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摘要：针对工程热力学课程教学中面临的困境，基于问题式教学法，从提升教师自身教学水平，领悟课程体系，优化授课内容，丰富教学方法，完善过程性考核环节，突出学生能力培养等方面，探讨了工程热力学课程教学改革的具体措施和成效。该研究对提高工程热力学课程教学质量有着一定的借鉴意义。
关键词：工程热力学；教学质量；问题教学法；考核方法
本文引用格式：胡万玲，等.提高工程热力学课程教学质量的改革与实践——以兰州交通大学为例[J].教育现代化,2019,6(13):58-61.
《工程热力学》是建筑环境与能源应用工程专业（以下简称“建环专业”）的三大专业基础课之一[1]，它是后续建环专业课的重要基础，在整个本科阶段的知识获取中起着承前启后的桥梁作用。新颁布的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》也明确指出了该课程在建环专业人才培养目标和知识体系以及能力培养等方面的重要作用[2]，所以在专业课程体系中占有十分重要的地位。
随着社会经济发展和科技进步，为满足人类居住和生产过程对建筑环境品质不断提高的要求，同时有效的利用能源，避免对外部环境的破坏，建环专业为适应社会发展的重大需求，分别在1998年和2012年本着“基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、有创新意识”的人才培养理念对本专业的目录进行调整，注重专业基础课和专业平台课的作用，大幅度压缩课堂教学学时，部分专业课程被合并或取消。面对新形势下建环专业内涵与外延的变化，如何高质量地讲授好工程热力学，不断提高该课程教学质量，一直是任课教师值得思考的重要课题。为此，笔者以兰州交通大学为例分析提高工程热力学课程教学质量的改革与实践。
一明晰课程特点，梳理教学现状，查找存在问题
工程热力学课程具有基本概念抽象、逻辑性强、公式复杂繁多且图表多样、数学推导繁琐以及理论与实际结合紧密的特点[3,4]。该课程被广大师生视为建环专业最难“教”与“学”的课程之一，通过多年的教学实践，发现如下诸多问题。
（一）教学环节中存在的问题
1.学生学习态度不端正，缺乏学习的主动性，只是为了完成必修学分而学习，并对课堂教学的依赖程度较高，还未从高中的学习方式中转变过来；2.学生对理论课程的学习积极性不高，平时上课课堂气氛很沉闷，不能与任课教师进行有效的互动，能够主动提问题的学生更是寥寥无几，甚至有个别学生会出现瞌睡或玩手机的现象；3.虽然课堂能听懂，但是不能独立完成布置的作业，存在严重的作业抄袭问题，并没有通过课程的作业练习达到解决实际具体问题的能力；4.实验环节发现多数学生动手能力较差，学生的求知欲望不高，团队协作能力较弱；5.答疑环节更是出现无人问津的局面。该课程学习成了部分学生的一种负担。
（二）教学效果较差
从多年来本课程学生的学习成绩统计情况来看，该课程学生的成绩普遍较差，优良率较低，不及格人数较多，历年平均不及格率在35%以上。安排补考的通过率极低，通常出现“重修—补考—重修”的恶性循环现象。
（三）考核方法不够科学合理
本课程传统考核形式单一，侧重期末考试。对于期末考试，由于工程热力学课程内容难且覆盖面广，多数学生寄托于结课复习划重点，依靠临考前突击学习。若是任课教师不划考试重点，加上考试周考试科目较多，很难在较短的时间内进行系统的复习，自然也很难通过课程考试；而突击学习能力强的学生的课程考试成绩相对较高，但这并未客观地反映出学生对该门课程理解掌握的好。与此同时，考核只注重结果，而忽略了过程性考核的作用，亟待完善课程考核办法。
二 注重教师能力培养，领悟课程体系，优化整合授课内容
