研究型學(xué)習(xí)在傳熱學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

[摘 要]研究型實(shí)踐教學(xué)模式在傳熱學(xué)課程中的應(yīng)用極為廣泛。實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)在于提升學(xué)生應(yīng)用和轉(zhuǎn)化知識(shí)能力、思辨能力、創(chuàng)新精神、合作意識(shí)、交流表達(dá)的能力。研究型學(xué)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)模式能夠?qū)W(xué)生產(chǎn)生積極的影響，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，增加課程的吸引力，推動(dòng)知識(shí)的遷移和轉(zhuǎn)化，達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目的。研究型學(xué)習(xí)的教學(xué)模式需要在課程中進(jìn)行長(zhǎng)期的探索和實(shí)踐，如何最優(yōu)地發(fā)揮它的培養(yǎng)功能，涉及傳熱學(xué)等基礎(chǔ)課程的整體設(shè)計(jì)和建設(shè)，尚需進(jìn)一步研究和完善。指導(dǎo)教師和助教在研究型教學(xué)中的合理配置和經(jīng)驗(yàn)積累，也將為該教學(xué)模式的良好運(yùn)行提供保障。

[關(guān)鍵詞]研究型學(xué)習(xí)；實(shí)踐教學(xué)；傳熱學(xué)教學(xué)；評(píng)價(jià)

[中圖分類號(hào)] G423.07 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）09-0113-03

一、引言

傳熱理論及其研究方法在能源、動(dòng)力、化工、航空航天、冶金、機(jī)械、建筑、材料、生物等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，對(duì)能源高效轉(zhuǎn)化與利用起著重要的推動(dòng)作用。從傳熱學(xué)的發(fā)展史可以看出，傳熱理論是從實(shí)踐中來(lái)，又返回實(shí)踐中去，決定了傳熱學(xué)具有高度理論化、工程實(shí)踐強(qiáng)的特點(diǎn)。為了滿足理論學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用的要求，教師在傳熱學(xué)的講解中，要盡可能介紹或展示相關(guān)的工業(yè)背景及工程實(shí)踐，并且引導(dǎo)學(xué)生用工程思維來(lái)分析和解決問(wèn)題。對(duì)于工程背景弱的學(xué)生來(lái)講，其雖然會(huì)形成一定的工程認(rèn)識(shí)，但仍是紙上談兵，對(duì)理論內(nèi)容進(jìn)行理解和應(yīng)用仍會(huì)感到很困難。為了讓學(xué)生有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，學(xué)院通常還開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如熱電偶的制作和標(biāo)定、熱阻測(cè)量及肋片傳熱特性實(shí)驗(yàn)、自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流特性實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證已學(xué)的基本理論、結(jié)論、定律或規(guī)律等，但從實(shí)驗(yàn)儀器到測(cè)試方案基本上是教師提前設(shè)定好，學(xué)生只要按要求操作一遍就能得到結(jié)果，基本不會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，更不會(huì)提出自己的解決方案，這對(duì)提高學(xué)生的工程素養(yǎng)來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有幫助。為了加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決和分析問(wèn)題的能力，我們?cè)趥鳠釋W(xué)教學(xué)中增設(shè)了創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)，采用研究型學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，以達(dá)到學(xué)校對(duì)學(xué)生“高起點(diǎn)、厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、重創(chuàng)新”的培養(yǎng)要求，滿足社會(huì)對(duì)復(fù)合型高等教育人才的需求。

本文首先明確了研究型實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)及其建立基礎(chǔ)，然后對(duì)研究型教學(xué)的組織、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)進(jìn)行了描述和分析，最后對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行了討論和總結(jié)。

二、研究型學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)及其建立基礎(chǔ)

隨著社會(huì)和科技的快速發(fā)展，人們對(duì)大學(xué)人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求：不僅要具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，而且要具備應(yīng)用和轉(zhuǎn)化知識(shí)的能力、適應(yīng)變化的能力、協(xié)作創(chuàng)新的能力和溝通表達(dá)的能力。學(xué)生對(duì)大學(xué)教育的期待也在發(fā)生改變。他們希望對(duì)學(xué)習(xí)有更多的自主權(quán)和選擇權(quán)，希望大學(xué)能提供更充實(shí)更有意義的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，希望自己的能力得到提高和全面發(fā)展。[1]基于此，我們?cè)趥鳠釋W(xué)中加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，目標(biāo)重點(diǎn)放在應(yīng)用和轉(zhuǎn)化知識(shí)能力、思辨能力、創(chuàng)新精神、合作意識(shí)、交流表達(dá)的培養(yǎng)上。

