OBE理念下的工程熱力學教學改革
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摘要：obe工程教育模式強調以學生為中心精心組織、科學評價、持續(xù)改進教學活動，確保學生獲得在社會上從事工程領域工作應具備的能力和素質。結合OBE理念下的工程熱力學教學實例，本文闡述了如何在課堂教學中突出工程實踐背景，幫助學生建立工程思維，提高凝煉科學問題的能力；如何構建物理數(shù)學模型，提升學生定性分析和定量解決工程問題的能力；如何引入最新的科研成果，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、理解問題和解決問題的能力。
關鍵詞：基于產(chǎn)出教育（OBE）模式；工程教育；工程熱力學；教學案例
工程教育認證OBE（Outcome-BasedEducation）理念對課程教學提出了更高的要求，強調以學生為中心，教學活動的開展必須圍繞學生知識獲取、能力提高和素質養(yǎng)成，并依靠科學評價、持續(xù)改進優(yōu)化教學活動，以保證學生具備在社會上從事工程工作所需的能力和素質［1］。按照工程教育認證OBE理念，課程教學必須有效支撐課程目標，課程目標要合理對應學生的畢業(yè)要求，進而實現(xiàn)既定的培養(yǎng)目標。因此培養(yǎng)目標、課程體系、教學活動都必須從需求開始反向設計［2］。工程熱力學作為本校汽車服務工程專業(yè)的學科專業(yè)基礎課，是高等數(shù)學和力學的延伸，并為后續(xù)汽車構造課程奠定了專業(yè)基礎，是本專業(yè)工程教育認證課程體系中必不可少的一門課程。為拓寬學生國際視野，課程采用雙語教學。本課程支撐了工程知識、研究、溝通等3個畢業(yè)要求，其教學效果與學生畢業(yè)要求的達成情況有直接關系。為此，有必要基于OBE理念對當前課程的教學內(nèi)容、教學方法和手段、考核方式等進行梳理改善，提高教學質量，并形成一套基于工程教育認證的教學策略。
一、基于OBE教育理念的教學內(nèi)容設計和措施
基于OBE的教育理念對工程熱力學教學內(nèi)容、教學方法方式以及考核方式進行了梳理，并設定了3個課程目標，對學生能力的達成和畢業(yè)要求的達成進行有效支撐。以下展示了課程目標以及課程目標和畢業(yè)要求的支撐關系：課程目標1：掌握熱力學第一和第二定律，能依此分析物質性質改變與功、熱等能量傳遞的基本規(guī)律；掌握利用工質性質公式和圖表進行熱力過程及循環(huán)的分析和計算方法，能綜合運用分析、推導并解決實際工程問題。（對畢業(yè)要求1-2具有強支撐）。課程目標2：掌握提高能量利用效率和經(jīng)濟性的基本原則和方法，并通過文獻調研，確定提高熱力設備和系統(tǒng)能量利用經(jīng)濟性的途徑。（對畢業(yè)要求4-1具有強支撐）。課程目標3：掌握熱力學相關的外文閱讀、寫作和溝通交流技能，能閱讀汽車服務工程領域相關外文資料，并與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流。（對畢業(yè)要求10-1具有強支撐）。
（一）教學內(nèi)容的改革工程熱力學的全部內(nèi)容基本可以分為三大部分：基礎概念和基本理論、工質的基本熱力性質和基本理論在工程中的應用，理論推導緊密結合工程實踐，教學內(nèi)容改革即要重視理論，使其更加系統(tǒng)、先進和科學；又要加強實踐教學，強調工程實際，提高學生工程思維，提升解決相關實際工程問題的能力。舉例來說，根據(jù)專業(yè)需求，氣體動力循環(huán)部分教學內(nèi)容依循“實際—理論—實際”的路線組織，重點在于典型活塞式內(nèi)燃機裝置的
實際循環(huán)、簡化循環(huán)熱力過程，以及掌握在實際應用中提高熱工設備熱效率的途徑。在教學過程中，補充排量等與實際生活有關的概念。優(yōu)選的教學內(nèi)容與學生的認知規(guī)律一致，內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，緊密聯(lián)系緊密，易于提高教學效果。（二）教學方法的改革1．案例教學與啟發(fā)式教學相結合促進理論與實際融合。根據(jù)授課內(nèi)容適當引入一些生活現(xiàn)象，如“夏季開空調滴水”“封閉室內(nèi)開冰箱門能否降溫”“寒冷季節(jié)進入屋內(nèi)，鏡片上出現(xiàn)霧水”“火電廠發(fā)電流程”等吸引學生注意力；然后啟發(fā)學生思考和嘗試回答這些現(xiàn)象的背后問題，逐步引出課程中相應概念或原理。