OBE理念下的工程热力学教学改革
摘要：OBE工程教育模式强调以学生为中心精心组织、科学评价、持续改进教学活动，确保学生获得在社会上从事工程领域工作应具备的能力和素质。结合OBE理念下的工程热力学教学实例，本文阐述了如何在课堂教学中突出工程实践背景，帮助学生建立工程思维，提高凝炼科学问题的能力；如何构建物理数学模型，提升学生定性分析和定量解决工程问题的能力；如何引入最新的科研成果，提高学生发现问题、理解问题和解决问题的能力。
关键词：基于产出教育（OBE）模式；工程教育；工程热力学；教学案例
工程教育认证OBE（Outcome-BasedEducation）理念对课程教学提出了更高的要求，强调以学生为中心，教学活动的开展必须围绕学生知识获取、能力提高和素质养成，并依靠科学评价、持续改进优化教学活动，以保证学生具备在社会上从事工程工作所需的能力和素质［1］。按照工程教育认证OBE理念，课程教学必须有效支撑课程目标，课程目标要合理对应学生的毕业要求，进而实现既定的培养目标。因此培养目标、课程体系、教学活动都必须从需求开始反向设计［2］。工程热力学作为本校汽车服务工程专业的学科专业基础课，是高等数学和力学的延伸，并为后续汽车构造课程奠定了专业基础，是本专业工程教育认证课程体系中必不可少的一门课程。为拓宽学生国际视野，课程采用双语教学。本课程支撑了工程知识、研究、沟通等3个毕业要求，其教学效果与学生毕业要求的达成情况有直接关系。为此，有必要基于OBE理念对当前课程的教学内容、教学方法和手段、考核方式等进行梳理改善，提高教学质量，并形成一套基于工程教育认证的教学策略。
一、基于OBE教育理念的教学内容设计和措施
基于OBE的教育理念对工程热力学教学内容、教学方法方式以及考核方式进行了梳理，并设定了3个课程目标，对学生能力的达成和毕业要求的达成进行有效支撑。以下展示了课程目标以及课程目标和毕业要求的支撑关系：课程目标1：掌握热力学第一和第二定律，能依此分析物质性质改变与功、热等能量传递的基本规律；掌握利用工质性质公式和图表进行热力过程及循环的分析和计算方法，能综合运用分析、推导并解决实际工程问题。（对毕业要求1-2具有强支撑）。课程目标2：掌握提高能量利用效率和经济性的基本原则和方法，并通过文献调研，确定提高热力设备和系统能量利用经济性的途径。（对毕业要求4-1具有强支撑）。课程目标3：掌握热力学相关的外文阅读、写作和沟通交流技能，能阅读汽车服务工程领域相关外文资料，并与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。（对毕业要求10-1具有强支撑）。
（一）教学内容的改革工程热力学的全部内容基本可以分为三大部分：基础概念和基本理论、工质的基本热力性质和基本理论在工程中的应用，理论推导紧密结合工程实践，教学内容改革即要重视理论，使其更加系统、先进和科学；又要加强实践教学，强调工程实际，提高学生工程思维，提升解决相关实际工程问题的能力。举例来说，根据专业需求，气体动力循环部分教学内容依循“实际―理论―实际”的路线组织，重点在于典型活塞式内燃机装置的
实际循环、简化循环热力过程，以及掌握在实际应用中提高热工设备热效率的途径。在教学过程中，补充排量等与实际生活有关的概念。优选的教学内容与学生的认知规律一致，内容环环相扣，紧密联系紧密，易于提高教学效果。（二）教学方法的改革1．案例教学与启发式教学相结合促进理论与实际融合。根据授课内容适当引入一些生活现象，如“夏季开空调滴水”“封闭室内开冰箱门能否降温”“寒冷季节进入屋内，镜片上出现雾水”“火电厂发电流程”等吸引学生注意力；然后启发学生思考和尝试回答这些现象的背后问题，逐步引出课程中相应概念或原理。恰当采用比拟法可使课程中抽象概念具象化，更容易理解。例如，将准静态过程看成视频放映，每一个状态可视为一帧静态图像，快速播放图像可获得连续画面，而准静态过程在P-v、T-s图上同样也是一条连续的实线。此种案例结合启发式教学的学习方法，拉近了学生认知与知识之间的距离，能引起学生学习积极性，提升学生理解热力学理论知识与工程实践相互关系的能力，从而促进学生能力的达成。2．进行课堂讨论，开拓学生思维。在课前和课后布置一些思考题，学生通过预习和复习过程寻找答案；课堂上集中讨论或邀请同学上讲台讲解。讲解课后作业时，部分作业可以由学生上黑板演示和讲解解题过程，增加学生对习题课的参与感，对提升课堂效果有重要作用。针对理论性较强的知识点，如热力学第二定律，增加研讨环节，学生之间以及和老师进行广泛探讨和交流。在布置思考题时，还可以结合专业学科发展的新技术新方法，结合所从事的科研工作和成效，把工程热力学相关的问题进行整理，在课堂上让学生参与讨论，扩大学生的视野。
