“以学生为中心”的“工程热力学与传热学”课程教学改革探索

高怀斌 马逾 王忆佳

摘 要：在工程热力学与传热学课程中，“以学生为中心”的教学模式可以更好地激发学生的学习兴趣，提高学生的学习动机和主动性。采用基于项目的学习、案例教学和实验教学等多种方式，让学生在实践中掌握知识。同时，借助现代多媒体技术和在线资源为学生提供丰富的课堂资源，提高学习效率和效果，采用以过程考核为主的多元化课程评价体系，更全面地考查学生的学习过程和能力。以学生为中心的教学模式是适合工程热力学与传热学课程的一种教学方式，有助于促进学生的学习和能力提升，推动教学效果的不断提高。

关键词：学生中心；热工基础；教学改革

中图分类号：G642  文献标识码：A

Abstract：In the course of engineering thermodynamics and heat transfer，the "studentcentered" teaching mode can better stimulate students' interest in learning，improve their learning motivation and initiative.By adopting various methods such as projectbased learning，case teaching，and experimental teaching，students can master knowledge in practice.At the same time，with the help of modern multimedia technology and online resources，rich classroom resources are provided for students to improve learning efficiency and effectiveness.A diversified course evaluation system based on process assessment is adopted to comprehensively examine students' learning process and ability.The studentcentered teaching mode is a suitable teaching method for the course of engineering thermodynamics and heat transfer，which can promote students' learning and ability improvement，and continuously improve teaching effectiveness.

Keywords：studentcentered；thermodynamics basics；teaching reform

一、課程教学改革背景及意义

在工程领域中，热力学基础课程在培养优秀工程人才方面扮演着至关重要的角色［1］ 。然而，传统的教学和评估方法导致学生与实际工程应用脱节，学生的学习动力降低。为了应对上述挑战，以学生为中心的教学方法逐渐在热力学基础课程中受到关注。这种教学方法认为学生的学习需求和个性化的学习过程是教学核心，“以学生为中心”一方面可以激发学生的学习动力和创造力，提高学生的学习效果和能力［2］ ；另一方面，“以学生为中心”可以帮助学生更好地理解热能传递和转换的规律和原理，提高能量转换和利用的实际应用效率，为培养具有创新能力和实践能力的工程人才奠定坚实的基础。

事实上，以学生为中心的教学方法在工程热力学与传热学领域中已经得到了广泛的应用和研究。一项国内研究发现，通过案例分析、实验教学和小组讨论等方式，采用以学生为中心的教学方法可以有效增强学生的自主学习和团队合作精神，从而更好地满足工程实践对于工程热力学知识的需求。一项美国的研究也得出了类似的结论，认为以学生为中心的教学方法可以促进学生的主动学习，提高学习效果和满意度。此外，还有一项德国的研究发现，以学生为中心的教学方法可以提高学生的自主学习和动手能力。因此，将以学生为中心的教学方法应用于工程热力学课程中，可以有效地提高学生的学习效果和能力水平，更好地满足工程实践对于工程热力学知识的需求。因此，“以学生为中心”的教学方法在工程热力学与传热学领域中具有很大的应用前景和研究价值。本文主要讨论针对“以学生为中心”的“工程热力学与传热学”课程教学改革的设计与实施。

二、课程教学改革的设计与实施

以学生为中心的课程教学改革的理论基础包含多个方面，包括建构主义学习理论、个性化教育理论、情感教育理论和社会交往学习理论等。这些理论认为每个学生都是独特的个体，需要量身定制的教育方式和方法，以满足学生的个性和需求。情感和态度对于学生的学习成就和人格发展有着至关重要的作用，因此以学生为中心的课程教学改革也注重培养学生的情感素质，增强学生的自信和自尊心。

此外，学生在与他人互动中学习的效果更好，因此以学生为中心的课程教学改革也强调培养学生的合作意识和团队精神，让学生在协作中相互促进，共同进步。综合来看，以学生为中心的课程教学改革的理论基础是建立在以上几种教育理论的基础之上的，旨在创造出一个积极、个性化、情感化和社交化的学习环境，以促进学生的全面发展和成长。

为了实现这一理念，在课程教学内容组织及设置上，以学生为中心，注重学生深入分析能力，注重教师与学生之间的互动和交流。除了以学生为中心的教学方法外，课程考核、考试评价也需要进行改革，着重注重过程评价。采用多样化的考核方式可以确保学生的学习成果得到全面的评价。教学内容要注重工程应用以及学生参与，以此培养学生的创新精神和实践能力，下图为以学生为中心教学方法示意图。具体设计及实施方案包括以下3个方面：