恰當采用比擬法可使課程中抽象概念具象化，更容易理解。例如，將準靜態(tài)過程看成視頻放映，每一個狀態(tài)可視為一幀靜態(tài)圖像，快速播放圖像可獲得連續(xù)畫面，而準靜態(tài)過程在P-v、T-s圖上同樣也是一條連續(xù)的實線。此種案例結合啟發(fā)式教學的學習方法，拉近了學生認知與知識之間的距離，能引起學生學習積極性，提升學生理解熱力學理論知識與工程實踐相互關系的能力，從而促進學生能力的達成。2．進行課堂討論，開拓學生思維。在課前和課后布置一些思考題，學生通過預習和復習過程尋找答案；課堂上集中討論或邀請同學上講臺講解。講解課后作業(yè)時，部分作業(yè)可以由學生上黑板演示和講解解題過程，增加學生對習題課的參與感，對提升課堂效果有重要作用。針對理論性較強的知識點，如熱力學第二定律，增加研討環(huán)節(jié)，學生之間以及和老師進行廣泛探討和交流。在布置思考題時，還可以結合專業(yè)學科發(fā)展的新技術新方法，結合所從事的科研工作和成效，把工程熱力學相關的問題進行整理，在課堂上讓學生參與討論，擴大學生的視野。
（三）教學方式的改革構建基于互聯(lián)網(wǎng)的在線教學平臺，多渠道多形式進行師生交流。多媒體教學停留時間短、影響學生獨立思考；而且僅靠課堂教學，學習能力之間的個體差異使其難以滿足全體學生的學習需求?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的在線教育平臺不限學習時間、不限學習地點，更好地滿足學生對學習靈活性的要求。依托學校購買的泛雅、長江雨課堂等系統(tǒng)，上傳并及時推送課件、例題、練習題答案、自測題等教學資料，還可以根據(jù)需要隨時補充更新；建立了題庫，鼓勵學生自我復習和自我測驗，有助于教師和學生自身了解其知識掌握情況。引導學生們學習國內(nèi)外的公開課、網(wǎng)絡教學等相關教學資源等，優(yōu)質資源有助于及時將知識信息反映到課程中，從而拓寬學生的眼界。
二、基于OBE教育理念的考核和反饋
實施以學生為中心的教學理念，就必須了解學生的知識容量和專業(yè)認知度，這可以通過過程考核和形成性評價實現(xiàn)［3-5］。課程考核的主要目的是考查學生課程目標的達成情況，使師生都充分了解學生對教學內(nèi)容的掌握情況。建立合理的考核方式和具體指標，可以有效地評價教學效果［6-7］。目前本課程成績包括四個環(huán)節(jié)：平時作業(yè)、期中考試、課程論文和期末考試，具體成績的評定方式，見表1。表課后作業(yè)能督促學生及時復習，但是否獨立完成只能依靠學生的自覺性。期中考試能更準確、及時地了解學生知識掌握程度，有針對性地輔導后進學生；而且期中考試作為平時成績的重要組成環(huán)節(jié)，也調動了學生平時學習積極性。為提高學生自主研究學習的能力，也為撰寫畢業(yè)論文做鋪墊，本課程將課程論文撰寫也作為一個考核環(huán)節(jié)。要求從熱工角度分析生活中遇到的熱現(xiàn)象，或熱力學領域的新技術，并將其以學術論文的形式呈現(xiàn)出來。論文撰寫過程涉及文獻檢索、分析模型可行性和局限性，能逐步提高學生對問題的發(fā)現(xiàn)、分析、歸納、總結能力，并將課程知識與實踐融會貫通。自主學習活動能綜合提高學生的整體學術素質和科研素養(yǎng)。分析課程目標達成情況，建立有效的評價和反饋機制，從而提高教學質量，才能真正做到以學生為中心。
三、總結
結合工程熱力學課程的特點和工程認證的能力要求，對課程教學和考核內(nèi)容及方式進行了改革。課堂教學強調以學生為中心，采取了自主學習能力的培養(yǎng)、加強能力鍛煉和重視習題課、深入淺出分析難點問題、進行各種課堂討論、開展創(chuàng)新強校工程訓練等教學改革措施。這些措施逐步提升了學生的學習、思考、分析、表達、探索力、克服困難的能力等，并開拓了思維，學生綜合素質也得到強化，創(chuàng)新能力得以提高。近年來學生普遍認為，本課程較以往內(nèi)容更注重基本理論推到，重難點突出，能夠理論和實際并重，并積極采用了現(xiàn)代化教學手段，課程改革是成功的。
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作者：萬超一 張也男 戴廣武 單位：江蘇理工學院