠上的明珠”是名副其实的。同时，对于学生价值观的引领也需要一个潜移默化的过程。例如，在介绍传热学是研究热量传递规律的学科时，一定要从热力学第二定律引申。即热量是自发地从高温向低温传递，而这其实是在告诉我们要遵循自然规律。就像导热微分方程一样，导热传热的规律是符合导热微分方程的。而在社会活动中，每个人都要服从一定的社会准则和个人的行为准则。而在这个大的社会准则约束下，个人的发展取决于他的定解条件，即个人的性格、道德品行、人生目标、价值取向等。以上思政案例均从课程本身的特点出发，面向能源动力类本科生的教学，自然渗透到知识点的讲授全过程，可谓一举多得。

2.2 小班教学，提升人文关怀，潜移默化

为适应时代要求，做到因材施教，小班教学势在必行。不同于传统教学模式，小班教学具备教学与研讨相结合、师生互动容易、学生课堂反馈及时等优势。当今社会，独生子女从小获取了更多的关爱，而进入大学阶段，很容易由于缺乏人文关怀而自尊心受到打击。近几年，西北工业大学能源动力类本科生也出现了类似的情况。由于中学时期学习负担较重，学习时间较长，而且周末和假期也更多地被校外补课和课外培训占用，学生在心理上承受着极大的压力。大学期间，很多更重要的任务落在他们肩上，然而，由于自尊心较强，在强大的心理压力作用下很容易做出放弃自己的行为，而更重要的是缺乏关心和人文关怀让学生感觉到无比失落。小班教学提高师生比，给学生提供更多与老师交流的机会，对于学生改变心理状态、调整阶段性目标、重拾信心会有较好的帮助。另外，小班教学可以给予更多分组讨论和发表观点的机会，培养学生沟通能力和团队协作能力，这样一来，既可以提高学生的课堂参与度，及时反馈学生的接受程度，发现问题及时调整，又可以培养学生主动学习的状态。教师的为人师表和渊博的学识很容易潜移默化地影响学生的性格和情操，也许教师不经意间的一个举动就会让学生终身受益。小班教学有助于对学生开展过程性考核。在平时的教学过程中，可以通过提问的方式来考核学生对知识点的掌握程度，保证学生每节课有一次被提问的机会，让学生保持较高的注意力，这样一来，教师可以直接获得学生学习情况的反馈，客观指出学生学习存在的问题，提高对学生学习过程和方法的指导和引领；对于课程考核环境，在期末考试阶段，除了传统的笔试，又可以开展面试考核方式，包括对基本概念的认识和解决问题方法的认识。现如今课堂上明显发现，学生对于基本理论掌握得不扎实，同一个知识点换一种方式提问就会让学生不知所措。期末考完结束基本上就忘记了大部分课程内容，更谈不上以后在工作中的理论与实践结合。对于这个问题，功夫下在平时当然是重要的，但还需要对知识点的掌握程度提出更高的要求。

2.3 深入浅出，揭示深层机理，水滴石穿

深入浅出的讲课方式可以让学生很快接受课程的重要知识点，可以有效引导学生进行更深层次的思考，加深对问题的理解。传热学中包括很多前人提出的定律和概念，也包括很多与现实生活有关的算例，如何引导同学们对这些定律和概念背后深层次的含义进行思考，如何从这些算例中看出问题的本质。有些问题透露出了浅显的道理，如在介绍傅里叶定律时简单说了一句“热流的方向与温度梯度方向相反”，那么这个热流的方向是怎么定义的，热流是正值还是负值？这是因为热力学第二定律提出了热量从高温流向低温；如在讲过热量的定义之后，在一个题目中出现了求解保温墙的热量损失的问题，这时就要引导学生思考什么是热量损失。这种对问题追根溯源的思考和背后机理的思考，才是解决问题的重点和难点；再比如，当讲到三类热边界条件时，对于满足半无限大的一维导热问题，在一个点是否可以同时给出两种或三种边界条件，如果没有给出边界条件怎么办？有什么方法呢？答案是可以通过实验测量的方法确定。虽然锅炉里面的水温不好测定，但是外壁面温度是可以测定的，空气的温度是可以测定的，对流换热系数也是可以测定的，这时便可以结合实验室中的测试手段来讲解对流换热系数测定的具体方法。同样，也可以引导学生学会用辩证的方法去看待科学问题。这样一来，学生对知识点和问题就会理解得更深刻。

2.4 教讨结合，掌握客观规律，回归本质

传统“一言堂”式的教育方式已经越来越难满足当前社会发展的人才培养模式和当代学生的标准。如今的高校学生，思维活跃、接受新鲜事物能力强，在这样的背景下，需要发展教授与讨论相结合的教学模式，有效促进学生的课堂参与度，提高学生的思考能力和交流沟通能力。通过问题驱动，学生针对问题的出发点和背后的原理提出问题，掌握其客观规律，就可以举一反三地掌握知识。比如，当讲到一维半无限大物体的瞬态导热时，有些问题中的物体为什么可以被当作一维半无限大物体，什么样的条件下一维半无限大假设不适用？当讲到导热微分方程和定解条件时，介绍了三类边界条件的定义、特点及区别，那么是否可以在同一个边界上同时给出两个边界条件呢？比如在实际生活中，一个室内墙壁表面的温度可以通过温度计来测定，墙壁附近的气流的温度、气流与墙壁表面的对流换热系数也都可以通过一些方法测量出来。在强制对流换热的内容中，对流换热系数是一个综合考虑了很多因素影响的参数，那么这些影响因素是如何影响对流换热系数的取值和变化的？牛顿冷却公式中的流体参考温度是如何选取的，在实验中是如何测量结构的对流换热系数的？而且，对于不同流动状态的通道和换热结构，都有不同的努塞尔数准则关系式，这些准则关系式都考虑了哪些因素，在何种情况下适用？针对以上传热学理论中蕴含但没有过多解释的问题，需要学生结合教材上的知识点进行思考和讨论，通过研讨的方式更深刻地认识问题背后存在的原理和内涵，掌握事物发展的客观规律和本质，提高学生解决问题的思维和能力。否则，一味地给学生灌输理论知识，学生不但很难掌握其中的机理，又容易产生畏难情绪和排斥心理，教育效果很难提升。透过现象看本质，只有这样，才能培养学生独立思考和解决问题的能力，实现全面发展。

结语

结合西北工业大学能源动力类本科生的特点和我校军工院校背景的特点，针对如何开展课程思政进行了简要的探讨。小班教学有助于教师对学生给予更多的人文关怀，使教师直接获得学生学习情况的反馈，客观指出学生学习存在的问题，提高对学生学习过程和方法的指导和引领。能源动力类本科生培养，对教师授课能力的要求不断提高，深入浅出的授课方式有效引导学生进行更深层次的思考，加深对问题的理解。相比于传统的“一言堂”式的教育方式，教授与讨论的教学模式将更适合人才培养的发展和学生解决问题能力的提高。注重课程思政和专业教育协调发展，将立德树人作为中心环节，帮助学生在建立专业基础知识体系的基础上，树立正确的人生观、价值观和世界观，实现全员育人、全程育人、全方位育人。