为了改变工程热力学课程上述“教”与“学”面临的困境，笔者所在的建环专业基础课教学团队认真研究本课程的教与学关系，开展了以下实践探索。
第一，重视任课教师教学能力培养。兰州交通大学自1994年招收建环专业本科生以来，已形成了良好的任课教师教学能力培养机制和“传、帮、带”传统。任课教师不论学位高低以及科研成果的多寡，在上讲台之前必须开展助教工作，并为年轻教师配设指导教师，年轻教师跟着有丰富教学经验的指导教师多次旁听后续要讲授课程的所有内容及环节，指导教师负责指导任课教师教案与讲稿的撰写、课程核心内容分析、授课技巧、实验环节实施方法、学生作业的批阅与答疑等环节，任课教师利用业余时间完成所授课程教材所有章节习题的推导与计算任务，及时总结所遇到的问题，在教学例会上进行研讨。当这些环节符合要求时再进行教研室级别的试讲工作，查找出授课过程的存在不足，给出改进的意见和建议。在胜任课堂教学的条件下，开展由院、校级督导专家组成的院、校级别的试讲工作，符合对应标准后任课教师才能真正的走上讲台，严把上述各个环节，帮助任课教师通过教学关。随着教学手段和技术的进步，任课教师的教学方法基于课程性质要与时俱进，资助并鼓励任课教师参加专业指导委员或行业学会举办的学科发展与教学研讨会，通过学习交流让任课教师掌握新形势下高等学校工程热力学教学的新理念与新方法以及新技术。除此之外，任课教师必须不定期开展院、校级别的课程教学质量评价工作，从课堂教学和教学全过程实证性材料（包括教案或教学设计、讲稿、教材、教学大纲、教学日历、教学日志、考试试卷、成绩评定和批阅学生作业等）等方面严把教学质量关，让不符合教学要求和能力教师，及时退出教学岗位。依靠上述各种举措的实施，为任课教师教学能力的培养和提升奠定了坚实的基础。
第二，深刻领悟课程体系，优化整合授课内容[5]。为深入理解工程热力学课程在课程体系中的定位与教学要求，首先以建环系为单位集中组织任课教师认真学习建环专业人才培养方案，以工程教育专业认证为出发点，基于工程热力学课程与建环专业培养目标之间的关系，设定本课程的支撑权重；其次，根据《高等学校建筑环境与能源应用工程本科指导性专业规范》[1]中关于工程热力学课程知识点要求及其课程权重，梳理本课程的关键核心知识点；再次，为了满足大幅度压缩课堂教学学时的现状，组织建环专业任课教师分析研讨各专业课程间授课内容的重复知识点问题，通过讨论交流发现在《热质交换原理与设备》课程中的“空气的热湿处理”、《暖通空调》课程中的“湿空气的焓湿图及其应用”以及《建筑冷热源》课程中的“制冷循环”等章节内容与工程热力学课程的相关章节存在重复，针对这一问题，并结合各专业课程的支撑权重以及课程核心知识点在其课程中的连贯性，由建环专业负责人协调课程间的讲授任务，并组织授课教师提出教学大纲与教学计划；最后，针对兰州交通大学办学特色和建环专业的办学定位，由专业负责人邀请本行业知名专家帮助把关审定各课程的教学大纲和教学计划设置。通过上述一系列的改革措施，一方面能让授课教师深入学习培养方案，明确建环专业人才培养目标与工程热力学课程核心知识点的对应关系；也能让授课教师熟悉建环专业不同专业课程间课程核心知识点及其在各门专业课程中的分布，这将有助于授课教师更好理解和讲授课程的难重点，也可有效地整合与优化本课程教学内容。
三 改进教学方法与教学策略，提升教学效果
工程热力学课程主要包括基础理论和工程应用两大部分，该课程从工程实际出发，重点讲授物质的热力性质、能量转换的规律和方法以及能源有效合理利用热能的途径[4]。所以，本课程的概念性强、知识点多、公式多、内容丰富、理论抽象，同时又具有很强的工程应用背景，成为教与学的难题。
