劉 龍，時(shí) 偉，王海英，沈 琳，徐振軍，江 波

(1.青島理工大學(xué)，山東 青島 266520；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 青島 266109)

世界高等教育正在發(fā)生革命性變化，大體可分為兩次轉(zhuǎn)型：從注重技術(shù)應(yīng)用的“技術(shù)范式”轉(zhuǎn)換為主動(dòng)科學(xué)研究的“科學(xué)范式”，再逐步過(guò)渡到注重實(shí)踐的“工程范式”。“新工科”的提出，給高等工程教育的科學(xué)探索提供了全新的視角和發(fā)展方向?；凇靶鹿た啤钡谋尘埃疚囊怨こ虩崃W(xué)作為教學(xué)實(shí)踐案例，探索了一種“新工科”模式下專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)改革模式。

在高等教育專業(yè)培養(yǎng)體系中，課程的構(gòu)成主要分為四大類：通識(shí)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課程和專業(yè)選修課。其中專業(yè)基礎(chǔ)課一般是在通識(shí)課教育基礎(chǔ)上開展的，為后續(xù)專業(yè)課程的教育提供基礎(chǔ)。專業(yè)基礎(chǔ)課的任課教師就是學(xué)生的專業(yè)領(lǐng)路人，其教學(xué)效果的好與壞，直接影響到學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課的興趣和理解。

專業(yè)基礎(chǔ)課在專業(yè)課學(xué)習(xí)過(guò)程中占據(jù)重要地位，對(duì)后續(xù)課程的影響很大。以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、能源與動(dòng)力工程專業(yè)的工程熱力學(xué)課程為例，焓濕圖是解決濕空氣熱濕處理過(guò)程的重要工具，是暖通空調(diào)這門課的重要工具；壓焓圖是研究制冷循環(huán)的重要工具，是空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)這門課的重要工具。工程熱力學(xué)課程在動(dòng)力循環(huán)中所涉及到的朗肯循環(huán)、熱電聯(lián)產(chǎn)、內(nèi)燃機(jī)循環(huán)和燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)課程在制冷循環(huán)中所涉及到的空氣制冷循環(huán)、蒸氣壓縮式制冷循環(huán)、吸收式制冷、噴射式制冷、熱泵循環(huán)等是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)。

工科類專業(yè)基礎(chǔ)課大多具有基礎(chǔ)理論內(nèi)容多、與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合但理論偏于抽象的特點(diǎn)。以工程熱力學(xué)課程為例，其特點(diǎn)是基本概念多且抽象，公式多應(yīng)用條件復(fù)雜，內(nèi)容多且分散，又具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。在專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)際教學(xué)中，讓學(xué)生掌握扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，是提升專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量和效果的重要環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)讓學(xué)生不勝其煩，很多學(xué)生不愛(ài)聽講，學(xué)習(xí)過(guò)程沒(méi)有壓力，沒(méi)有緊迫感，上課玩手機(jī)、看平板的現(xiàn)象也很多見(jiàn)。一堂課下來(lái)，主講老師大汗淋漓，而學(xué)生卻收獲很少。學(xué)生上課時(shí)聽不懂，課下不復(fù)習(xí)鞏固，導(dǎo)致再次上課時(shí)，舉步維艱，長(zhǎng)此以往，惡性循環(huán)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以教師為中心，將知識(shí)學(xué)習(xí)作為教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生處在被動(dòng)消極的地位，教學(xué)手段相對(duì)簡(jiǎn)單和刻板。由此產(chǎn)生的問(wèn)題是：教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏變通，教學(xué)過(guò)程過(guò)分程式化，不能與學(xué)生的需求相呼應(yīng)；只注重知識(shí)教學(xué)而忽視了學(xué)生技能、思維和個(gè)性的發(fā)展；教師急于和盤托出學(xué)習(xí)的結(jié)果，忽視學(xué)習(xí)過(guò)程的引導(dǎo)；注重教學(xué)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化，忽視不同學(xué)生的學(xué)習(xí)差異；教師忽視學(xué)生的主體性和師生互動(dòng)的價(jià)值；課堂上對(duì)學(xué)生的評(píng)估單一。

