工程热力学第5版沈维道【研究型教学方法在《高等工程热力学》课程中的实践】

　　摘要：研究型教学是高水平研究型大学所特有的、崭新的教学模式和教学理念。其核心思想在于“寓学于研”，其主要特征在于“以学生为主体”。本文结合研究型教学理念，从教学模式、教学内容和教学评价三方面入手，在《高等工程热力学》课程中展开教学实践。结果表明，较之单纯的传统教学模式，研究型教学方法促进了学生的学习主动性，提高了独立解决问题的能力。
　　关键词：研究型教学高等工程热力学课程实践
　　如何激励研究生的创新意识，锻炼和培养研究生的创新和研究能力，是研究生教育改革的重要课题之一。当前，传统的接受式教学模式面临巨大的挑战，这种教学方式的特点是：教师在讲台上讲授，学生在台下做笔记，学生被动地接受知识，这种传统的单向灌输式教学方式，无法调动学生学习的积极性和主动性，学生往往在没有压力的状态中学习，教学效果不佳。本科生相比，研究生身心已较为成熟，思维活跃、求知欲望和实践意向都较为强烈，若还是采用传统的灌输式教学，注重结论和公式的推导，而这些结论和公式到底有何作用，学生常常并不清楚，学习积极性不高，教学效果事倍功半。学生缺乏研究创新，不能很好地解决实际问题，是传统教学模式最大弊端，有的研究生在进入论文阶段后不清楚科研论文如何写作，对科学问题的敏感性不强，将文献的阅读变成简单的课程学习，科研能力、创新能力都不强，专业课程内容呈老化，教学特点日益淡化，甚至浪费了课程学习阶段，因此，有必要对研究生的课程，尤其是专业课程的教学方法和教学理念进行改革，引进国内外先进的教学方法和教学理论，提高研究生的科研能力和创新能力。
　　研究性教学模式是在综合美国布鲁纳的“发现学习模式”和瑞士皮亚杰的“认知发展学说”基础上构建的教学模式，主要强调它在与工程实践结合较紧密的专业课程中的应用，是一种培养创造性人才的新途径。因为学生学习的过程与科学家的研究过程在本质上是一致的，因此学生应像“科学家”一样，以主人公的身份去发现问题、分析问题、解决问题，并在探究过程中获取知识、发展技能、培养能力，特别是培养创新能力，发展自己的个性。研究性教学将科学研究的思想和过程融入课堂教学中，鼓励和带领学生从课本固有知识框架中走出来，勇敢且智慧地去发现未知，帮助学生形成自己对某一事物的分析路径和独特观点。
　　《高等工程热力学》是动力机械、制冷与低温工程、工程热物理、化工等与能源相关专业研究生的重点基础课程，其理论对高效利用能源、节约能源以及开发新能源有重要的指导意义。其主要教学内容包括热力学理论基础、流体工质的热力性质计算、多组分系统热力学和相平衡、管内气体流动热力学。其教学目的是让学生更深刻地理解热力学三大定律，以及用热力学知识去解决问题的方法。从以往的教学情况看，学生普遍反映理论较难理解，课程实用性不强，学习兴趣不高。针对这种情况，笔者结合研究型教学的特点进行以下方面的尝试。
　　一、改变教学手段，传统教学模式和课堂讨论式教学相结合
　　《高等工程热力学》是本学院研究生的专业基础课程，一些必要的理论和方法需要通过传统教学模式教授给学生。在讲授过程中，针对以往学生提出的实用性不强的问题，在讲解某一理论的时候，更侧重该理论及方法的应用背景，让学生在结合使用背景去理解理论知识，达到事半功倍的效果。课堂讨论则是研究型教学的一种方法，研究导向的教学模式侧重于营造情境，提出问题，引导学生独立思考，形成自己的观点，而不在于给学生提供权威性的标准答案。在进行传统教学的一个阶段结束之后，进行一堂课堂讨论，一方面，有利于加深学生对所学知识的理解；另一方面，也可以提高学生对问题独立思考的能力。但组织课堂讨论，要注重讨论内容的选择，过难或过于抽象的问题会使学生丧失兴趣和信心，导致冷场。在课堂讨论过程中，教师要始终把握讨论的重点和方向，不致偏题，对于学生提出的观点，教师要给予适当的点评和鼓励，指出其不足，并引导讨论逐步深入进行。同时为了避免同学在课堂上提出的问题比较空洞、缺乏一定的论据，在课堂讨论的前二周时间会给学生布置下去题目，让学生在课下进行查阅资料并归纳总结，最终在课堂上提出自己有理有据的论点。