为了改变教学环节存在的不足，充分调动学生的学习积极性，提高教学质量，进行了如下教学方法和策略的探索：（1）任课教师根据本课程梳理的核心知识点，基于问题式教学法，以“问题”为线索，基于问题情境做好备课工作，在备课中要提出培养学生能力的具体教学内容，引导学生创新思维的发展。任课教师在备课过程中，需凝练出每讲课的核心内容，借助教材中的思考题，提出对应工程背景的问题，在分析解题思路之后，引出要讲授的核心内容，这样可以让学生带着问题去听课，从而调动学生学习的兴趣，触动学生的好奇心；（2）针对本课程的特点，采用多媒体课件+传统板书相结合的教学手段，对于本课程中基础理论部分仍采用传统黑板板书或板书与PPT相结合的方式，一方面可以强化学生对工程热力学基本概念和理论的理解，另一方面会给学生留出思考的时间和空间。而对于工程应用部分，采用多媒体课件或播放视频的方式，让学生直观的了解实际工程现象与涉及到的能量转换系统，进而丰富课堂内容，调动学生的学习积极性；（3）对于多媒体课件制作，采用任课教师集体备课的形式，先讨论问题式教学法中的问题选取、每讲课核心知识点的分配，结合任课教师的专长，突出课程讲授的主线，共同完成多媒体课件的制作工作。在课堂讲授环节，突出难重点，紧扣教学大纲和要求，注重吸收本科学最新研究成果，实施问题式教学法，发挥学生的主观能动性，以取得好的学习效果。另外，针对教学效果的优劣，及时进行调查总结，并在教学例会上进行交流探讨，以便及时改进。为了节省学生课堂记笔记时间，任课教师在课前将授课课件提供给学生，这样可让学生专心听课，还可以让学生先预习，以改善教学效果；（4）工程热力学课程属于专业基础课，常放在专业课之前，学生对本专业涉及到的功、热转换设备和系统不熟悉，为此，任课教师针对不同章节授课需要，利用课余时间组织学生参观建环专业暖通设备模型与实物展室，让学生直接系统接触设备及其结构，以便能够积极主动参与教学过程的问题讨论，达到师生互动的效果；（5）任课教师创建授课班级信息群，以便及时获取学生对课程反馈，在期中进行课程问卷调查，分析课堂与实践环节实施的效果反馈，及时地对授课进度与授课环节进行适时调整，从而加强任课教师与学生之间的信息交流和反馈；另一方面，将“雨课堂”引入到学生第二课堂，平时可以搭建起临时课堂，将课程学习过程常出现的问题，采用判断、选择或讨论题的形式，让学生在规定时间做出响应，考察学生对主要知识的掌握情况；也可拓展学生知识面，将工程热力学涉及到热点问题引入进行讨论，这样可充分调动学生学习本门课的积极性，也有效地解决当前专业压缩课堂教学学时的问题。
工程热力学的实践教学是培养建环专业学生分析与解决问题能力的重要环节，本课程实践教学主要包括课程实验、作业和习题课以及答疑等方面。在每章内容讲授后布置适当的作业，学生通过作业复习巩固理论知识，授课教师通过对学生作业的批阅，检查学生对课程重要知识点的了解和掌握情况，防止学生作业应付抄袭。习题课主要是针对学生作业、答疑或学习中存在的共性问题，设置典型题目，贯穿基本理论以及解题方法，增强学生论证和运算能力。课程实验注重过程性培养，针对学生动手差、团队协助能力不强的现状，在实验时，按照分组形式进行，每组3-5人，采取组长负责制，对每一组实验依据出勤情况、实验操作和实验报告三个方面进行考核，前两项按照团队开展实验情况统一给定同一分值，让不同组之间进行适当竞争，增强学生的团队意识和积极性。而针对答疑环节效果不理想以及课程出现“重修—补考—重修”的回炉难题，本专业基础课教学团队组织任课教师进行了有益的尝试与探索，也就是在讲授第一节课之前，调查所授课班级学生的学习状况，基于抓两头促中间的思路，筛选出优质生和后进生，充分挖掘答疑环节的作用，借助翻转课堂的理念，采用布置问题、两生互助组的答疑模式，以后进生为主体，优质生为补充回答方式，凸显优质生帮带的作用，激发后进生的学习动力。