研究型學(xué)習(xí)的教學(xué)模式是指根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)研究的情境和途徑，將學(xué)習(xí)融于研究之中，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題的判斷能力、分析問(wèn)題的邏輯思維能力以及解決問(wèn)題的實(shí)踐操作能力。[2]研究型學(xué)習(xí)具有很大的開(kāi)放性和靈活性，能容納各學(xué)科知識(shí)和多樣資源，為學(xué)生提供自主體驗(yàn)、探索、發(fā)現(xiàn)、認(rèn)知的平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生的自我成長(zhǎng)和全面發(fā)展?？梢?jiàn)，研究型學(xué)習(xí)的教學(xué)模式與上述的傳熱學(xué)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)是相適應(yīng)的，滿足實(shí)踐教學(xué)的基本需要。

三、研究型學(xué)習(xí)教學(xué)模式的實(shí)踐

（一）研究型教學(xué)的組織及項(xiàng)目設(shè)計(jì)

傳熱學(xué)主要面向大學(xué)三年級(jí)的學(xué)生開(kāi)設(shè)。在先修課程中，學(xué)生已經(jīng)完成了數(shù)理基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電子電工、控制理論、熱力學(xué)、流體力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課，為研究項(xiàng)目的開(kāi)展做好了知識(shí)儲(chǔ)備。當(dāng)傳熱學(xué)的基本內(nèi)容講授完畢后，研究項(xiàng)目即可啟動(dòng)。本文的研究型教學(xué)時(shí)間為5周。主要的組織流程如圖1所示。由圖可見(jiàn)，本文的項(xiàng)目?jī)A向于實(shí)驗(yàn)研究，在實(shí)施過(guò)程中，能為學(xué)生提供更多動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，相比于調(diào)研分析、數(shù)值計(jì)算的項(xiàng)目，學(xué)生的探索空間更大，體驗(yàn)感悟更強(qiáng)，工程認(rèn)識(shí)也更豐富。在項(xiàng)目的實(shí)施流程上，也要求學(xué)生按科學(xué)、工程研究的一般步驟進(jìn)行，使學(xué)生建立一定的科研認(rèn)識(shí)和素養(yǎng)。在每?jī)蓚€(gè)主要的研究步驟之間，還設(shè)置了審核這一環(huán)節(jié)，保證研究的每一步都切實(shí)可行，直至順利完成研究任務(wù)。

研究型教學(xué)項(xiàng)目的選擇至關(guān)重要，直接影響到該教學(xué)模式的成功與否。本文的項(xiàng)目主要來(lái)自兩方面：由教師從科研中提煉出適合學(xué)生研究的課題和由學(xué)生提出感興趣的問(wèn)題。教師所選項(xiàng)目都比較貼近社會(huì)現(xiàn)實(shí)和科技前沿，以吸引學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)傳熱學(xué)解決工程問(wèn)題重要性的關(guān)注。學(xué)生自主選題可以培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的能力，使學(xué)生的發(fā)散性、開(kāi)放性思維得以充分展示，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新意識(shí)。表1是本研究采用的研究型學(xué)習(xí)項(xiàng)目及來(lái)源、類別。從表1可以看出，所列項(xiàng)目基本覆蓋了傳熱學(xué)的三大傳熱方式，具有多樣性、差異性和新穎性，有利于學(xué)生根據(jù)自身需要和興趣做出合理選擇。

這些課程項(xiàng)目均由學(xué)生自發(fā)組織團(tuán)隊(duì)完成，每組完成1個(gè)項(xiàng)目，人數(shù)控制在4～6人，由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)小組成員的研究分工及與教師和助教的聯(lián)絡(luò)。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，先由每個(gè)小組成員提出自己的研究方案，提交到組會(huì)進(jìn)行分析、討論，這樣可使每位學(xué)生都積極投入到項(xiàng)目中，并有機(jī)會(huì)展示自己研究、決策、傾聽(tīng)和整合信息的能力。經(jīng)過(guò)充分討論后，小組共同擬定整個(gè)研究計(jì)劃，形成具體的研究方案，撰寫項(xiàng)目可行性報(bào)告，并向指導(dǎo)老師和全班同學(xué)進(jìn)行匯報(bào)。然后根據(jù)老師和同學(xué)提出的建議和意見(jiàn)，小組對(duì)研究方案進(jìn)行重新討論和修改，直到形成合理可行的方案。研究方案獲得通過(guò)后，各小組將按計(jì)劃在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)購(gòu)置所需的實(shí)驗(yàn)材料，建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試。這個(gè)階段中，由于學(xué)生普遍缺乏實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，教師和助教需要經(jīng)常提供指導(dǎo)，及時(shí)解決實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建及調(diào)試中的問(wèn)題，幫助學(xué)生盡快進(jìn)入下一階段的研究。實(shí)驗(yàn)測(cè)試部分基本按實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行，由于前面已經(jīng)過(guò)了較充分的論證和準(zhǔn)備，測(cè)試會(huì)比較順利地完成，測(cè)試時(shí)間通常也會(huì)比較短。最后，各組學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和體驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)合理的整理、分析，形成書面報(bào)告提交給教師，作為項(xiàng)目成績(jī)?cè)u(píng)定的重要依據(jù)。各組還要將研究成果向全班同學(xué)進(jìn)行展示、交流，與同學(xué)、老師共同分享學(xué)習(xí)的成就。

