新工科背景下的“工程熱力學(xué)”課程體系改革*

賈永英 宮克勤 劉曉燕 王忠華（東北石油大學(xué)土木建筑工程學(xué)院）

隨著新經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)，以互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算為核心的新型產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)，新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不斷興起。習(xí)近平總書記指出：“我們高等教育成為比往昔任何時(shí)候都更加迫切，對(duì)科學(xué)知識(shí)和卓越人才的渴望比以往任何時(shí)候都更加強(qiáng)烈”。這決定了我國(guó)高等教育進(jìn)行新工科改革勢(shì)在必行，新工科改革要求以學(xué)生為中心，抓緊培養(yǎng)模式創(chuàng)新，強(qiáng)化教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革，完善多主體協(xié)調(diào)、多學(xué)科交叉的人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)化工程人才的個(gè)性化發(fā)展，推進(jìn)新型工程教育信息化。這種教學(xué)理念的改革必須深入課堂，要求每一門課要積極探索新工科理念下課程的教學(xué)目標(biāo)，最終通過課堂教學(xué)的模式，將其思想、內(nèi)容、技能教授給學(xué)生，著重培養(yǎng)學(xué)生工程能力與創(chuàng)新能力。我們學(xué)校建環(huán)專業(yè)緊抓“新工科”這個(gè)突破口，結(jié)合石油院校辦學(xué)優(yōu)勢(shì)條件，以“工程熱力學(xué)”課程為抓手，構(gòu)建新工科專業(yè)，樹立工程教育“新理念”，探索工程教育人才培養(yǎng)“新模式”。

一、構(gòu)建工科新理念，建立課程新目標(biāo)

2016年新工科這一概念出現(xiàn)在教育界內(nèi)，教育部高教司于2017年正式啟動(dòng)了“新工科”計(jì)劃。2017年2月18日，在復(fù)旦大學(xué)的高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上，探討了新工科的內(nèi)涵特征與發(fā)展路徑。2017年4月8日，在天津大學(xué)召開的新工科建設(shè)研討會(huì)上，明確指明了新工科建設(shè)的行動(dòng)路線。2017年6月9日，在北京召開的新工科研究與實(shí)踐會(huì)議上，教育部全面啟動(dòng)新工科工作。“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”等各大會(huì)議上確立的綱領(lǐng)性文件，為我國(guó)工程教育改革探索出一條新路徑。新工科的建設(shè)，要求優(yōu)化學(xué)科布局，建設(shè)優(yōu)質(zhì)課程，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、科研能力，使學(xué)生成為綜合素質(zhì)高的新型工科人才。這就要求有新的課程目標(biāo)、新的教學(xué)模式、新的考核方式。我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)工科新理念，對(duì)工程熱力學(xué)課程進(jìn)行了研究和改革?！肮こ虩崃W(xué)”是我校建環(huán)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是專業(yè)知識(shí)體系中必修的專業(yè)主干課，是連接基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的橋梁。研究新工科背景下“工程熱力學(xué)”課程體系建設(shè)具有重要意義。根據(jù)新工科理念，按照OBE模式逆向設(shè)計(jì)課程目標(biāo)。在教學(xué)目標(biāo)方面，秉承“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”的原則，以學(xué)生興趣為引導(dǎo)，熟練掌握能量轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用過程的基本規(guī)律，并緊跟新工科發(fā)展動(dòng)態(tài)，學(xué)會(huì)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律與第二定律的理論體系分析能量傳遞與轉(zhuǎn)換關(guān)系，并應(yīng)用到企業(yè)中去，做到校企合作、工學(xué)結(jié)合，解決工程實(shí)際問題，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，達(dá)到“知識(shí)-能力-素養(yǎng)”三維產(chǎn)出成果的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新理念綜合素質(zhì)高的新工科人才。