为了满足不同层次学生的求知需求，在授课时，将任课老师涉及到能源转换与能源高效利用的科研课题以及学校开展的各种科技与学科竞赛活动向学生做介绍，有意识的引导学生积极参与。比如介绍我校设立的“大学生创新创业计划”项目[6]，对创新实践有浓厚兴趣的学生，任课教师可指导学生撰写申请书，提高学生书写科技创新项目申请的能力与水平，并对取得立项的项目进行全方位的指导。通过一系列训练，真正能够起到拓展视野，塑造科研思维的目的，此外也可使学生更深入的了解所学专业，可为今后深造和工作奠定基础[5]。
五 完善过程性考核环节，注重学生能力培养
设置考核环节是查找学生对课程核心知识点的了解和掌握情况，并且督促学生完成学习任务，达到既定的教学目标。与此同时，通过考核检查教学效果，改进课程的教学工作。为此，任课教师针对本课程考核方法进行了改革，以突出学生能力培养为主线，以多方位的过程性考核为抓手，完善和丰富课程的过程性考核环节。工程热力学课程考核环节主要包括以考勤（5%）、答疑（5%）、作业（10%）和课程实验（20%）以及奖励分为内容的日常性考核、课程期末综合测评（60%）两部分组成。其中，作业注重考核学生对基础知识和理论的掌握情况，课程实验从出勤情况、实验动手操作和实验报告三个方面进行考察，突出学生对实验仪器的操作能力与实验数据的分析能力，答疑环节加大优质生和后进生互助组的考核力度和分值；课程期末综合测评以考试为主，考试采用多种题型，如选择题、判断题、作图分析、综合分析计算等题型，考试常采用开卷+闭卷的形式，对于工程热力学课程中的核心基本理论知识运用闭卷考试，而对于运用理论进行综合计算与分析的内容采取开卷考试。其考核目的在于改进考核方法，提高学生运用所学的专业基础知识解决本专业一般工程问题的能力。
六 结束语
通过上述多年的不断尝试与探索，任课教师的教学能力和水平得到质的提升，教学中的诸多问题得到有效地解决，学生的学习兴趣与创新能力得到较大提高，课程的教学质量显著改善，并取得了一定成效。近年来，选派4名青年任课教师参加了本专业的学科发展与教学研讨会、本教学团队获得校级立项建设、课程教学改革获得3项立项、获得校级教学成果一等奖1项、青年教师参加的课程教学质量评价获得优秀2人次，良好3人次、5项“大学生创新创业计划项目”获得校级立项、在中国制冷空调行业大学生科技竞赛中获得二等奖3项，创新作品一等奖1项，实践操作技能一等奖1项、工程热力学课程的不及格显著下降。由于工程热力学课程是一门理论性较强、难度大、具有工程应用背景的专业基础课程[4,7]，如何高质量的讲授好本课程，仍需任课教师进一步提升自身教学水平，领悟课程体系，优化授课内容，丰富教学方法，完善过程性考核环节，突出学生能力培养，从而达到“基础扎实、知识面宽、能力强、素质高”的目的。
参考文献
[1]高等学校建筑环境与设备工程学科专业指导委员会.高等学校建筑环境与能源应用工程本科指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[2]教育部高等学校教学指导委员会.普通高等学校本科专业类教学质量国家标准[M].北京：高等教育出版社，2018.
[3]吕娟,王明峰,蒋恩臣.工程热力学与传热学课程建设及教学实践.沈阳农业大学学报(社会科学版),2017,19(2):200-204.
[4]谭羽非,吴家正,朱彤.工程热力学(第六版)[M],北京：中国建筑工业出版社，2016.
[5]管勇,胡万玲,周文和,等.参与模式下热质交换原理与设备课程教学和考核方法研究[J].高等建筑教育,2018,27(4):95-99.
[6]蔺鹏臻,虞庐松.以创新能力培养为目标的土木工程专业实践教学体系探析[J].高等建筑教育,2018,27(1):94-96．
[7]刘春梅,徐斌,吴建,等.建筑环境与设备工程专业工程热力学教学实践与探索[J].制冷与空调,2008,22(5):97-99.
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