（三）教学方式的改革构建基于互联网的在线教学平台，多渠道多形式进行师生交流。多媒体教学停留时间短、影响学生独立思考；而且仅靠课堂教学，学习能力之间的个体差异使其难以满足全体学生的学习需求。基于互联网的在线教育平台不限学习时间、不限学习地点，更好地满足学生对学习灵活性的要求。依托学校购买的泛雅、长江雨课堂等系统，上传并及时推送课件、例题、练习题答案、自测题等教学资料，还可以根据需要随时补充更新；建立了题库，鼓励学生自我复习和自我测验，有助于教师和学生自身了解其知识掌握情况。引导学生们学习国内外的公开课、网络教学等相关教学资源等，优质资源有助于及时将知识信息反映到课程中，从而拓宽学生的眼界。
二、基于OBE教育理念的考核和反馈
实施以学生为中心的教学理念，就必须了解学生的知识容量和专业认知度，这可以通过过程考核和形成性评价实现［3-5］。课程考核的主要目的是考查学生课程目标的达成情况，使师生都充分了解学生对教学内容的掌握情况。建立合理的考核方式和具体指标，可以有效地评价教学效果［6-7］。目前本课程成绩包括四个环节：平时作业、期中考试、课程论文和期末考试，具体成绩的评定方式，见表1。表课后作业能督促学生及时复习，但是否独立完成只能依靠学生的自觉性。期中考试能更准确、及时地了解学生知识掌握程度，有针对性地辅导后进学生；而且期中考试作为平时成绩的重要组成环节，也调动了学生平时学习积极性。为提高学生自主研究学习的能力，也为撰写毕业论文做铺垫，本课程将课程论文撰写也作为一个考核环节。要求从热工角度分析生活中遇到的热现象，或热力学领域的新技术，并将其以学术论文的形式呈现出来。论文撰写过程涉及文献检索、分析模型可行性和局限性，能逐步提高学生对问题的发现、分析、归纳、总结能力，并将课程知识与实践融会贯通。自主学习活动能综合提高学生的整体学术素质和科研素养。分析课程目标达成情况，建立有效的评价和反馈机制，从而提高教学质量，才能真正做到以学生为中心。
三、总结
结合工程热力学课程的特点和工程认证的能力要求，对课程教学和考核内容及方式进行了改革。课堂教学强调以学生为中心，采取了自主学习能力的培养、加强能力锻炼和重视习题课、深入浅出分析难点问题、进行各种课堂讨论、开展创新强校工程训练等教学改革措施。这些措施逐步提升了学生的学习、思考、分析、表达、探索力、克服困难的能力等，并开拓了思维，学生综合素质也得到强化，创新能力得以提高。近年来学生普遍认为，本课程较以往内容更注重基本理论推到，重难点突出，能够理论和实际并重，并积极采用了现代化教学手段，课程改革是成功的。
参考文献：
［1］邱勇．我们需要一个什么样的工程教育［N］．光明日报，2018-9-30（6）．
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［3］苏M，李曼丽．基于OBE理念，构建通识教育课程教学与评估体系――以清华大学为例［J］．高等工程教育研究，2018（2）：129-135．
［4］李培振，张波，单伽锃，等．基于OBE理念的课程考试及其评价研究［J］．教育教学论坛，2019（13）：83-85．
［5］任世学，李淑君，张继国，等．基于OBE理念的课程体系构建探索与实践――以化工原理为例［J］．化工高等教育，2019（1）：32-35．
［6］余寿文．工程教育评估与认证及其思考［J］．高等工程教育研究，2015（3）：1-7．
［7］马海英，高峰，李东岩．工程热力学课程教学模式的改革与探索［J］．大学教育，2017（11）：63-65．
作者：万超一 张也男 戴广武 单位：江苏理工学院
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