二、打造課程新模式，采取教學(xué)新方法

新工科的提出對(duì)課程與課堂教學(xué)提出了更高的要求，新工科教育模式改革要首先要通過課堂教學(xué)，將其內(nèi)容、思想、技能傳授給學(xué)生?，F(xiàn)代的課堂不僅限于教室的物理空間中，更是可以通過在線教學(xué)實(shí)現(xiàn)課程授課。根據(jù)“知識(shí)-能力-素養(yǎng)”三維產(chǎn)出成果的教學(xué)目標(biāo)，“工程熱力學(xué)”改革提出“線上+線下”兩個(gè)方面加上實(shí)踐三個(gè)階段的混合式教學(xué)流程。在混合式課堂中，教師是課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)者和指引者，精力不再全部用在課堂授課中，而是轉(zhuǎn)移到對(duì)學(xué)生是否能自由運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)的關(guān)注中。在線上課堂中，對(duì)于課程中不易理解的難點(diǎn)、重點(diǎn)知識(shí)，通過制作視頻為學(xué)生提供隨時(shí)可以重復(fù)學(xué)習(xí)的資源，并通過設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)視頻中的課間提問和測(cè)試，使學(xué)生初步了解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，掌握基本概念。這種線上課程設(shè)計(jì)思路和方法，為拓展學(xué)生的知識(shí)面、深化學(xué)生理論知識(shí)提供了豐富的學(xué)習(xí)資源。同時(shí)，線上課程還為學(xué)生提供課程相關(guān)發(fā)展歷史、課程當(dāng)前研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)等學(xué)習(xí)資源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。線下教學(xué)分為線下課堂教學(xué)及線下創(chuàng)新實(shí)踐兩大部分。其中線下課堂教學(xué)以翻轉(zhuǎn)課堂和課堂展示方式進(jìn)行，在這些教學(xué)形式中，教師不再是知識(shí)的簡(jiǎn)單傳授者，而變成知識(shí)的引導(dǎo)者，學(xué)生不再是被動(dòng)的學(xué)習(xí)者，而是主動(dòng)的研究者，這是落實(shí)“以學(xué)生為中心”思想的可靠途徑。在線下實(shí)踐教學(xué)過程中，以案例或項(xiàng)目為抓手，由教師制訂案例或項(xiàng)目的學(xué)習(xí)主題，由學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目的調(diào)研、討論、分工和完成，并以PPT的形式在課堂進(jìn)行展示，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用工程熱力學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)理論與工程實(shí)際的結(jié)合，并且訓(xùn)練學(xué)生的思維邏輯，加強(qiáng)學(xué)生的語言組織能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力?？傊ㄟ^構(gòu)建課程新模式，注重學(xué)生作為“人”的發(fā)展，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展，從“重書本知識(shí)”轉(zhuǎn)向“重實(shí)踐創(chuàng)新”，實(shí)現(xiàn)從單一化向多樣化轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)新工科要求學(xué)生所具備的跨學(xué)科交叉融合、工程領(lǐng)導(dǎo)力、解決復(fù)雜問題等能力。

三、樹立“在做中學(xué)”的新理念，提高學(xué)生創(chuàng)新力

高等工程新工科教育要求學(xué)生具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與跨學(xué)科整合能力?！肮こ虩崃W(xué)”通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，樹立學(xué)生的在“做中學(xué)”的理念。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐是實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”的形式，首先，老師進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)、布置任務(wù)，學(xué)生組隊(duì)甚至赴實(shí)地調(diào)查，通過觀察、訪談、調(diào)查等形式，按照任務(wù)的目標(biāo)要求進(jìn)行研討、分工和合作，一起完成項(xiàng)目。最后項(xiàng)目組同學(xué)在課堂上進(jìn)行項(xiàng)目展示，接受同學(xué)和老師的評(píng)價(jià)，提高了學(xué)生的語言表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力及自主學(xué)習(xí)能力，在完成項(xiàng)目的過程中，學(xué)生需要將理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，通過“做中學(xué)”加深對(duì)創(chuàng)新知識(shí)的理解，提升實(shí)踐運(yùn)用能力。同時(shí)，由于項(xiàng)目的完成需要小組成員間的分工協(xié)作，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)形式也能提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作能力。其次，線下創(chuàng)新實(shí)踐形式還可以是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽，創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽考驗(yàn)的是學(xué)生對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通能力和實(shí)踐能力，是對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育效果的最佳檢驗(yàn)，是從“紙上談兵”到“真槍實(shí)彈”的過渡，是創(chuàng)新教育與市場(chǎng)接軌的最好方式。鼓勵(lì)有創(chuàng)新觀點(diǎn)的學(xué)生組隊(duì)參加競(jìng)賽，在競(jìng)賽的過程中不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識(shí)的理解，還能提升學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，通過建立個(gè)性素質(zhì)拓展機(jī)制，全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)。該過程要求學(xué)生選擇相應(yīng)題目、查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)、了解相關(guān)技術(shù)發(fā)展前沿并主動(dòng)講授，既體現(xiàn)了學(xué)生的個(gè)性化，又鍛煉了學(xué)生綜合素質(zhì)。

