以“工程熱力學”教學為例分析中美工程教育的差異

劉妮　孫曉晶

摘要：針對“工程熱力學”的教學，從教學理念、課程定位、教學方式、實驗課程設置、作業(yè)及考核方式等方面對中美高校的工程教育進行了對比。從微觀角度分析了中美工程教育的差異，為提高我國工程教育質量提供參考。特別是在實驗課程、作業(yè)和考核方式等實踐性教學環(huán)節(jié)，美國高校的教學方法有許多值得參考的地方。

關鍵詞：工程教育;教學理念;實驗課程;考核方式

中圖分類號： G 642.3 文獻標志碼： A

文章編號： 1009-895X（2019）02-0182-03

DOI： 10.13256/j.cnki.jusst.sse.2019.02.015

A Comparative Study of Engineering Education between China and

USA Based on “Engineering Thermodynamics” Teaching

LIU Ni，SUN Xiaojing

（School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract：The differences of “Engineering Thermodynamics” teaching between China and USA are compared in the aspects of teaching philosophy，course orientation，teaching method，teaching content，experimental course，assignments，and evaluation.After analyzing the engineering education in China and USA from the microscopic point of view，the author believes that the practical teaching experiences especially on experimental courses，assignments and evaluation in the universities of USA are worth learning.

Keywords：engineering education;teaching philosophy;experimental course;evaluation methods

“工程熱力學”是研究熱能與其他形式的能量之間相互轉換規(guī)律的一門學科，具有較強的理論性，同時又是與生產生活聯(lián)系極為緊密的一門學科?！肮こ虩崃W”是熱能動力工程專業(yè)、制冷及低溫工程專業(yè)、建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)、化工專業(yè)等大多數(shù)工科專業(yè)的一門重要的技術基礎課程，也是培養(yǎng)能源動力類工程師、機械工程師和化學工程師的必修課程。

中美兩國“工程熱力學”的教學在教學理念、課程定位、教學方式、實驗課程設置、作業(yè)及考核方式等方面存在差異。為了提高我國的本科教育質量，尤其是工科學生的能力培養(yǎng)，本文對此進行了對比分析，以期為我國工程教育改革提供參考。

一、教學理念

美國為培養(yǎng)適應2020年需要的工程人才提出了工程教育的“2020工程師”計劃[1]，加大了工程教育改革的力度。該計劃為工程教育的改革發(fā)展提供了順應未來大背景需求的變革途徑和具體措施，包括強化工程專業(yè)的社會地位，普及工程教育，加強工程教育與社會和企業(yè)的全方位合作，提高工程教育改革的系統(tǒng)性與整體性等。該計劃提出要塑造高素質的全能型工程師人才，而不是匠人。因此，美國高校的“工程熱力學”教學理念也發(fā)生了改變，由重視科學理論轉變?yōu)榇蠊こ逃^，加強了理論與實際工程應用的聯(lián)系[2-3]。

我國工科專業(yè)的“工程熱力學”教學理念大多側重理論教學，強調其理論的科學性，而教學與實際工程應用聯(lián)系不夠緊密，學生應用工程熱力學解決實際工程問題的能力不足，這與培養(yǎng)具有綜合素質要求的工程師的目標還是有一定差距的。把工程師的培養(yǎng)目標從單一的科學工匠轉變?yōu)榕囵B(yǎng)具有科學、管理、經濟和可持續(xù)發(fā)展能力的綜合型人才，提高我國工程教育的質量，首先要從解放思想著手。

二、課程定位

不同專業(yè)及其學科的定位不同，對人才培養(yǎng)的目標也應有所不同。而不同層次的學校應根據(jù)其定位的不同而采取不同的人才培養(yǎng)模式，這一點在美國的“工程熱力學”教學過程中體現(xiàn)得比較明顯。不同學校之間以及同一學校不同專業(yè)之間“工程熱力學”的課程定位差別很大，有的課程定位具有很強的理論性，有的側重工程性，有的則具有鮮明的行業(yè)特點。