針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的諸多問(wèn)題，提出了“學(xué)習(xí)卡片”“分組案例教學(xué)”“科技創(chuàng)新比賽帶動(dòng)教學(xué)”三種教學(xué)模式改革方案。理念是“以學(xué)生為中心”，調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生課下學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和批判性思維能力，要求學(xué)生不僅成為知識(shí)的接受者，更要成為知識(shí)的探索者和創(chuàng)造者。教學(xué)改革方案如圖1 所示。

圖1 教學(xué)改革方案

一、學(xué)習(xí)卡片

為提高學(xué)生的聽課質(zhì)量，提出了“學(xué)習(xí)卡片”的教學(xué)改革方式，讓學(xué)生帶著任務(wù)去學(xué)習(xí)，邊聽邊記邊做題。這樣，學(xué)生把目光從電子設(shè)備轉(zhuǎn)移到了黑板和PPT 上面來(lái)，讓學(xué)生在上課時(shí)存在緊迫感，同時(shí)學(xué)習(xí)卡片也作為過(guò)程化考核的依據(jù)之一。

(一)學(xué)習(xí)卡片制作

在每次講課之前，為學(xué)生準(zhǔn)備好學(xué)習(xí)卡片，人手一份。學(xué)習(xí)卡片上是本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容。學(xué)習(xí)卡片內(nèi)容設(shè)置原則：(1)簡(jiǎn)單可記。最好是填空或者判斷題，主要考察對(duì)所講內(nèi)容的理解。(2)重點(diǎn)內(nèi)容?？ㄆ系膬?nèi)容必須是需要學(xué)生掌握的內(nèi)容，了解層面的內(nèi)容盡量不設(shè)置。(3)要有提示性的語(yǔ)言。如果是比較難理解的問(wèn)題，考慮到學(xué)生第一次接觸所學(xué)內(nèi)容，應(yīng)設(shè)置提示性語(yǔ)言。(4)要有書寫空間。如果涉及到作圖題，應(yīng)有學(xué)生作圖、書寫、草稿的空間。(5)時(shí)間順序?？ㄆ瑑?nèi)容與講課內(nèi)容要一致，在順序上要同步進(jìn)行，不能具有跳躍性。(6)加入課堂思考和總結(jié)。在每章結(jié)束的位置，預(yù)留學(xué)生自行總結(jié)重點(diǎn)、難點(diǎn)的空間。

在最后一次課中，在學(xué)習(xí)卡片上設(shè)置兩個(gè)問(wèn)卷調(diào)查題目。第一題單選題“‘學(xué)習(xí)卡片’的教學(xué)模式是否有助于您對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)？”；選項(xiàng)分別是A.非常有幫助；B.有幫助；C.無(wú)幫助；D.有負(fù)面影響。第二題問(wèn)答題“請(qǐng)對(duì)任課教師的教學(xué)方法提出改進(jìn)措施”。

(二)學(xué)習(xí)卡片使用方法

每次上課前，把上次課使用的已經(jīng)批改過(guò)的學(xué)習(xí)卡片發(fā)給學(xué)生；并把本次課要使用的新的學(xué)習(xí)卡片下發(fā)給學(xué)生。下課后收回所有學(xué)習(xí)卡片進(jìn)行批閱，并將批閱的成績(jī)及時(shí)反饋到課程網(wǎng)站上。

(三)學(xué)習(xí)卡片的優(yōu)點(diǎn)

學(xué)習(xí)卡片的優(yōu)點(diǎn)：(1)能夠起到點(diǎn)名的作用，每次課不用浪費(fèi)時(shí)間點(diǎn)名。(2)能夠讓學(xué)生帶著任務(wù)上課，讓學(xué)生主動(dòng)在課堂上尋找問(wèn)題的答案，收獲更大，也更容易掌握課堂上的重點(diǎn)，提高課堂聽課效率。(3)教師在批閱學(xué)習(xí)卡片時(shí)，可以看到學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，對(duì)于正答率較低的知識(shí)點(diǎn)，在下次講課時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)回顧；這樣不但可以提高教學(xué)水平，而且還可以避免在以后的教學(xué)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)類似問(wèn)題。(4)學(xué)生將所有的學(xué)習(xí)卡片整理成冊(cè)后，可以作為期末考試的復(fù)習(xí)資料，有助于學(xué)生理解課本上的重點(diǎn)內(nèi)容。