（二）研究型教學(xué)的評(píng)價(jià)體系

恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)策略和反饋機(jī)制有助于檢驗(yàn)和改善教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)、有效學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)課程的教學(xué)目標(biāo)。本文的研究型實(shí)踐教學(xué)以“學(xué)生學(xué)得怎么樣”為出發(fā)點(diǎn)，以量化評(píng)價(jià)和及時(shí)反饋為手段，從實(shí)際出發(fā)，盡可能反映出教學(xué)的客觀規(guī)律及特色，建立了相適應(yīng)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，如圖2所示。評(píng)價(jià)體系包括了評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式和評(píng)價(jià)主體。[3]評(píng)價(jià)內(nèi)容從知識(shí)、能力、素質(zhì)三方面進(jìn)行考察，在項(xiàng)目研究過(guò)程中，判斷學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、邏輯思維知識(shí)的水平，分析和解釋數(shù)據(jù)的技能，開(kāi)放設(shè)計(jì)與解決問(wèn)題的方法等，確認(rèn)學(xué)生準(zhǔn)確表達(dá)的能力、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力，創(chuàng)造性工作的能力，與各類型的人合作共事的能力等，培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的工作熱情、腳踏實(shí)地的工作精神、勤于思考、經(jīng)受挫折與失敗的能力及對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性等。評(píng)價(jià)方式包括了診斷性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)。診斷性評(píng)價(jià)是指在實(shí)踐教學(xué)開(kāi)始時(shí)，為了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)而進(jìn)行的考查。形成性評(píng)價(jià)是指在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，為改進(jìn)和完善實(shí)踐活動(dòng)而進(jìn)行的評(píng)定?？偨Y(jié)性評(píng)價(jià)是在實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)結(jié)束時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的總評(píng)。評(píng)價(jià)主體為教師和學(xué)生。教學(xué)評(píng)價(jià)的總體目的是通過(guò)反思教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生學(xué)習(xí)，完善教學(xué)活動(dòng)，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)步，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)成長(zhǎng)的能力。

在研究型教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生需要完成與項(xiàng)目?jī)?nèi)容相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、報(bào)告及講演等學(xué)習(xí)任務(wù)。不同類型的任務(wù)有其對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)量表。例如，表2給出了項(xiàng)目完成報(bào)告的打分標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例，清晰地顯示了打分細(xì)則，在向?qū)W生公布后，可幫助學(xué)生明確努力的方向，也體現(xiàn)出評(píng)分的公平公正。教師也可根據(jù)評(píng)價(jià)量表，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及存在的問(wèn)題做出客觀的判斷，進(jìn)而調(diào)整或改進(jìn)教學(xué)活動(dòng)。詳細(xì)的各類評(píng)價(jià)量表設(shè)計(jì)見(jiàn)文獻(xiàn)。[4]

在研究項(xiàng)目實(shí)施中，指導(dǎo)教師會(huì)采用面對(duì)面、電子郵件、社交平臺(tái)等各種方式與各組保持良好溝通，肯定和鼓勵(lì)學(xué)生的努力，對(duì)所出現(xiàn)的問(wèn)題提出建議，積極引導(dǎo)學(xué)生反思，推動(dòng)項(xiàng)目的順利開(kāi)展。

在傳熱學(xué)課程評(píng)分中，研究項(xiàng)目的成績(jī)占25%。在該部分評(píng)分中，不會(huì)僅僅依據(jù)項(xiàng)目結(jié)果是否合理、是否有創(chuàng)新來(lái)評(píng)定，而是更注重考查學(xué)生在思維方式、分析過(guò)程、解決問(wèn)題能力、合作表達(dá)等方面的進(jìn)步程度。最終在評(píng)價(jià)上會(huì)給出一個(gè)綜合分，體現(xiàn)學(xué)生的努力和貢獻(xiàn)，讓學(xué)生切切實(shí)實(shí)地感受到學(xué)習(xí)帶來(lái)的成長(zhǎng)和信心。