（一）教学目标和内容的确定

在工科教育中，课程教学目标的制订是非常关键的一环。学校的办学定位以及对人才培养的目标与要求，都是制订课程教学目标的重要参考。对于西安科技大学机械类专业而言，必须立足于服务国家战略和区域经济的需要，充分发挥学校煤炭安全特色的优势，以培养面向未来、国家需要、行业亟须的科技创新领军人才和中坚力量为目标，逆向设计课程目标，以帮助学生掌握能量转换及其应用过程的基本规律。

在逆向设计课程目标时，应该以“学生主体，教师主导”为原则，确保教学目标的有效性和实效性。学生的兴趣是一个重要的参考因素，因为只有学生对所学内容感兴趣，才能够真正吸收和掌握知识，发挥最大的学习效果。在具体的课程内容方面，应当让学生熟练掌握能量转换及其应用过程的基本规律。

此外，在煤炭安全领域，能量转换的应用非常广泛，包括煤炭开采、煤炭运输、热力发电等，基于新工科发展动态，热力学的基础理论体系是煤炭地矿领域中非常重要的理论知识，学生必须掌握并灵活运用这些知识，才能够在工程实际问题中得到有效的应用。最终，使学生在学习理论知識的同时，达到“知识—能力—素养”三维产出成果的教学目标［3］ 。

在“立德树人”背景下，“以学生为中心”的教育教学核心要素之一仍是课程，它承载了高校教育的基本内容和方式。因此，在教学内容方面，我们需要从全局角度审视“工程热力学与传热学”课程，充分遴选知识点，以价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的育人理念为指导，重构课程知识体系。这样才能使学生在学习中真正掌握知识，培养良好的人格和价值观，具备实际应用能力和创新思维。在这个过程中，我们需要深度挖掘大国重器的红色基因传承和卡脖子技术的开拓创新延伸。大国重器是指具有国际竞争力的高端装备和技术，在其研发和应用过程中，涵盖了国家发展和国家安全的重要因素，是我国创新驱动发展战略的核心。因此，在教学中，需要将这些红色基因进行传承和弘扬，让学生深入了解国家重大战略，具备实际应用能力和创新思维。同时，我们还需要打造极具机械学科特色的思政案例库。这个案例库需要从实际中挖掘一些具有启发性的例子，如航天器的设计、高铁的研发等。通过这些案例，可以让学生更加深入地了解机械学科的特点和实践应用，激发学生的创新精神和研究热情。除了专业知识的传授，我们还需要强化学生的工程伦理教育。特别是对于工程技术类专业的学生，他们未来的职业生涯往往涉及社会生产、生活和安全等方面，因此在工程热力学与传热学课程中加强学生工程伦理教育显得尤为重要。

（二）教学方法和手段的改进与创新

在现代教学中，教育者需要采取更多元化的教学方式，以适应不同学生的学习需求和个性化发展。混合式教学将线上学习和线下授课有机地结合起来，既能保证知识的传授，也能提高学生的学习兴趣和参与度。基于此，本文提出了一种多元化混合式教学模式，旨在帮助学生更好地掌握热工学知识。该模式分为四个部分：线上学习、线下授课、课程实验和项目训练。

在当前的在线学习环境下，制作视频并提供随时可以重复学习的资源是一种非常有效的教学方式。通过视频，学生可以自行复习课程内容，提高对知识点的理解和掌握。为了让学生更好地掌握知识点，在线下授课环节中，教师可以针对学生线上学习过程中遇到的问题和课程的难点进行针对性的讲解。因此，制作视频并提供随时可以重复学习的资源，以及在线下授课环节中针对学生线上学习情况进行针对性的讲解，是当前在线学习环境下非常重要的教学方式。

同时，教师将结合实际的科研实践和工程实际中的具体问题，进行启发式、研讨式和总结式的教学，帮助学生理解和运用知识点。除了在线上学习和授课环节中的教学方式外，课程实验和实物项目的训练也是非常重要的一部分。通过实践，可以增强学生对知识的理解和运用能力，提高学生的实践能力和解决问题的能力。同时，课程实验和实物项目的训练也可以让学生更好地理解和掌握热工学知识，加深对知识的印象和理解。因此，在课程实验和实物项目的训练中，教师应该引导学生积极参与，提供必要的指导和支持，以便学生能够更好地掌握热工学知识，提高实践能力和解决问题的能力。通过这种多元化混合式教学模式，学生将会得到更全面的热工学知识和能力的提升，同时也能够增加学生的学习乐趣和参与度。这种模式将以学生发展为中心，积极落实立德树人的根本任务，贯彻“价值塑造、能力培养、知识提高”的教学目标。