四、記錄學(xué)習(xí)全過程，實(shí)施考核多元化

新工科對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量要求更高，要求學(xué)生具備跨學(xué)科交叉融合能力、解決復(fù)雜問題能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力等能力，課程作為實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的途徑，課程考核作為教師手中促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的最有力手段，能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)的開展，促進(jìn)教育目標(biāo)的達(dá)成。課程考核與課堂教學(xué)緊密相連，伴隨著教學(xué)過程的進(jìn)行。課程考核體現(xiàn)在考核內(nèi)容、考核主體、考核方式等各個(gè)方面。課堂考核的內(nèi)容，開始向三維目標(biāo)轉(zhuǎn)變，不僅要考核學(xué)生對(duì)知識(shí)與技能學(xué)習(xí)的成果，還要考核學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和方法，甚至還要關(guān)注學(xué)生潛在能力的發(fā)掘。對(duì)情感與態(tài)度進(jìn)行考核，考核更關(guān)注學(xué)生本身，更強(qiáng)調(diào)以人為本?？己说闹黧w趨于多元化，考核的主體不再僅僅是老師，還包括學(xué)生。課考核的方式不再單一，依據(jù)課堂變化而定，越來越注重多種方式的交叉使用，如進(jìn)行課前的診斷性考核，課中的表現(xiàn)性考核、課后的總結(jié)性考核?？己说姆绞接袑?duì)應(yīng)視頻知識(shí)點(diǎn)的課堂提問和思考題、觀察和紙筆測(cè)驗(yàn)等，對(duì)應(yīng)視頻知識(shí)點(diǎn)的課堂提問和思考題用以檢查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度；觀察用以檢查學(xué)生在自由討論或口頭表述時(shí)，學(xué)生分析問題和語言表達(dá)觀點(diǎn)的能力，或檢查學(xué)生以個(gè)人展示或小組展示時(shí)，學(xué)生在真實(shí)情景中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技能的能力，或檢查學(xué)生進(jìn)行工程案例學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生應(yīng)用學(xué)得知識(shí)解決問題的能力；紙筆測(cè)驗(yàn)用來檢查學(xué)生課程結(jié)束后的綜合性學(xué)習(xí)效果?？己藦?qiáng)調(diào)結(jié)果以及過程，而且學(xué)生解決問題所表現(xiàn)出來的思維方式也是考核的重點(diǎn)。在考核過程中，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為多元化考核提供了技術(shù)支持，優(yōu)質(zhì)在線教學(xué)資源詳細(xì)地記錄了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析支撐了考核的證據(jù)，教師能夠自動(dòng)監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)，記錄并分析學(xué)習(xí)結(jié)果，準(zhǔn)確掌握學(xué)生所達(dá)到的學(xué)習(xí)程度，從而及時(shí)有針對(duì)性地進(jìn)行知識(shí)的傳授和答疑。通過記錄學(xué)習(xí)全過程，實(shí)施考核多元化，改善了學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果，點(diǎn)燃了學(xué)生課堂討論和展示的熱情，學(xué)生積極投入到在做中學(xué)的實(shí)踐中去，達(dá)到了改善課堂教學(xué)效果、調(diào)節(jié)教學(xué)氛圍的目的，有效地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)，促進(jìn)了學(xué)生跨學(xué)科融合能力，培養(yǎng)了學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性和創(chuàng)造性。