(四)學(xué)習(xí)卡片的使用效果

從圖2 中可以看出，選課人數(shù)共109 人，其中102人認(rèn)為學(xué)習(xí)卡片對(duì)學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)非常有幫助，占比93.6%；另有6.4%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)卡片有幫助。認(rèn)為沒(méi)有幫助或者有負(fù)面影響的人數(shù)為0。說(shuō)明學(xué)習(xí)卡片的使用效果非常好，得到了學(xué)生們的一致認(rèn)可。

圖2 學(xué)習(xí)卡片使用效果調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果

二、分組案例教學(xué)

分組案例教學(xué)的主要目的是調(diào)動(dòng)學(xué)生課下學(xué)習(xí)的積極性，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用。分組案例教學(xué)的實(shí)施方式如下。

(一)學(xué)生分組

在第一次課堂上，提出讓學(xué)生自行分組。以工程熱力學(xué)課程為例，授課時(shí)間為15 周，讓學(xué)生自行分成12個(gè)小組(刨除第一次課、法定節(jié)假日的課、最后一次課)。學(xué)生課下以自由組合的形式分組。

(二)分組題目

每個(gè)小組給定一個(gè)課后思考題目。這些思考題目與工程熱力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)，可以是對(duì)現(xiàn)行政策的討論，可以是對(duì)專業(yè)內(nèi)最新技術(shù)的介紹，也可以向?qū)W生提出一些具體專業(yè)問(wèn)題；這些問(wèn)題難度適宜，讓學(xué)生有能力解決但需要一定的思考。

分組題目的順序與大綱的順序一致。有些題目需要在課堂講述之前提出，有些題目可以在課堂講述之后提出。舉例說(shuō)明：在講述熱力學(xué)第二定律之前，可以讓學(xué)生查找一些生活中、專業(yè)中用到的熱力學(xué)第二定律的現(xiàn)象，比如溫度自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體、壓力自發(fā)地從高到低、密度自發(fā)地從高到低、摩擦生熱、電變熱等。通過(guò)學(xué)生對(duì)于熱力學(xué)第二定律的講述，就能知道學(xué)生的掌握情況，教師可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況調(diào)整自己的授課內(nèi)容，尤其是專業(yè)案例的引入，如果學(xué)生提到了，教師在上課的過(guò)程中則可以一筆帶過(guò)。

再比如講述噴管的一維穩(wěn)定絕熱流動(dòng)方程，講述完噴管的知識(shí)之后，在課堂上，會(huì)給學(xué)生講一些用到噴管的案例，比如飛機(jī)引擎、汽輪機(jī)、人工造雪機(jī)、蒸汽噴射式制冷機(jī)等，課下提出問(wèn)題：“生活中，還有沒(méi)有用到噴管的案例呢？”學(xué)生熟悉噴管的工作原理和能量方程后，就可以查找更多的案例了，有些案例甚至可以作為下一年的教學(xué)素材。

(三)實(shí)施原則

各組成員課下完成查找和整理資料的工作。將所查到的內(nèi)容，根據(jù)自己的理解，做成一個(gè)PPT，并且每人要寫一篇相關(guān)論文。每周的第二次課，下課之前的15 分鐘留給學(xué)生。15 分鐘里面，讓學(xué)生講解10 分鐘；答疑5 分鐘，可以是教師提出問(wèn)題，也可以是聽課學(xué)生提出問(wèn)題，當(dāng)場(chǎng)回答。任課教師根據(jù)PPT 形式、內(nèi)容、講解情況、查閱文獻(xiàn)、撰寫論文質(zhì)量等給出拓展得分，見(jiàn)表1。

表1 學(xué)生分組題目和成績(jī)