同时，在“工程热力学与传热学”课程中，以OBE（Outcomebased Education）理念为引领，将课程目标和教学内容与学生所需技能和知识紧密结合，以实现从知识学习到能力培养、素养提升的全面发展。采用多媒体技术来建设教学资源，将课堂、在线、项目和实践平台等多个资源有机结合，以提供全方位的教学支持。教学视频、课件、章节测验、互动讨论和期末测试等形式的在线资源应该能够为学生提供多样化的学习体验。同时，我们还应该提供一些生活实例、热点问题、课程问题、科研工程实例等多种项目资源，以便学生将所学知识应用到实际项目中。此外，我们还应该为学生提供热导率测试仪、热物性测定仪等多种可供学生进行开放性实验的实践平台，以便他们在实践中加深对知识的理解，培养解决复杂工程问题的能力。

（三）学生学习评估和教学效果分析

为了更好地实现上述教学目标，需要设定符合职业能力培养要求的课程评价标准，以全面考查学生在课程学习过程中的知识掌握、能力提升和素质拓展情况，确保评价结果客观、公正、准确［4］ 。

首先，考试内容需要紧扣教学大纲和教材内容，依据知识点和难易程度进行分类和排序，将考试内容分为基础知识考核和综合能力考核两部分。基础知识考核和综合能力考核都是课程考核的重要组成部分，它们分别注重考查学生不同的能力和水平。基础知识考核主要考查学生对于课程内容的掌握程度，包括概念的理解、公式的运用等方面。这种考核方式可以检测学生是否掌握了课程的基本知识点，是否能够正确运用公式和方法进行计算，为学生的进一步学习奠定基础。综合能力考核则侧重对实际工程问题进行分析和解决能力等方面的考查，这种考核方式可以检测学生是否能够将所学知识点进行整合和应用，是否能够灵活运用知识解决实际问题，为学生的工程实践打下基础。因此，在课程考核中，基础知识考核和综合能力考核都是非常重要的一部分，教师应该合理设计考核方式，以便全面评估学生的学习成果和能力水平。

其次，课程考核需要突破传统卷面考试的束缚，注重过程考核，并且加大过程考核在最终成绩中的比重。课程考核应该设置理论知识阶段考核和工程实践素质拓展考核，这样可以对于学生在课程学习中的知识掌握、能力提升和素质拓展等方面进行全方位的考查。同時，考核方式也应该多样化，例如可以采用论文写作、项目报告、案例分析、演讲等方式进行考核，鼓励学生多方位地发挥自己的才能和优势，从而更好地实现职业能力的培养。

最后，课程评价需要充分考虑学生平时的学习过程，并将其纳入考核体系之中，引导学生自主学习和主动探究。可以制订以平时项目完成的情况和学习过程考核为主的多元化课程评价体系，例如，对平时作业的完成情况、课堂讨论的参与度、科研实践和工程实践的表现等方面进行考核。

结语

在工程热力学与传热学课程中，以学生为中心的教学模式可以更好地激发学生的学习兴趣，提高学生的学习动机和主动性。教学过程可采用基于项目的学习、案例教学、实验教学等多种方式，让学生在实践中掌握知识，体验学习的乐趣。此外，借助现代多媒体技术可以为学生提供丰富的课堂资源和在线资源，如教学视频、课件、章节测验、互动讨论等，让学生可以随时随地进行学习，提高学习效率和效果。同时，在考核方面也可以设置以过程考核为主的多元化课程评价体系，以更全面地考查学生的学习过程和能力。总之，以学生为中心的教学模式是适合工程热力学课程的一种教学方式，可以更好地促进学生的学习和能力提升，推动教学效果的不断提高。

参考文献：

［1］张涛.非热动专业热工基础课程教学改革初探［J］.教育教学论坛，2018（23）：114115.

［2］魏红梅，吕会敏，赵荣荣.以学生为中心的《液压与气压传动》课程教学改革［J］.汽车实用技术，2021（24）：129132.

［3］贾永英，宫克勤，刘晓燕，等.新工科背景下的“工程热力学”课程体系改革［J］.教书育人（高教论坛），2021（21）：8081.

［4］蒋会明，袁静，赵倩.“以学为中心”导向的“热工基础”课程随堂考评模式探索［J］.科教导刊，2020（2）：3334+37.

基金项目：本文得到西安科技大学校级教改项目“以学生为中心的《工程热力学与传热学》课程教学改革（2022年）”和“新工科背景下‘学练研赛’四位一体实践教学体系改革（2021年）”支持

作者简介：高怀斌（1982— ），男，陕西榆林人，工学博士，西安科技大学机械工程学院副教授，硕士生导师，主要从事多孔介质燃烧、温差发电等研究。