吳金星 張東偉 王定標(biāo) 趙金輝
摘? 要? 加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),開展研究性教學(xué),是高等教育改革的迫切要求。在換熱器原理與設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐中,遵循“以學(xué)生為中心”的指導(dǎo)思想,通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目式教學(xué)等教學(xué)模式改革,學(xué)生可以邊學(xué)邊研邊練,有效地加強(qiáng)教與學(xué)的互動(dòng),實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一,達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)。
關(guān)鍵詞? 教學(xué)模式;項(xiàng)目式教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂;研究性教學(xué);教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-489X(2023)10-0108-04
Practice of Project-Based Teaching Mode Reform in Gold Course Construction//WU Jinxing, ZHANG Dongwei, WANG Dingbiao, ZHAO Jinhui
Abstract? It is an urgent requirement of higher edu-cation reform to strengthen the cultivation of stu-dents practical ability and innovation ability, and conduct research-based teaching. In the teaching?practice of Heat Exchanger Principle and Design course, following the guiding ideology of “student-centered”, by flipping the classroom and the project-based teaching mode reform, we guide our students to practice and research as they learn, effectively strengthen the interaction between tea-ching and learning, and realize the unity of theory and practice. The teaching goal of applying what we learned has been achieved.
Key words? teaching model; project-based teaching; flipped classroom; research-based teaching; teaching reform
Authors address? School of Mechanical and Power Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou, China,?450001
0? 引言
實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是現(xiàn)代生產(chǎn)型企業(yè)的工程師綜合素質(zhì)的核心體現(xiàn)。即將成為企業(yè)工程師的工科大學(xué)生面對(duì)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),不但要掌握專業(yè)知識(shí),更要熟練應(yīng)用專業(yè)知識(shí),以及發(fā)現(xiàn)新知識(shí)和新技術(shù),這是實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的體現(xiàn)[1]。
當(dāng)前,我國(guó)的教育體制側(cè)重于課堂理論知識(shí)教育,尤其是在工科專業(yè)的培養(yǎng)方案中,與實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力相關(guān)的培養(yǎng)環(huán)節(jié)嚴(yán)重不足。傳統(tǒng)的教學(xué)模式“以教為主”,學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)的結(jié)果是記住大量概念、原理和公式,卻不知道有什么用途或怎么在工程中應(yīng)用。人才培養(yǎng)模式與社會(huì)和企業(yè)的實(shí)際需求嚴(yán)重脫節(jié)。實(shí)際上,理論知識(shí)沒有經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用,缺少知識(shí)內(nèi)化環(huán)節(jié),導(dǎo)致學(xué)生根本無(wú)法真正地掌握知識(shí)。
我國(guó)高等教育工作者一直在探索提高大學(xué)生綜合素質(zhì)的方法與實(shí)踐,如建設(shè)精品課程、視頻公開課、線上慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂以及讓學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、申報(bào)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、參加科技競(jìng)賽等。這些做法雖然提高了學(xué)生的參與性和主動(dòng)性,彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的某些不足,從某種程度上取得了一定成效,但學(xué)生仍然缺少系統(tǒng)的工程能力訓(xùn)練,缺乏解決實(shí)際問(wèn)題的工程經(jīng)驗(yàn),尤其是學(xué)生做的虛擬課題較多,與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際聯(lián)系較少,更談不上工程應(yīng)用。因此,學(xué)生缺乏發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)際能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),學(xué)生適應(yīng)企業(yè)具體工作的能力不足。