過去近二十年，我國高等教育規(guī)模迅速擴大，但在許多具體的教育環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了一刀切的現(xiàn)象。在具體的教學過程中，“工程熱力學”的課程定位則過多偏向于統(tǒng)一的科學理論化，而沒有充分體現(xiàn)出不同學校、不同專業(yè)之間各有傾向性的特點。“工程熱力學”教學中追求理論性是必要的，但如果能在教學過程中更多地體現(xiàn)出“工程”二字的多樣性和實用性特點，呈現(xiàn)百花齊放、百家爭鳴的狀態(tài)，從而給學生以更多選擇，則會更加有利于未來工程師的培養(yǎng)。

三、教學方式及內容

本文以Texas A&M University工程專業(yè)的“工程熱力學”教學為例，對美國工程類的“工程熱力學”教學方式進行分析，而對于美國“工程熱力學”側重理論的教學類型，本文不做比較。該校工程專業(yè)的“工程熱力學”課程分為理論課程（24學時）和實驗課程（12學時）。理論課程以教師講授為主，同時要求學生做一些特定題目的報告，并要求學生依據(jù)課堂所學，自選課題，進行研究，授課教師會在此過程中給予指導，并在期末給予評價[4]。學生可以充分利用實驗室設備，如數(shù)據(jù)采集儀、熱電偶、實驗用電腦等，自建試驗臺，完成課題。報告的題目通常是學生自己選題或由教師引導學生自己提出，在做報告期間教師給予一定的指導。學生通過做報告的形式鍛煉了文獻檢索及綜述能力、演講能力、創(chuàng)新能力、團隊合作能力和綜合分析能力，為將來加入工程師團隊并進一步成為團隊領導打下了綜合素質方面的基礎。同時，這種形式也增強了學生主動學習的意識。

國內的“工程熱力學”教學方式以課堂講述為主，雖然也經常通過課堂問答來調動學生學習的主動性，但與美國Texas A&M University的學生相比，我國學生在教學過程中的參與度明顯不足。美國學生做報告的準備工作都是在課后完成的，所以，美國學生課后花在學習上的時間與課堂時間的比例至少是1∶1，大部分學生的時間比大于1∶1。因此，如何有效地調動學生學習的主動性和參與的積極性是教學方式改革的主要目標之一。

Texas A&M University工程專業(yè)的“工程熱力學”任課教師在理論課上講授的內容，并沒有覆蓋我國所用的教學大綱的全部內容。美國的任課教師會在課程開始時向學生進行問卷調查，了解學生選該課程的目的和需求，從而確定教學內容，這也體現(xiàn)了美國教授治學的嚴謹性和靈活性。教師的授課內容會緊跟學術前沿，這使得學生在學習過程中充滿自豪感、滿足感和主動性。而在評價任課教師的過程中，學生的意見占了較高的權重。

我國高?！肮こ虩崃W”教學內容依賴教學指導委員會的大綱，缺乏多樣性和靈活性，對學術前沿的跟蹤也有不足。而工程本身的特點就是多樣性的，我們培養(yǎng)工程師的目的是為現(xiàn)代化多樣性的工程需要而服務的，所以“工程熱力學”的教學內容也應該充分體現(xiàn)行業(yè)和專業(yè)的特色，在大綱的指引下增加實用性和多樣性，并結合學術前沿進行內容的豐富和充實。

四、實驗課程

Texas A&M University工程專業(yè)的“工程熱力學”實驗是單獨設立課程的，而且學時基本與理論課學時相當。所以，實驗課安排了大量的與學生動手有關的教學內容。其實驗課和理論課在同一個學期進行，所以兩者的內容是緊密結合、互相促進的。學生需要自己提出實驗方案，自己設計實驗[5]。因此，學生在課下需要花費比理論課更多的時間準備實驗課。我國高校的“工程熱力學”實驗基本以演示性和驗證性為主，學生對實驗方案和內容沒有選擇的余地。近年來，雖然各高校也都增大了實踐性教學環(huán)節(jié)的投入，但目前的實驗課程因受場地、資金、教學地位等條件的限制，還遠遠沒有達到培養(yǎng)現(xiàn)代化工程師的要求。

