面向过程评价的“工程热力学”教学设计和方法探索

［摘 要］ “工程热力学”是动力工程及工程热物理学科的核心课程，具有内容广、公式多、概念抽象等特点。在“工程热力学”课程的教学中采用过程评价，不仅能够激发学生自主学习的兴趣，锻炼学生批判性思维，培养学生解决问题的能力，而且能让教师更准确把握学生状态，灵活运用教学方式。从课堂参与度和测验方式两个维度的评价切入本课程的过程评价体系，探讨了适合本课程的评价方式，并分享了适合该评价方式的教学设计和方法。

［关键词］ 工程热力学；过程评价；教学改革；课程考核

［基金项目］ 2022年度北京化工大学机电工程学院教改项目“以过程评价为导向的工程热力学教改探索”（B202206）

［作者简介］ 陈 学（1985—），男，浙江温州人，博士，北京化工大学机电工程学院副教授，主要从事气液两相流动与传热研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）46-0081-04 ［收稿日期］ 2023-12-13

引言

“如何在学校里进行有意义的知识和技能的积累”是学习评价所要解决的问题［1］。20世纪以来，教育理论中先后涌现出了Tyler的目标模式、Stufflebeam的改进模式和Scriven的目标游离模式等学习评价模式，Earl阐明了“以评价促进学习”的作用机理［2］。20世纪80年代，教育评价进入了共同构建、全面参与、多元价值的时期［3］，过程性评价应运而生，强调教育的建构性与反馈的及时性，同时关注师生互动以及学生的个性发展［4］。20世纪末21世纪初，Holmes在大学本科二年级的自然地理学课程中实施过程性评价，研究发现过程性评价使学生的学习有了很大的进步［5］。Kim［6］调查发现，过程性评价对于促进移动性课程的开发以及各国学生课程学习交流合作起到了重要的作用。关于过程性评价的观点主要两种［7］，高凌飚等［8］认为过程性评价应当做到目标与过程并重，且与教学过程相互整合。陈莹等［9］总结了高校教学质量评价的主要原则，论证了过程导向的必要性。侯梁燕等［10］指出无论是对于教师还是学生，过程性评价均有其不同的积极意义。吴彩霞［11］指出，以过程评价为导向的综合评价体系是一种发展性、动态性及多元化的评价，注重学生学习过程中的变化和引导学生运用知识解决问题，从而全面促进学生成长。

2018年8月，教育部印发《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》指出，要切实加强学习过程考核，加大过程考核成绩在课程总成绩中的比重［12］。同年10月，教育部又出台了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》强调，加大过程考核成绩在课程总成绩中的比重。健全能力与知识考核并重的多元化学业考核评价体系，完善学生学习过程监测、评估与反馈机制［13］。2020年10月，中共中央、国务院印发《深化新时代教育评价改革总体方案》指出，坚持科学有效，改进结果评价，强化过程评价，探索增值评价，健全综合评价，充分利用信息技术，提高教育评价的科学性、专业性、客观性。坚持统筹兼顾，针对不同主体和不同学段、不同类型教育特点，分类设计、稳步推进，增强改革的系统性、整体性、协同性［14］。辛涛［15］指出以上四类评价中，过程评价应当居于核心地位，过程评价是扭转不科学教育评价导向的关键。

针对大学教学中的基础学科，苏牧羊等［16］对“概率论与数理统计”课程的过程性考核进行了探讨，阐明了过程性考核改革的必要性，提出了过程考核的改革建议。焦健等［17］基于“大学物理”教学提出了包含课堂环节、作业环节、章测试环节、专题活动四部分构成的过程评价方案。何晨［18］提出在过程评价中加入文化内容考评，通过丰富课堂设计、课前发动学生查阅资料、设计课堂场景活动等手段，加强学生在学习过程中对文化内容的输入和输出。总而言之，学者们根据各专业课程的实际特点提出了诸多教改观点，如提高过程评价分占比［19-20］和构建完备的评价方案等［21-22］。

一、过程评价的必要性

“工程热力学”是动力工程及工程热物理一级学科下的核心课程，也是机械大类专业下的重要课程。“工程热力学”有以下特点：一是内容广，本科“工程热力学”教学内容涵盖两条热力学定律、两类工质、多种热力学参数、热力过程及正逆循环等。二是公式多，如热力学第一定律的多种表达式和推论、熵变的计算、特殊过程参数的计算等，且经常需要用到多种公式的灵活应用和推导。三是概念抽象，既有熵、㶲、焓、推进功等学生此前鲜有接触的热力学概念，又有热力学面、湿空气性质等复杂的表述，且需要借助多种图表描述这些概念。正是因为以上特点，如果仅以结果评价引导整个课程的学习，将会使师生在教与学中产生困顿。随着教学要求的进一步提高，教学模式的不断进步，学生群体个性的发展，传统的单纯理论教学方式和期末考试定成绩的考核方式已经逐渐显露出弊端。如果单纯从结果评价导向引领“工程热力学”的教学，将难以调动学生的积极性，大大降低学生在课程学习过程中的自主性、创造性，因此要将过程评价为导向的概念引入“工程热力学”的教学中。