學(xué)生分組題目制定原則：(1)跟課堂內(nèi)容緊密相關(guān)，是課堂內(nèi)容的拓展。拓展題目的主要目的是讓學(xué)生加深對(duì)課堂內(nèi)容的理解，通過(guò)查找資料，鍛煉自己自學(xué)的能力。與本課程無(wú)關(guān)的任務(wù)題目不能出現(xiàn)。(2)時(shí)間順序與課本保持一致。但是某些題目，比如熱力學(xué)第二定律，本身就晦澀難懂，為了考察學(xué)生對(duì)于熱力學(xué)第二定律的理解情況，可以在正式授課前提出該分組問(wèn)題。某些題目，比如太陽(yáng)能制冷或者噴管在生活中的應(yīng)用等問(wèn)題，可以在正式授課結(jié)束后提出，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)了制冷和噴管的相關(guān)知識(shí)，再讓學(xué)生去查找相關(guān)內(nèi)容，能夠起到鞏固、溫故而知新的作用。(3)題目不能過(guò)于簡(jiǎn)單。重點(diǎn)是考察學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，而且需要學(xué)生查找文獻(xiàn)才能找到答案。

要求：(1)整理匯報(bào)PPT 并講述，時(shí)間控制在10 分鐘以內(nèi)。(2)PPT 中需羅列每個(gè)成員的分工及工作量。(3)每個(gè)成員需提交一份論文材料，不少于1 000 字，要求手寫，不得抄襲。(4)最好是有不多于5 分鐘的視頻材料。(5)講解過(guò)程中不得照著PPT 讀，要聲情并茂，富有感情。

每組同學(xué)講述完以后，當(dāng)堂打分。課后將學(xué)生所查找的資料收集起來(lái)，并將學(xué)生的成績(jī)和查閱的資料(包括學(xué)生所查找的視頻材料等)掛在課程網(wǎng)站上。

(四)分組案例教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

分組案例的教學(xué)模式已推行兩年，根據(jù)學(xué)生講述的效果看，大大超出預(yù)期效果。

第一，學(xué)生查找了大量的動(dòng)畫和視頻資料，極大地豐富了授課教師的教學(xué)素材。舉個(gè)例子：上課時(shí)講到滿足理想氣體的基本條件，理想氣體的溫度不能太低，因?yàn)楫?dāng)溫度太低時(shí)，空氣會(huì)液化，變成液態(tài)。將玫瑰花放入液氮中后再拿出來(lái)會(huì)變得很脆，一敲就碎了；將金魚放入液氮中后再拿出來(lái)會(huì)變得跟磚頭一樣，但是一放入溫水里，就能活過(guò)來(lái)。學(xué)生利用課余時(shí)間找到了視頻材料，節(jié)省了教師備課時(shí)間。而坐在臺(tái)下的學(xué)生聽得很認(rèn)真，收獲很大。視頻材料可作為下一年的教學(xué)素材。學(xué)生在歡聲笑語(yǔ)中收獲了知識(shí)。

第二，通過(guò)分組案例教學(xué)，學(xué)生的表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力得到鍛煉，甚至?xí)?duì)教師所講述的內(nèi)容作出回應(yīng)。比如在講完濕空氣這一節(jié)內(nèi)容后，為了表達(dá)結(jié)露的原理，自創(chuàng)一首詩(shī)《詠露》：“露宿野草尖，最耐五更寒。晴天何處去，扶搖上九天?！睂W(xué)生在查找“雨、雪、露、霧、霜、雹”的生成機(jī)理時(shí)，不但成功完成任務(wù)，還對(duì)詩(shī)做了回應(yīng)，原創(chuàng)《再詠露》：“源起一粒塵，凝水露成真。伴陽(yáng)起輕舞，昊空流云痕?！?/p>

