基于OBE理念的工程热力学与传热学教学改革

摘  要：为使学生获得独立思考、分析推导简化问题的能力，该文以OBE理念为基础，结合教学实践，首先从教学内容、教学方法、教学过程及教学考核体系等方面对如何提高工程热力学与传热学课程的教学效果进行改革探索，然后就如何优化课程的内容设计及其考核体系进行初步设计，从而调动学生的学习积极性与主动性，提高学生的创新能力。最终注重以学习产出为导向，以学生为中心，并形成“教学持续开展，改进持续进行”的传统，不断引导和推进专业建设与教学改革，从而保障和提高应用型人才的培养质量。

关键词：工程热力学与传热学；OBE理念；学生中心；专业建设；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）27-0136-05

Abstract： In order to enable students to acquire the ability of students to think independently， analyze and deduce simplified problems， based on the concept of OBE， combined with teaching practice， this paper firstly discusses how to improve the Engineering Thermodynamics and Transmission from the aspects of teaching syllabus， teaching methods， teaching process， teaching assessment and evaluation. In order to mobilize the enthusiasm and initiative of students in learning， and improve students' innovative ability， the reform and exploration of the teaching effect of the course Engineering Thermodynamics and Heat Transfer was carried out. Finally， focus on learning output-oriented， student-centered， and form the tradition of continuous teaching， continuous improvement， and constantly guide and promote professional construction and teaching reform， so as to ensure and improve the quality of training applied talents.

Keywords： Engineering Thermodynamics and Heat Transfer; OBE concept; student-centered; professional construction; teaching reform

随着近几年国民高等教育的普及，培养应用型人才已成为现阶段高等教育的首要目标[1]。针对当前社会经济发展的人才需求，高等院校研究生教育已完成从培养学术型人才到培养应用型人才的战略转型[2]。只有重视并强化专业课程教学对人才培养的基础性作用，跟踪行业发展和学科前沿，才能培养工程应用型创新人才，但目前对本科生教育的培养思维仍偏向传统。在以往对本科生的教学过程中，教师制订的教学目标往往过于宽泛，从而导致教学目标模糊，这使得学生在学习过程中把握不住学习方向和学习重点，只能关注于课程内容本身及如何应对考试。

成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）的哲学思想是“以学生为本”“以学习产出为导向”，将教育的焦点集中在学生受教育后的效果上，更符合应用型本科院校的发展要求[3]。基于成果导向进行教学内容、教学方法的设计和教学过程的实施，完全不同于传统的以“教师讲授、内容为本”的教学模式，在提高教学效果上具有明显优势。成果导向教育是基于实现学生特定学习产出的教育过程，实现了传统教育范式的转换。对于教学成果，重点不再取决于学生的考试成绩，而更多关注于学生在学习期间思维模式的转变与提升和学习结束后运用课程内容解决相关问题的能力[4-5]。区别于传统以学生知识接受程度为前提来制订学习目标的教育模式，OBE教育理念中学习目标的制订注重对学生能力的培养与训练，在提供给学生知识、技术的同时着重培养学生的能力和素质，引导教师不断完善教学方法，教师在学生达成预期学习目标的过程中，只充当指导者和组织者的角色[6]。

本文主要针对工程热力学与传热学这门专业基础必修课的课程教学进行探索，利用宁波大学机械工程与力学学院工程力学、车辆工程和机械设计制造及其自动化专业的技术基础课教学实践，将OBE理念引入工程热力学与传热学的本科生教育教学中，在此基础上对课程内容进行设计，并给出其考核体系，以研究OBE理念在工程热力学与传热学课程中的应用。在教学过程中，推动从以往“以教师为主体，以教学内容为目标”到“以学生为主体，以学习目标为导向”的转变。

一  工程热力学与传热学教学现状

工程热力学与传热学教学内容理论性强，公式繁多复杂，内容抽象不易掌握，涉及知识面大同时课程学分少，由于这些问题导致了学生学习积极性降低，学习动力不足，学习表现不够理想。课程在教学改革中面临的问题主要有以下几个方面。

（一）  教学课时不足

依据学院对工程力学专业的培养方案，学院将本课程学时从原来的51学时缩短为32学时，学分也从3学分降至2学分。课堂教学学时的缩减，无疑增加了学习和教学的难度，任课教师在课程学时普遍压缩的大环境下颇感这门课程难教的压力。课程的教材工程热力学部分选用沈维道、童钧耕主编的《工程热力学》第五版，全书共13章；传热学部分选用陶文铨编著的《传热学》第五版，全书共11章，根据作者这几年的教学经验，用32学时讲授完全部内容并保证教学质量极为困难，几乎不可能实现。在这种情况下，如何根据实际情况制订教学大纲、整合教学内容变得极为重要。