工科的專業(yè)課教師應(yīng)充分利用自己所掌握的各種資源,為大學(xué)生提供實(shí)踐和創(chuàng)新訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。比如,讓大學(xué)生參與到教師的科研活動(dòng)中,尤其是參與企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目,有機(jī)會(huì)讓學(xué)生真正走進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),直觀地認(rèn)識(shí)生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝,學(xué)會(huì)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,把書本知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái),跟著教師學(xué)習(xí)解決技術(shù)問(wèn)題的一般思路和方法,參與解決技術(shù)問(wèn)題的全部具體過(guò)程[2]。知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)都可以通過(guò)書本或資料獲得,但解決問(wèn)題的實(shí)踐能力,尤其是創(chuàng)新能力,只有經(jīng)過(guò)實(shí)踐訓(xùn)練才能獲得。學(xué)生只有具備實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,才能真正充滿專業(yè)自信,在企業(yè)的技術(shù)工作崗位上有所創(chuàng)造。
1? 項(xiàng)目式教學(xué)模式設(shè)定及實(shí)施方案
1.1? 項(xiàng)目式教學(xué)模式的設(shè)定
在工科專業(yè)課教學(xué)中引入項(xiàng)目式教學(xué)模式[3],開展研究性教學(xué),即選擇一些與本課程教學(xué)目的對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程項(xiàng)目,并與專業(yè)課教學(xué)結(jié)合起來(lái),基于“做中學(xué)”和“學(xué)中做”的理念,讓學(xué)生邊聽課、邊學(xué)習(xí)、邊做項(xiàng)目研究。聽課學(xué)習(xí)是項(xiàng)目研究的基礎(chǔ),學(xué)了馬上就能用上,要讓學(xué)生體會(huì)課程知識(shí)的使用價(jià)值,避免盲目性學(xué)習(xí);教師的指導(dǎo)為學(xué)生完成項(xiàng)目指明了方向,讓學(xué)生學(xué)會(huì)項(xiàng)目研究的一般思路、方法和步驟;通過(guò)項(xiàng)目研究,學(xué)生深入理解并鞏固了所學(xué)的課程知識(shí),使之升華為工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。讓學(xué)生在實(shí)踐中以積極主動(dòng)的方式進(jìn)行全面學(xué)習(xí),明確學(xué)習(xí)的目的是應(yīng)用,從而培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)而獲取知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通交流能力、工程實(shí)踐能力及技術(shù)創(chuàng)新能力等。因此,專業(yè)課教學(xué)應(yīng)以工程應(yīng)用為目標(biāo),以教師的課堂教學(xué)和課外指導(dǎo)為抓手,加強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用技能訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生與企業(yè)崗位對(duì)接的工程能力,突出“做中學(xué)”與“學(xué)中做”的研究性教學(xué)特色,提高學(xué)生的實(shí)踐技能,讓學(xué)生樹立工程觀念,從而提高學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。
在項(xiàng)目式教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生帶著項(xiàng)目問(wèn)題逐步尋求解決方案,需結(jié)合工程實(shí)際情況,全方位地考慮問(wèn)題。學(xué)生不僅需要掌握書本基礎(chǔ)知識(shí),還需要學(xué)習(xí)課外新知識(shí)。學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)明確將大大減少學(xué)習(xí)的盲目性和被動(dòng)性。當(dāng)學(xué)生把學(xué)習(xí)任務(wù)當(dāng)成自己必須完成的工作甚至是生存需求時(shí),自然會(huì)千方百計(jì)并全力以赴地完成,可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。然而,學(xué)生第一次接觸實(shí)際工程項(xiàng)目,完全靠學(xué)生自己摸索著解決問(wèn)題,勢(shì)必會(huì)走彎路,也許會(huì)不知所措,即使勉強(qiáng)完成了項(xiàng)目也是事倍功半。因此,教師的課堂講授和課外指導(dǎo)必不可少。雖然每個(gè)項(xiàng)目都有其獨(dú)特的解決思路和方法,但所有項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程都有相似的套路和技巧,掌握這些套路和技巧就會(huì)有事半功倍的效果。
1.2? 項(xiàng)目式教學(xué)模式的實(shí)施方案
換熱器原理與設(shè)計(jì)是傳熱學(xué)課程理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用,作為能源動(dòng)力類專業(yè)的重要專業(yè)課,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力至關(guān)重要。本改革把大學(xué)生的工程能力訓(xùn)練和換熱器原理與設(shè)計(jì)課程教學(xué)緊密結(jié)合起來(lái),以科研項(xiàng)目為先導(dǎo),課前先把企業(yè)的實(shí)際工程項(xiàng)目適當(dāng)修改后作為課程設(shè)計(jì)大作業(yè)交給學(xué)生,把完成企業(yè)項(xiàng)目的科研過(guò)程引入課堂教學(xué)中,使學(xué)生在學(xué)習(xí)課堂知識(shí)的同時(shí),根據(jù)課程內(nèi)容分步開展項(xiàng)目研究和設(shè)計(jì)。這樣做的目的是強(qiáng)化課程理論知識(shí)的學(xué)習(xí)效果,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)踐能力以及技術(shù)創(chuàng)新能力,達(dá)到學(xué)以致用的目標(biāo)[4]。項(xiàng)目式教學(xué)模式初步擬定三個(gè)主要環(huán)節(jié):項(xiàng)目布置與理論教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)施與設(shè)計(jì)指導(dǎo)、項(xiàng)目總結(jié)和匯報(bào)評(píng)價(jià)。
1.3? 項(xiàng)目布置與理論教學(xué)環(huán)節(jié)
