应用科研案例教学法的“工程热力学”教学改革研究
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摘要：针对“工程热力学”课程的特点及教学现状，结合自身的科研工作，将科研案例教学法引入到“工程热力学”课程的教学中。探讨了科研案例教学法的研究现状、在教学中的意义、应用价值、应用点及具体实施方案等内容，以期为课程教学探索一种更为完善的教学方法。同时为工科生进一步掌握专业技能和提高实践能力打下坚实基础。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0039-02
“工程热力学”是能源与动力工程专业的一门重要专业基础课，其教学与研究的主要对象是热能与其他形式能之间的转换关系、转换规律及应用。它不仅是相关专业课的基础，而且是在涉及能源、化工和冶金等领域，特别是能源转换与利用的各领域中深入研究、开发和创新的基础。该课程的概念性比较强，涉及的理论也较为抽象，同时与生产实际又有十分密切的联系。在教学过程中，对该课程老师和学生都有“难教难学”的感受。如何提高“工程热力学”课程的课堂教学质量，一直是相关专业教师长期探索的目标。
案例教学法是由哈佛法学院院长朗代尔于1870年最先采用的，在法学教育中发挥了极大的作用，并被推广至医学、管理学等实践性和应用性较强的学科的教学中普遍应用。科研案例教学法在案例教学法的基础上，从分析课程特点及课程教学现状入手，在教学内容上尝试选用专业任课教师及课题组已完成的应用到该课程基础知识的科研项目，将其设计、组织并呈现于课堂，使学生在“工程热力学”课程中通过对具体科研案例的讨论、分析、表达等活动，让学生在具体的科研案例中牢固掌握该课程的理论知识，形成理论结合实际的教学方法。在此基础上促使学生积极思考，主动探索，提高自主学习能力、实践能力和创新能力，并能够将“工程热力学”这门课程灵活应用到今后的专业学习和实际工作中。
一、“工程热力学”教学改革研究现状
目前，“工程热力学”教学改革研究主要集中在以下几个方面：第一，教学内容的设置和优化，主要以课程的设置、教学内容的侧重点和更新点作为重点改革内容。[1]第二，实验课教学的改革，主要对实验课的比重、实验教学的方式、实验考核方式以及实验课与科研相结合的教学方式进行了探讨。[2]第三，新方法新技术在“工程热力学”教学中的应用。随着现代技术的发展，多媒体技术、网络技术、视频技术等也被引入“工程热力学”教学中，成为教学改革研究的方向之一。[3-5]
案例教学法在“工程热力学”教学中已有应用，[6，7]但科研案例教学法在工科生“工程热力学”教学中却鲜有报道。在“工程热力学”教学中，授课老师往往采用最多的是“举例”，“举例”虽然有助于理论知识的形象化，但其局限性是仅仅解决了某个独立的知识点，而对知识的整合性较差。而科研案例教学法不同于“举例”的最大区别在于侧重了知识面的涵盖，在具体应用时设定了比“举例”更为复杂的科研案例情境，应用专业术语将不同章节知识点加以整合，形成系统且相对完整的案例，贴近实际，应用性更强。科研案例教学法利用任课老师的科研课题，将已成熟的科研案例设计组织后呈现给学生，能够更好地为学生的专业学习和“工程热力学”课程培养目标服务。
二、科研案例教学法意义及应用价值
将科研案例教学法应用在工科生“工程热力学”课程教学中的意义主要有：一是通过具体的科研案例，增强学生对理论课程的兴趣，培养学生在思考中掌握此学科的基本概念和理论知识。二是通过科研案例教学，可在一定程度上代替部分实验教学，解决经费及设备不足造成的实验难以开展的问题。三是通过针对性强且典型的的科研案例，引导学生思考，加深对知识的理解和记忆，培养学生的自主学习能力、实践能力、创新能力、分析问题和解决问题的能力，为其获得终身学习的能力奠定基础。四是通过科研案例教学，使得科研为教学服务的同时，为学生进一步掌握专业技能和提高实践能力打下坚实基础。五是通过科研案例教学，引导和促进教学老师积累科研案例，从事科研工作，起到科研促进教学，教学促进科研的双重作用。六是通过科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程中的应用，进一步完善了工科生“工程热力学”教学方法的改革。
三、科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程教学中的应用
1.科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程实践教学中的应用
“工程热力学”课程教学的目的就是培养学生掌握热力学基本概念及其基本定律，理想气体的热力性质（包括实际气体），研究热能与机械能之间的相互转换，分析各种热力循环过程、计算与应用热力循环，培养学生独立解决实际热力工程问题的能力。