（三）研究型教學(xué)的實(shí)施效果與分析

在研究型實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)對(duì)學(xué)生和教師的調(diào)查總結(jié)了該教學(xué)模式的實(shí)施效果。超過(guò)96%的學(xué)生表示，對(duì)傳熱學(xué)如何用于解決實(shí)際問(wèn)題有了更深的了解，對(duì)科學(xué)、工程項(xiàng)目的實(shí)施有更大的興趣和信心。接近90%的學(xué)生認(rèn)為，通過(guò)研究型學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、搜集分析資料、小組合作和時(shí)間管理能力等有長(zhǎng)足進(jìn)步，能夠有意識(shí)地運(yùn)用批判性思維或創(chuàng)新思維去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。部分學(xué)生對(duì)教師的肯定和鼓勵(lì)方式表示感謝，認(rèn)為和教師平等對(duì)話交流提高了對(duì)自身能力的認(rèn)識(shí)和自信，感受到了學(xué)術(shù)和人格的尊重，對(duì)學(xué)習(xí)和研究有了更高的動(dòng)力和追求。不少學(xué)生也感到有些遺憾，因?yàn)檠芯啃蛯W(xué)習(xí)的時(shí)間比較短，項(xiàng)目的完成情況離自己預(yù)期的目標(biāo)尚有有距離，希望未來(lái)在研究型教學(xué)上能分配更多的時(shí)間。

對(duì)教師而言，研究型實(shí)踐教學(xué)在知識(shí)、能力、素質(zhì)三方面設(shè)置的教學(xué)目標(biāo)基本達(dá)成。學(xué)生在教學(xué)中的改變及在實(shí)踐中展示自己能力的渴望讓教師更加充滿信心。師生之間頻繁的互動(dòng)和討論，也豐富了教師的知識(shí)，拓寬了研究視野。教師也發(fā)現(xiàn)，研究型項(xiàng)目越是貼近現(xiàn)實(shí)和關(guān)注熱點(diǎn)，學(xué)生的研究熱情就越高漲，投入學(xué)習(xí)的時(shí)間和精力就越多，所以提供與時(shí)俱進(jìn)的研究項(xiàng)目對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)、保證教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行是非常重要的。另外，在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，教師要表達(dá)出對(duì)學(xué)生的較高的期望，使學(xué)生有信心有目標(biāo)地實(shí)施項(xiàng)目；在做項(xiàng)目的過(guò)程中，要適時(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)和提供幫助，尊重學(xué)生多樣化的才能和決策方式，以充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新能力。在實(shí)踐教學(xué)中還發(fā)現(xiàn)，由于研究型項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間短、學(xué)生的研究背景較弱，更需要有經(jīng)驗(yàn)的教師和助教來(lái)指導(dǎo)或推進(jìn)研究型教學(xué)，這會(huì)隨著教學(xué)研究的深入和課程改革的實(shí)踐得到改善。

四、總結(jié)及展望

本文對(duì)研究型實(shí)踐教學(xué)模式在傳熱學(xué)課程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和總結(jié)，首先明確了實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)，即提升應(yīng)用和轉(zhuǎn)化知識(shí)能力、思辨能力、創(chuàng)新精神、合作意識(shí)、交流表達(dá)的能力。然后描述了研究型教學(xué)的組織方式和項(xiàng)目案例，設(shè)計(jì)了相適應(yīng)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系和量化評(píng)分細(xì)則，分析了研究型教學(xué)的實(shí)施結(jié)果。本文認(rèn)為，研究型學(xué)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)模式能夠?qū)W(xué)生產(chǎn)生積極的影響，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，增加課程的吸引力，推動(dòng)知識(shí)的遷移和轉(zhuǎn)化，達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目的。本文研究結(jié)果可為能源動(dòng)力專業(yè)的基礎(chǔ)課程教學(xué)提供參考。研究型學(xué)習(xí)的教學(xué)模式需要在課程中進(jìn)行長(zhǎng)期的探索和實(shí)踐，如何最優(yōu)地發(fā)揮它的培養(yǎng)功能，涉及傳熱學(xué)等基礎(chǔ)課程的整體設(shè)計(jì)和建設(shè)，尚需進(jìn)一步研究和完善。指導(dǎo)教師和助教在研究型教學(xué)中的合理配置和經(jīng)驗(yàn)積累，也將為該教學(xué)模式的良好運(yùn)行提供保障。

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[責(zé)任編輯：劉鳳華]