教師首先結(jié)合與企業(yè)合作中的項(xiàng)目?jī)?nèi)容,也可以參考文獻(xiàn)資料中的數(shù)據(jù),根據(jù)設(shè)定的課程教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)目標(biāo),結(jié)合換熱器的結(jié)構(gòu)、型式等精心設(shè)計(jì)若干個(gè)工程項(xiàng)目,并擬定項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容與技術(shù)要求;然后,把學(xué)生分成若干組,每組6~8人,隨機(jī)分配給每組一個(gè)項(xiàng)目,選定組長(zhǎng)負(fù)責(zé)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的分工合作,并調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù),使每個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)參數(shù)差異化;接著,教師按照課程內(nèi)容講述換熱器的分類、結(jié)構(gòu)、型式、工作原理和性能特點(diǎn)等,結(jié)合項(xiàng)目?jī)?nèi)容講述完成項(xiàng)目的一般方法、步驟和相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。在此基礎(chǔ)上,每組學(xué)生要根據(jù)基礎(chǔ)知識(shí)和工程項(xiàng)目的實(shí)際需求,經(jīng)過(guò)討論完成換熱器的選型。此階段要讓學(xué)生參觀校內(nèi)的換熱器模型,若有機(jī)會(huì),可以到附近企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)參觀、調(diào)研。
1.4? 項(xiàng)目實(shí)施與設(shè)計(jì)指導(dǎo)環(huán)節(jié)
換熱器選型確定后,教師接著講述換熱器強(qiáng)化傳熱的創(chuàng)新理論和創(chuàng)新技術(shù)以及換熱器的結(jié)構(gòu)發(fā)展,為學(xué)生查閱相關(guān)資料和創(chuàng)新設(shè)計(jì)指明方向。組織學(xué)生一起查閱項(xiàng)目課題的相關(guān)文獻(xiàn)資料,掌握國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和創(chuàng)新技術(shù),此階段學(xué)生要學(xué)會(huì)查閱文獻(xiàn)并對(duì)有價(jià)值的文獻(xiàn)資料進(jìn)行歸納總結(jié),完成項(xiàng)目的文獻(xiàn)綜述。接著,教師要介紹換熱器熱力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟以及換熱器技術(shù)創(chuàng)新的方向及目標(biāo),為學(xué)生開展熱力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與技術(shù)創(chuàng)新作指導(dǎo)。各組學(xué)生結(jié)合本項(xiàng)目課題的特殊性,以文獻(xiàn)中查到的相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)為本項(xiàng)目創(chuàng)新提供思路,開展換熱器的熱力計(jì)算和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。最后,每個(gè)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果繪制一張換熱器的總裝圖和兩張零部件圖,并完成計(jì)算和設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫[5]。
每個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)任務(wù)必須獨(dú)立完成,但遇到問(wèn)題時(shí)本組學(xué)生可以一起討論,共享資料。設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)課程進(jìn)度分為文獻(xiàn)綜述、熱力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和畫圖四個(gè)階段,每個(gè)學(xué)生必須分階段按時(shí)完成和提交作業(yè),以便教師能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)糾正錯(cuò)誤。這樣做也可以促使學(xué)生邊學(xué)邊練,及時(shí)應(yīng)用所學(xué)知識(shí),讓學(xué)生不但能夠牢固掌握課程知識(shí),而且能夠?qū)W會(huì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。如果讓學(xué)生放在課程最后一起交作業(yè),許多學(xué)生可能平時(shí)不會(huì)動(dòng)手做,臨近期末考試,時(shí)間很緊張,只好馬馬虎虎地應(yīng)付了事,達(dá)不到預(yù)期效果。
1.5? 項(xiàng)目總結(jié)和匯報(bào)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)
項(xiàng)目完成后,每個(gè)學(xué)生都要進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié),從理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、換熱器結(jié)構(gòu)選型、熱力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程、設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)問(wèn)題、設(shè)計(jì)結(jié)果和結(jié)論、實(shí)踐能力的提高等方面撰寫學(xué)習(xí)心得,作為結(jié)課論文和成績(jī)?cè)u(píng)定的一部分;每個(gè)學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)匯報(bào),其他學(xué)生既是聽眾又是評(píng)委,均可提出疑問(wèn)并開展討論;最后,教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的完成情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),分檔次評(píng)定成績(jī)。對(duì)創(chuàng)新顯著的技術(shù)可由教師指導(dǎo)申請(qǐng)專利,或經(jīng)過(guò)提升完善后參加科技競(jìng)賽。
2? 項(xiàng)目式教學(xué)改革成果和成效
上述項(xiàng)目式教學(xué)模式改革方案的實(shí)施取得了以下成果和成效。
2.1? 提出一套旨在提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的項(xiàng)目式教學(xué)模式
項(xiàng)目式教學(xué)模式即“做中學(xué)”與“學(xué)中做”相結(jié)合的研究性教學(xué)模式,打破了傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)方法及教學(xué)流程,真正做到“以學(xué)生為中心”。通過(guò)完成項(xiàng)目來(lái)反向驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí),再通過(guò)專業(yè)知識(shí)在工程中的正向運(yùn)用提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力及技術(shù)創(chuàng)新能力,讓學(xué)生更加明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和努力方向,增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自信心。