第三，在分組案例教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可能會(huì)突發(fā)奇想，提出一些很有見(jiàn)地但是可能不成熟的想法和理論，但加以引導(dǎo)，就可以碰撞出創(chuàng)新的火花。舉例：在第一次讓學(xué)生匯報(bào)“如何快速干燥消防水帶”題目時(shí)，有個(gè)學(xué)生提出了一個(gè)想法“一種負(fù)壓烘干機(jī)”，意思是只要讓干燥小室內(nèi)的氣體升溫，并保持負(fù)壓，就容易干燥物體。在任課教師的幫助下，完成并授權(quán)了一項(xiàng)專利“一種負(fù)壓烘干機(jī)”。在后續(xù)的講述過(guò)程中，“一種負(fù)壓烘干機(jī)”成為了教學(xué)素材，但在講述的過(guò)程中，有學(xué)生提出來(lái)，“一種負(fù)壓烘干機(jī)”中干燥小室內(nèi)的空氣未循環(huán)起來(lái)，干燥效果差，于是又提出了“一種熱泵和太陽(yáng)能耦合的消防水帶干燥裝置”，也已經(jīng)申請(qǐng)專利并授權(quán)。

三、科技創(chuàng)新比賽帶動(dòng)教學(xué)

如果說(shuō)學(xué)習(xí)卡片是課堂教學(xué)方法，分組案例是課上課下結(jié)合的教學(xué)方法，那科技創(chuàng)新比賽帶動(dòng)教學(xué)就是純粹的課下教學(xué)方法了。

(一)帶學(xué)生撰寫專利

工程熱力學(xué)課程內(nèi)容很多，從動(dòng)力循環(huán)到制冷循環(huán)，從水蒸氣到濕空氣，都與節(jié)能減排息息相關(guān)。在授課的過(guò)程中，教師應(yīng)大量地提出思考性和批判性的問(wèn)題，開闊學(xué)生思路，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。帶學(xué)生參加科技創(chuàng)新比賽，不僅回顧了專業(yè)基礎(chǔ)課的知識(shí)，而且還鍛煉了學(xué)生多方面的能力。因?yàn)樵趨⒓涌萍紕?chuàng)新比賽的過(guò)程中，學(xué)生可能要準(zhǔn)備BIM 模型、實(shí)物模型等，還要撰寫專利，需要具備一定的文檔編輯能力。教學(xué)數(shù)年，帶學(xué)生寫作專利情況見(jiàn)表2。

表2 源自工程熱力學(xué)課程的學(xué)生專利

學(xué)生在申報(bào)專利的過(guò)程中，充分了解了項(xiàng)目的內(nèi)容、實(shí)施方式，鍛煉了各方面的能力，其收獲不僅僅是教材上的知識(shí)點(diǎn)，還包括撰寫、申請(qǐng)專利的注意事項(xiàng)等。

(二)帶學(xué)生參與科技創(chuàng)新比賽

俗話說(shuō)“手中有糧，心中不慌”，科技創(chuàng)新比賽同樣如此。有了公開的專利或者是已經(jīng)授權(quán)的專利證書，學(xué)生在申報(bào)科技創(chuàng)新比賽時(shí)信心更足，收獲更大。學(xué)生的收獲，不僅僅是獲獎(jiǎng)證書和喜悅，更重要的是在這個(gè)過(guò)程中鍛煉和提高了各方面的能力和素質(zhì)。數(shù)年來(lái)，帶學(xué)生參與科技創(chuàng)新比賽獲獎(jiǎng)情況見(jiàn)表3。

表3 帶學(xué)生參與科技創(chuàng)新比賽獲獎(jiǎng)情況

四、結(jié)束語(yǔ)

學(xué)習(xí)卡片、分組案例教學(xué)、科技創(chuàng)新比賽帶動(dòng)教學(xué)這三種多樣化的教學(xué)方式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生課上、課下的學(xué)習(xí)積極性，對(duì)于專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)大有裨益。另外，學(xué)習(xí)卡片、分組案例教學(xué)的覆蓋面是所有學(xué)生，而科技創(chuàng)新比賽的覆蓋面是有興趣、敢于嘗試的優(yōu)秀學(xué)生，這也充分體現(xiàn)了因材施教的理念。

在新工科理念的指導(dǎo)下，多元化的教學(xué)方法將極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。三種方法不僅僅適用于工程熱力學(xué)課程，也適用于其他工科專業(yè)的基礎(chǔ)課教學(xué)過(guò)程。