例如在动力装置循环一章中，通过对蒸汽动力装置循环的过程及效率的学习，研究提高循环效率的方法。那如何让学生更有效地掌握这些方法呢？科研案例教学法应是一个较好的尝试。授课老师通过讲解课题组承担的电厂锅炉改造及其烟气余热回收利用的科研项目，将其问题提出，结合本章基础知识分析解决问题的方法，将完整过程呈现给学生，增强学生对本章知识点的兴趣，同时引导学生自己提出解决方法，教师加以点评，使之在思考中加深对基本概念和理论知识的理解，从而提高其分析问题和解决问题的能力，进而加强科研能力的培养，充分将教学和科研有机地结合起来。
2.科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程理论教学中的应用
由于“工程热力学”课程基本概念及基本定律较多，对于学生来说，如此广泛的知识体系难以在短时间内掌握，学生对于“工程热力学”课程的理论知识感觉枯燥，导致教学效果不理想。所以设想在工科生“工程热力学”的教学过程中如果通过典型且含有问题的科研案例，使得抽象的理论变得生动具体，又与实践相结合，既提高了学生的积极性，又使得知识点容易被理解。在讲解热力学第二定律时，介绍了状态参数――熵。同学们对这个参数觉得很难理解，为此引入了课题组承担的住宅中节能技术应用的问题研究。介绍利用熵权理论来确定住宅节能技术评价中各个影响指标的权重，并在此基础上对方案进行优化，从而更直观准确地判断和选择住宅节能方案。因而科研案例不仅有助于实践教学，又有助于理论教学的实施。
3.科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程其他方面的应用
此外，工科生“工程热力学”教育中还存在实验难以开展等问题。而科研案例教学法的开展将在很大程度上解决这些问题。科研案例教学中引入实际问题，存在实验过程和实验方案设计。该教学法突出了工科生“工程热力学”的专业特点，突破了教材的局限，使学生紧紧围绕教学重点，通过选择针对性强且典型的科研案例，突出工科生“工程热力学”的专业特点，还可解决因经费及设备不足等造成的工科生“工程热力学”实验难以开展等问题。
四、科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程的实施
1.开课前问卷调查
设计课前问卷，问卷涉及项目可行性、案例选择的依据、案例选择侧重的专业方向、案例呈现的方式以及教学效果评价方法等等。
2.收集科研案例
教师收集教研室历年来承接或参与的科研项目，以及文献资料中可用于工科生“工程热力学”课程教学的科研案例（收集的科研案例其内容是公开的，或经课题负责人同意，可用于教学）。
3.科研案例的选择和组织
根据教学内容和学生的兴趣特点，对案例进行精心的概括、组织。案例的设计一是要紧扣教学大纲的知识点，将知识点融入到案例的呈现过程中；二是要具有代表性、针对性、可讨论性。授课章节需选择代表本章重点的科研案例，并针对专业特点做重点选择；三是要具有综合性，是指案例的设计可以在实例基础上进行加工或整合，较全面地向学生展现知识点。同时，案例的选择还需考虑学生的兴趣点，让学生在兴趣盎然的学习过程中，不仅掌握知识，还锻炼科研思维能力。
4.案例呈现和讨论
教师可以通过将文字描述、多媒体手段、图表等多种手段呈现案例，或者将几种手段相结合，引入教学案例。教师呈现案例后，要根据教学目标来一步步地、循序渐进地启发、引导学生积极思考，展开师生之间的对话，充分的沟通能够丰富学生的见识，开拓学生的视野。学生可以分小组合作对案例中的各种问题进行分析和讨论，碰撞思维的火花，发现和探索解决案例问题的方法，体验理论如何应用于实践，实践中如何提炼出理论。
5.案例总结
案例总结是科研案例教学中的最后一个环节，也是最重要的一个环节。在这个环节，教师要将讨论中碰撞出的各种观点和看法进行系统的总结，将案例背后蕴含的理论知识进行归纳。在对工科生“工程热力学”课程科研案例的总结中，不仅巩固了案例讨论的成果，也扩充了学生的实践知识和理论知识体系，加深了学生对于理论知识的理解，促进学生理论联系实际能力的发展。此外，教师还要对本次案例教学进行反思――对案例的有效性反思，对教学的过程反思，对教学的效果反思，不断完善对于科研案例教学法的掌握和运用。
6.教学效果评价
主要采用考试和问卷调查的形式进行教学效果评价。通过与以往教学方式后的考试成绩进行比较，同时，采用课前、课后问卷调查的形式共同分析学生学习效果和教师的教学效果。
工科生“工程热力学”课程一般由各工科院校能源与动力工程专业承担，因能源与动力工程专业每年承接或参与多项科研项目，其中大多是国家级和省级科研项目，具有较高的科研水平和参考价值。科研案例教学在工科生“工程热力学”教学中的应用，一定程度上完善了当前工科生“工程热力学”教学中存在的不足，将科研工作的积累服务于教学，使学生在学好这门课的同时，为其进一步掌握专业技能和提高实践能力打下坚实基础。同时还可提升教师的教学水平、科研能力和综合素质，做到真正意义上的教研相长。
教学有一定的规律，但没有固定的模式。合理采用多种教学手段，激发学生的学习热情，培养学生理论联系实际的作风和创新意识，将是工科生“工程热力学”教学改革的长远目标。
参考文献：
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