項(xiàng)目式教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)的“以教師講授為主、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式,轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生實(shí)際訓(xùn)練與教師的指導(dǎo)相結(jié)合”(即“做中學(xué)”)和“教師講授與學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合”(即“學(xué)中做”)的模式。學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體,進(jìn)行有目標(biāo)、有方向、有重點(diǎn)的學(xué)習(xí),達(dá)到學(xué)以致用的目的,并極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣,不但深入學(xué)習(xí)了專業(yè)知識(shí),還學(xué)習(xí)了相關(guān)工程知識(shí),增長(zhǎng)了工程經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生在課余時(shí)間更多地去圖書館查閱資料或查閱網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行學(xué)習(xí),主動(dòng)把學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的疑問(wèn)帶到課堂上來(lái),從而使課程的基礎(chǔ)知識(shí)得到升華,課堂教學(xué)效果得到提升。
2.2? 確立互動(dòng)式教學(xué)關(guān)系的項(xiàng)目式教學(xué)模式及方案
項(xiàng)目式教學(xué)模式的實(shí)質(zhì)是“問(wèn)題式”教學(xué)或“互動(dòng)式”教學(xué),屬于翻轉(zhuǎn)課堂,即以教師的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目為教學(xué)素材,教師首先給出具有工程背景的項(xiàng)目,然后通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂,給學(xué)生設(shè)定工作任務(wù)和工作目標(biāo),讓學(xué)生帶著項(xiàng)目問(wèn)題聽課,帶著問(wèn)題在課堂內(nèi)外找原理、找思路,接著在文獻(xiàn)資料中找方法、找創(chuàng)意,最后在完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過(guò)程中獲得創(chuàng)新靈感和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案并掌握解決工程問(wèn)題的一般步驟和方法。
2.3? 把課本知識(shí)與工程項(xiàng)目聯(lián)系起來(lái),變成培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的紐帶
本文把換熱器原理與設(shè)計(jì)課程教學(xué)和換熱器設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目相結(jié)合,把完成工程項(xiàng)目的科研過(guò)程引入課堂教學(xué)。這種創(chuàng)新的研究性教學(xué)模式使學(xué)生學(xué)到的知識(shí)馬上得以應(yīng)用,不但加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,而且讓學(xué)生感受到所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值以及解決實(shí)際問(wèn)題帶來(lái)的樂(lè)趣。根據(jù)實(shí)際需要去學(xué)習(xí),學(xué)生的學(xué)習(xí)目的會(huì)更加明確,可以提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,增加課堂上互動(dòng)交流的時(shí)間,增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題的能力。教師的指導(dǎo)避免了學(xué)生走彎路,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。項(xiàng)目式教學(xué)模式的實(shí)施給學(xué)生帶來(lái)收獲感和成就感,增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力,在項(xiàng)目完成的過(guò)程中潛移默化地鍛煉和提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[6]。
3? 結(jié)束語(yǔ)
本文把教學(xué)模式改革與培養(yǎng)學(xué)生的工程能力相結(jié)合,改革方案的可行性強(qiáng)且實(shí)踐效果好。項(xiàng)目式教學(xué)模式不但豐富和拓展了課程內(nèi)容,而且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)重知識(shí)傳授而忽視實(shí)踐能力培養(yǎng)的不足。翻轉(zhuǎn)課堂大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性,使學(xué)生體會(huì)到知識(shí)的作用和價(jià)值,在解決實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中感受收獲的樂(lè)趣。
三年來(lái),改革方案在能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生中實(shí)際應(yīng)用,不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn),修訂和完善改革方案,圓滿地達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。實(shí)踐證明,學(xué)生帶著問(wèn)題及思考去聽課,把學(xué)到的知識(shí)馬上應(yīng)用于工程實(shí)際中,是一種高效的學(xué)習(xí)方式,能夠達(dá)到事半功倍的效果。學(xué)生結(jié)課后普遍反映:書本上的理論知識(shí)不需要專門記憶,在應(yīng)用過(guò)程中可以自然掌握,而且理解得更加深刻,掌握得更加牢固;不但能夠高效地掌握知識(shí),而且學(xué)會(huì)了理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用,掌握了解決實(shí)際工程問(wèn)題的方法,增強(qiáng)了專業(yè)自信。相比于期末考試的方式,帶著問(wèn)題去聽課并應(yīng)用于工程實(shí)踐中的方式能夠讓學(xué)生學(xué)到更多知識(shí)。
項(xiàng)目式教學(xué)模式適用于所有工科高年級(jí)學(xué)生的專業(yè)課教學(xué),對(duì)于推進(jìn)高等教育教學(xué)改革、培養(yǎng)21世紀(jì)新型創(chuàng)新人才必然產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。
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