二、过程评价的实施

多元化的评价方案是过程考核所必需的，在近几年的教学中，本教学团队在以下方面丰富和完善了评价方案，过程评价的实施思路如图1所示。

（一）课堂参与程度评价

要建立完善的过程评价，课堂参与程度评价是不可或缺的主要部分，因为其直接影响学生的积极性和课堂氛围。学生的投入可通过课前准备、课堂参与、作业完成情况三方面体现。

课前准备可通过上节课设置的思考题或者调查题推进，让学生需要花费一定时间和精力收集资料、整理信息和总结思考之后才能较好地完成，促使学生预习或者复习相关内容，达到巩固知识点或拓展知识面的作用，根据学生的投入程度打分。课堂参与采用提问、讨论、辩论等多种形式，通过综合学生的知识运用情况和表现力打分。提问是最基本的能够刺激学生提高注意力的方法，连续的提问能够使学生在课堂保持兴奋和专注。讨论是激发思考、锻炼思维的有效手段，在“工程热力学”课堂中设置讨论环节，能够极大地加深学生对知识的理解。合适的辩题能让学生在辩论中相互吸收对方的观点，拓展知识。课后作业完成度的考察不应只看作业对错，也应体现学生真正的参与程度，督促学生独立完成。

（二）多种测试结合评价

除期末考试外，本课程还设置了课前小测试、小结小测试、习题课测试等多种测试。课前小测试为3～5题的题量，用时控制在若干分钟。一部分题目回顾了上节课的讲授内容，另一部分题目涉及本节课内容。一方面可帮学生复习上节课内容，另一方面刺激学生预习课程，即使没有预习，也可以让学生带着主要问题来上课，提升课堂效果。小结小测试一般为1题，即讲完某个重要知识点后，通过1道习题迅速巩固。习题课测试为若干单元内容集中起来的综合练习，用时控制在1学时，旨在融会贯通知识点，进一步巩固知识。所有的测试结果在讲解前提交，教师可通过查看测试情况把握学生对知识的理解程度，亦可根据测试结果给出相应的“平时分”。让学生在感受到知识积累的同时也看到成绩的“积累”，从而促进学生全面参与到课程中来。

（三）与过程评价模式相结合的教学模式

要想达到理想的课堂效果，必须让学生在课堂上时常处于“高压”的状态，即通过丰富的课堂活动吸引学生参与进来，而不是让课堂成为教师的“独角戏”。针对课堂参与度评价和多种测试评价，结合“工程热力学”的特点，应当采用与评价模式相结合的教学模式，全面满足课堂全过程。以下分享的为本教研团队近年来采取的教学模式和方法，在班级组的比较中，这些方法取得了较好的教学效果。

通过设置课后思考题或者让学生讲解上节课所留作业题目的解题思路，让学生在上课之前“热身”，提高预习率和作业独立完成率；再通过频繁的课堂提问和小结测试，让学生跟上课堂节奏。在本科生2～3课时的授课中，让学生时刻保持专注是一件不容易的事情，为达到更好的教学效果，需要采取一些教学技巧，以下为几个例子。

1.故错法，让知识点深入人心。例如，在理想气体方程的计算中故意未统一单位或没有采取绝对温标解题；在热力学第一和第二定律综合问题中故意忘记系统对环境的能量传递等。故错法起到了强调易错点的作用，显著提升了学生对知识点的掌握程度。

2.设置对立，激烈讨论。在容易产生分歧看法的知识点上，在课堂上允许学生展开辩论，让学生思想碰撞、脑洞大开，再通过辩论后的教师讲解提高教学效果。在“工程热力学”中，有不少知识点可以适用此类方法，比如热力系统的选取、对布朗棘轮和麦克斯韦妖的理解、同种类气体等温等压混合熵增引发的吉布斯悖论等。也可结合当前的能源现状，理论联系实际，例如，电动车对环境的影响是否比内燃机车要小？引导学生从能源的利用链条、能源利用过程中的污染问题、污染防治的手段及“工程热力学”课程可从哪些方面帮助人类减污减碳进行思考。

3.课堂小游戏。即使在大学生的课堂上，一些课堂小游戏也能提升教学效果。在一些较为抽象的概念讲解上用到教具，如热力学面的模型，让学生在传阅模型的同时，随时随机地让手持模型的学生回答教师的提问，让抽象的概念结合形象的模型在教具的“擂鼓传花”中得到落实；在理想气体变化过程方向的描述中，让学生在黑板上用T-S图和P-V图画出理想气体状态的变化方向，让其他学生判断温度、比容等参数的变化，用你画我猜小游戏巩固知识点。

结语

重视过程评价，是当前高校工科教学发展的趋势。以过程评价为导向的学习评价应是结合多种评价的综合评价。本文针对“工程热力学”特点，提出了完善面向过程评价的思路和模式，然后立足评价模式探讨了与之相应的可行的教学方法，旨在以学生为中心，在课堂上与学校形成积极良好的互动，丰富课堂参与度评价；通过多种测试方式考查学生的掌握情况，督促与过程评价相结合，从而全面提高“工程热力学”的教学效果。

参考文献

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［12］教育部.关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知：教高函〔2018〕8号［A/OL］.（2018-08-27）［2023-11-23］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201809/t20180903_347079.html.

［13］教育部.关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见：教高〔2018〕2号［A/OL］.（2018-10-08）［2023-11-23］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201810/t20181017_351887.html.

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Exploration of Teaching Design and Methods in Engineering Thermodynamics with a Process Assessment Oriented Approach

CHEN Xue， LUO Yan， LU Tao

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Beijing University of Chemical Technology，

Beijing 100029， China）

Abstract： Engineering thermodynamics is a core course in the disciplines of power engineering and engineering thermophysics， characterized by extensive content， numerous formulas， and abstract concepts. The application of process assessment in the teaching of engineering thermodynamics not only stimulates students’ interest in self-directed learning， cultivates critical thinking skills， and develops problem-solving abilities， but also enables teachers to more accurately assess students learning and flexibly apply teaching methods. This paper explores the process assessment system for this course from the perspectives of classroom participation and assessment methods. Suitable evaluation methods for the course are discussed， and teaching methods are shared.

Key words： Thermodynamics; process assessment; education reform; course assessment