五、作業(yè)及考核方式

美國工程類專業(yè)“工程熱力學”的作業(yè)也是以習題型為主，習題的難度并不會比例題大。習題數(shù)量以時間量化，學生完成作業(yè)用時與上課時長之比為1∶1或略多于上課用時。教師還會安排幾次小型設計類作業(yè)，需要學生課下查閱大量文獻，花較多精力才能完成。設計類作業(yè)要求學生分組合作，以書面或口頭報告的形式提交。這種小型設計類作業(yè)都是來自工程實際案例，實踐性較強。學生為完成工程目標，需要充分綜合運用所學知識。這種綜合性作業(yè)的設計可以很好地培養(yǎng)學生的分析能力、創(chuàng)新能力以及團隊合作意識等綜合素質。所以，不論實驗、報告還是作業(yè)，都是為培養(yǎng)學生綜合能力而設計的，并非只是以滿足本課程教學任務為目的的。當然，這種方式也會增加老師的教學工作量，但在美國，助教幫助教師完成了大量瑣碎的細節(jié)工作，從而緩解了這種壓力。助教多為博士研究生承擔，也要為作業(yè)、實驗、報告等工作做大量的準備工作。助教在此過程中付出了大量的努力，同時從中也得到了全方面的鍛煉。

Texas A&M University工程專業(yè)的“工程熱力學”對學生采取多種方式的考核形式，如平時作業(yè)及實驗、設計報告、多次考試等等，成績所占比例如下：作業(yè)和報告成績占25%，三次考試成績各占25%。學生學習的主動性強，對自己未來有明確的規(guī)劃和目標，因此其學生對分數(shù)并非特別看重，而更重視學習的成效。即使作業(yè)的分數(shù)只占10%，學生依然很重視。美國高校平時考試頻繁，這可使學生強化階段性的學習效果，從一定程度上弱化了期終考試的地位，減輕了學生期末考的壓力。

美國高校教師對學生的團隊考核時，每個團隊的成績是由教師打分和其他團隊的打分綜合起來的結果。而團隊中，每名成員的成績是以團隊成績乘以一個0～1之間的系數(shù)，而這個系數(shù)是由團隊成員內部相互打分決定的。這些分數(shù)的匯總、整理是由助教來完成的。

我國大多高校對學生的考核方式基本一致，學生平時成績占30%，期終考試成績占70%。這種人才評價模式太注重分數(shù)，與培養(yǎng)全面高素質的現(xiàn)代工程師的目的不協(xié)調。筆者認為，目前期終考試成績的占比太大，學生也特別重視期終考試，導致期終考試周的壓力過大，而常規(guī)的學習時間則壓力不足。如果采取多次考試的方式，每次考試覆蓋不同的章節(jié)，不僅可以分散學生期終的壓力，也可以更充分地鞏固平時階段性的學習效果，為學生自我評價、自我督促創(chuàng)造條件。當然，多次考試會增大了教師的工作負擔，但這樣的代價是值得的。

六、總結

通過針對以上幾個方面對比“工程熱力學”教學在美國高校工程類專業(yè)與我國工科教育之間的區(qū)別，可以發(fā)現(xiàn)中美工程教育最大的差別在實踐性和學生學習主動性上。顯然，進一步強化實踐性教學環(huán)節(jié)，在貼近工程實際環(huán)境的條件下，培養(yǎng)學生具有真刀真槍地解決實際工程問題的能力，是提高我國工程教育質量的一個有效且必要的途徑。

參考文獻：

[1] National Academy of Engineering Committee on Engineering Education.The Engineer of 2020-project prospectus[EB/OL].http：∥www.nae.edu/Programs/Education/Activities10374/Engineerof2020.aspx.

[2] 謝笑珍.論美國高等工程教育及其對我國的啟示[J].職業(yè)時空，2008（7）：14-15.

[3] Thompson G.Status and prospects of sustainable engineering education in some American universities[C]∥Proceedings of the Conference，“Engineering Education in Sustainable Development”.Delft：[s.n.]，2002.

[4] Alvarado J.Design your own thermodynamics experiment，a problem-based learning approach in engineering technology[C]∥Proceedings of the 2006 ASEE Annual Conference & Exposition.Chicago：ASEE，2006.

[5] Alvarado J.Design and construction of a lab-scale ground source heat pump[C]∥Proceedings of the 2007 ASEE Annual Conference & Exposition.Honolulu：ASEE，2007.

（編輯： 程愛婕）

收稿日期： 2017-04-03

基金項目： 2015年度上海市教委重點課程建設項目（1K16301003）

作者簡介： 劉 妮（1974-），女，副教授。研究方向： 制冷空調新技術。E-mail：liu_ni@163.com