　　同时笔者鼓励学生自由思考、标新立异，引导学生在已有的学习和生活经验基础之上形成假说。比如，在进行“准平衡过程和可逆过程”这两个基本概念的课堂讨论中，有很多同学提出了对这两个概念自己的理解，对原有的概念提出了质疑。同时通过课堂讨论，大家也更深刻地理解了在经典热力学中为什么要引入这两个概念。
　　二、完善课程内容，追踪研究领域的最新进展
　　学生要完成研究型的学习，单靠一本教材是不可能完成的。所以笔者在教学的过程中，针对某一部分教学内容，笔者经常是结合着国内外最新的研究文献或者硕博论文进行讲解，同时附上参考文献。在整个课程的讲解过程中，笔者共引用了10余本书，并对其进行简短评价，学生可以根据自己的兴趣和研究方向，有重点地对这些参考书和文献进行深入的研究。研究生阶段学生对研究领域内的所有未知充满好奇，通过对本领域最新进展的学习，可培养学生创造性思维的意识。科研工作如果缺少创新性，则研究的价值就不能体现出来。因此笔者在授课过程中，一方面介绍当前研究的热点问题，比如说开发环保型工质的问题、先进联合循环的问题、不可逆热力学中有限时间热力学的问题等。同时还给学生介绍本专业的一些高水平期刊，比如说《Progress in Energy and Combustion Science》、《Microscale Thermophysical Engineering》等。让学生追踪本学科领域的最新研究进展，开拓自己的思路和视野。
　　三、改变评价体系，考核形式多样化
　　过去的考试体系往往是一卷订终身的形式，教学围绕考试转。最终考核的不是学生的综合能力，而是学生的记忆能力。因此笔者和课程组其他人员讨论，拟定采取“小组作业”和“个人作业”相结合的考核方式。小组作业一般由6～8人分工完成。在学期初期就将学生分组，每个小组的题目不同，要结合所学的内容和研究专题去确定题目。小组成员要定期进行讨论。在小组研究过后，需要撰写科技类的小论文，字数一般为3000字左右。之后，由小组成员分工把主要内容采用适当的形式（多采用PowerPoint）讲解出来，其他小组的成员和教师会就作业内容提出问题。小组作业一般占个人总成绩的40%，个人作业占个人成绩的60%，其由期末考试、平时讨论发言情况成绩组成。期末考试改变过去闭卷考试的形式，而采取开卷考试的形式，试题题目侧重于运用知识去解决实际问题的方法，而不再是公式的死记硬背。
　　通过这种考试形式的改变，在很大程度上调动了学生主动学习的积极性，对高等工程热力学产生了浓厚的兴趣。“小组作业”的形式改变了过去学生只是一个人闷头拿着教材看和学的状态，注重和组内其他人的交流，加强合作意识。同时小组的经常讨论，也使得每个学生都得到了表达自己的机会，使学生的表达能力得到了加强。而科技论文的撰写，是研究生今后从事科研的必备能力，因此课堂上科技论文的撰写是其练兵的过程。这大大地激发了学生的学习兴趣，同时也鼓励学生的创新思维。
　　研究型大学培养的研究生更应该具有创新意识，因此在研究生专业基础课上进行研究型教学的探索是非常有必要的，根据笔者进行的教学模式、教学内容和评价体系三方面的改革探索，已经确定初步的成效。但这仅仅是课程改革的开始，在教学模式和教学内容上我们还有许多工作要做，旨在使我们培养出来的研究生都符合知识经济时代对创新人才的要求。
　　参考文献：
　　[1]翟亚军，哈明虎．我国研究生课程教学中存在的问题及对策研究[J].中国高教研究，2004，(6)：39-41.
　　[2]张喜德.研究生专业课程教学改革的探讨与实践[J].广西大学学报(哲学社会科学版)，2006，(28)：65-66.
　　[3]孙旭峰。有限元法课程中的研究型教学实践[J].高教论坛.2009，(3)：86-88.
　　[4]马风华.研究性教学方法在“国际金融”教学中的运用[J].2008，(8)：101-102.
　　[5]范惠林,赵思宏.研究性教学模式在专业课程中的应用[J].2002，(11)：44-46.
　　基金项目：校一类教改立项《高等工程热力学》互动式教学研究与课程建设。