（二）  学生对这门课程缺少主观认同感

该课程的部分教学章节理论性强，甚至有些部分内容几乎全是经验公式的推导，学起来十分抽象，导致课程学习难度高，理解起来难。同时在学生学习过程中，发现教材上的工程应用实例多与蒸汽机、柴油机和发电用燃气轮机等热工设备有关，与其未来的工作关联性差，应用的可能性小，这导致学生在学习过程中提不起兴趣，学习的积极主动性差。此外，在教学重心上，由于教学课时少、任务重，因此教学重心只能全放在传授知识而非能力培养上。上课时，教学方式主要以老师讲授为主，教学中师生间缺少互动，这使得学习过程学生以被动接受为主，课堂的活跃度低，不利于对学生创新思维的培养。学生对课程缺乏兴趣，自主学习意识薄弱，平时能完成课前预习和课后复习的学生凤毛麟角。大多数学生寄希望于考前复习，依赖于对考试重点和公式死记硬背的方式来应付考试。在这样的教育模式下的学生内心是矛盾的，既得幸于这种应考“技能”，又失落于学不到知识和技能。这种情况下培养出来的本科生远不能达到解决实际工程问题及进行科学性研究的培养目标。

（三）  该课程教学结果评价指标较单一

宁波大学机械工程与力学学院的工程热力学与传热学这门课的最终成绩由课程大纲中的考核方式决定：课堂讨论和表现占10%、平时作业和测试占30%、期末考试占60%。虽然学生最终成绩的构成已充分考查了学生的平时表现，但主要还是停留在学生对课本知识了解情况和掌握程度的层次上，学生的学习效果不能得到全面体现和考查，对他们的学习很难起到督促作用。

二  基于OBE理念的工程热力学与传热课程教学改革

根据目前的教学现状，为了更有效地增强教学效果、提高教学质量，本文从修订教学大纲、课程教学设计、课程教学改革和建立多维考核体系等方面进行课程教学改革的探索。

（一）  课程教学大纲

依据OBE理念对工程热力学与传热课程教学大纲进行修订，需要满足以下几方面的教学要求。①学生通过对课程的学习，掌握热力学的基本规律，并能正确利用这些规律进行热力过程和热力循环的分析；能够熟练地运用常用工质性质公式进行热力计算；掌握热传递所遵守的三种基本途径及综合传热过程所遵循的基本规律，熟悉常用的热工设备和换热器类型。②让学生知道学习的目的是具备工程实践能力，毕业后能符合就业市场需求，并能直接从事相关背景的工程设计及计算工作。③通过改革能有效提升学生的学习成果。④通过受聘学生所在单位的反馈了解课程教学改革取得的实际成果。从而培养学生独立思考、分析推导简化问题的能力，能将实际问题抽象简化，并应用理论分析解决实际热工程问题，为学生专业课程的学习和未来解决生产实际问题打下必要的理论基础。在了解现代热机设计、强化传热/隔热新技术及其发展趋势的同时，结合国家建设和民族复兴的新时代背景，加强学生的家国情怀与文化自信，激发学生的使命感和担当。为此，教学大纲目标设定如下。

课程目标1：具备基本的科学素养，及时了解现代热机设计和强化传热/隔热的国内外新技术和发展趋势，建立强烈的爱国主义使命感和责任感，及时了解国家相关学科的科技战略要求。

课程目标2：了解工程热力学与传热学的研究目标和研究方法，确切掌握工程热力学与传热学中一些专业术语和概念；能够准确地分析能量转化与守恒的过程，并掌握热力学中的两大基本定律；能够根据热力过程的特性，对过程中的功量和热量进行分析与计算；掌握理想气体和常用工质（水蒸气或湿空气）的基本热力性质与计算方法；掌握热量传递的三种基本方式的原理与工程常见条件下的简化和计算方法。

课程目标3：了解常用的热工设备和换热器类型，能够对机械设备的热力学和传热学问题进行正确表述，了解常用的定性和定量分析方法，并能进行一般的工程计算和设计。

课程目标4：掌握如何通过热力过程设计提高机械和工程设备热能利用效率（如提高火电厂的煤炭转化为电能的效率，减少工业废气排放），在设计时能够权衡工作效率和环境保护等因素间的关系。

课程目标与学生毕业要求和相关指标点之间的对应关系见表1。由表1可知，新设定的课程目标可以覆盖学生毕业要求中的要求1、2、4和对应的3个二级指标点，每个课程目标分别对应1个二级指标点，能够满足毕业生的毕业要求。

（二）  基于OBE理念的工程热力学与传热学课程设计

基于“以学生为主体，以学习目标为导向”的OBE理念，采用反向课程教学设计，包括三个流程，即确定学习效果，围绕学习效果设计教学环节，采用多维评价体系检验学习效果，以此形成针对学习目标教学及检验教学成果的课程教学闭环过程。

1  通过学习目标设计教学环节

工程热力学与传热学课程的主要目的是让学生认识和掌握热能和其他形式能量（主要是机械能）之间的转换规律及工程实际应用[7]，培养学生独立思考、分析推导简化问题的能力，能将实际问题抽象简化，并应用理论分析解决实际工程问题，为今后学生专业课程的学习和未来解决实际生产问题奠定必要的理论基础。但目前这些教学目标过于笼统，不能量化考核学生的实际能力与个人素质。因此教师必须结合社会需求和课程内容实际应用背景，基于OBE理念对课程的学习目标进行拆解和量化。