基于逻辑链的工程热力学课程教学创新与实践

王慧，缪龙静，甄换成，宋江

(新疆理工学院能源化工工程学院，新疆 阿克苏 843100)

0 引言

在全球科学技术快速发展的新时代背景下，人才作为科技强国建设的重要基础和保障，其培养要求在不断提高[1]。课程是人才培养的核心要素，因此课程教学改革创新是提升人才培养质量的关键突破口和重中之重，影响深远、意义重大[2]。

工程热力学课程主要研究热能与机械能之间的相互转换规律以及如何提高转换效率[3]，是能源、动力、机械、航空航天、建环等专业的重要专业基础课[4]。该课程作为基础课过渡到专业课的桥梁，一方面为后续课程学习、解决工程实际问题、从事科学研究打下坚实基础[5]，另一方面也是激发学生学习内生动力、培养学生科学思维和自主学习能力的关键载体。

课程教学改革创新的关键突破口就是教学过程中面临的痛点问题。工程热力学课程面临的痛点问题之一，也源自于课程本身特点，即概念多且抽象、公式多形式复杂，难度系数高，学生畏难情绪重[6-8]。针对该痛点问题，该课程创新使用了“逻辑链”教学。什么是“逻辑链”？对于一个复杂公式或新知识点，都是利用已学知识，经过逻辑分析、推理而来的，“逻辑链”指的就是这个逻辑分析过程。不同模块的内容，分别采取了“逻辑链”引领的不同教学模式，即热力学基本理论模块-采用梳理概念间“逻辑链”的教学模式、工质的热力性质和热力过程模块-采用“逻辑链”引领自学过程的教学模式、实际热力过程和热力循环模块-采用“逻辑链”引领项目化教学和“抛锚式”教学+现场抽查、分组讨论的模式。此部分内容在 “逻辑链”教学在工程热力学课程中的应用一文中已详细阐述。

除此此外，为了解决教学中存在的其他痛点问题，并保障上述提到的“逻辑链”教学顺利开展，本文阐述了在教学目标、教学内容、考核评价体系等方面做的一系列教学创新举措与实践，实现“逻辑链”教学全程浸润，教学效果良好。

1 教学痛点问题

除了课程难度系数高、学生存在畏难心理等问题之外，教学中还存在其他痛点问题：

(1)工科课程内容枯燥，学生存在抵触心理，缺乏学习兴趣；再加之教学内容缺乏前沿性和工程实际应用案例，不能有效激发学生主动学习的内生动力。

(2)考核评价形式单一，不注重过程性考核，没有充分激发和调动学生学习积极性，对学生课下时间缺乏有效监管，无法督促和约束学生持续学习。

为有效解决以上教学痛点问题，在教学目标、教学内容、考核评价体系等教学环节采取了一系列教学创新举措。

2 教学创新举措

2.1 重塑教学目标

传统教学仅限于书本知识的讲解，不注重对学生思考问题的逻辑思维能力的引导，缺乏科学学习方法的传授，忽略了对学生学习能力和素质的培养。引入基于“逻辑链”的教学模式后，在知识目标的基础上增加了能力目标和素质目标，同时嵌入了基于“逻辑链”的教学要求，具体如下：

(1)知识目标：①理解热力学的基本概念和基本理论；②能够利用热力学基本方程和热力性质图表计算典型热力循环的热功转换效率，找到提高热效率的基本途径；③能够从“逻辑链”角度理解抽象概念，掌握复杂公式的推演过程。

(2)能力目标：①具备为合理利用能量提出有效指导措施的基本能力；②提升学生基于“逻辑链”思维学习知识、解决问题的能力。

(3)素质目标：①形成具有科学思维，能够自主学习、适应发展、不断进步的优良素质；②拓宽学生的科学视野，激发科技报国的家国情怀和使命担当。

2.2 优化、重构教学内容

2.2.1 优化教学内容-建立工程应用案例库、引入扩展阅读

教材的内容本身比较枯燥，再加上课程难度系数高，学生的学习兴趣低下。但学生非常关心学这门课有什么用，因此从学以致用的角度，对于拥有工程应用背景的实际热力过程和热力循环模块，建立了工程应用案例库，如表1所示。在授课过程中，结合理论知识讲解的同时，给学生列举一些实际工程应用案例，既提高了学习兴趣，又可使学生的学习具有成就感和获得感。

表1 优化教学内容之一-建立工程应用案例库

传统教材确保了完整的知识理论体系，但对于一些前沿应用教材中没有进行实时更新。而在“两性一度”课程建设和新工科背景下，教学内容应充分体现前沿性和时代性，因此引入了学科前沿知识介绍，以丰富学生的课外知识、拓宽学生的科学视野。同时列举了热力学发展简史和为热力学作出过突出贡献的科学家事迹精神，这两部分内容与前沿知识介绍共同构成拓展阅读，如表2所示。由于课堂学时有限，这些科学家的事迹精神无法在课堂上一一给学生介绍，因此放到拓展阅读中供学生阅读，可使学生感悟并学习科学家身上勇攀高峰、敢为人先的创新精神和追求真理、严谨治学的求实精神，也是一种隐性的课程思政。

表2 优化教学内容之二-引入拓展阅读

2.2.2 重构教学内容-基于“逻辑链”的教学需求进行分单元处理

传统教材中的内容按章节划分，逻辑关系不突显。工程热力学课程的教学内容可分为三大模块，分别是热力学基本理论、工质的热力性质和热力过程、实际热力过程和热力循环。在各模块的基础上，深入分析各版块知识点间的“逻辑链”，最短的一条“逻辑链”贯穿始终的内容就是一个单元。将原来8章的教学内容重构为36个单元，基于“逻辑链”的教学模式均以单元为单位开展。

表3 重构教学内容-分单元处理

2.3 建立科学的考核评价体系

传统的课程评价体系为平时成绩占30%(30分)，期末卷面成绩占70%(70分)；平时成绩主要包括考勤和作业。此种评价体系主要存在以下问题：

(1)目前的考核方式只考核学生对知识的掌握程度，缺少对能力和素质的考核；

(2)考核重结果轻过程，自律性差的学生习惯邻近考试突击学习，不注重平时积累；过程性考核主要为平时作业，学生抄袭作业情况非常严重，由于缺乏科学的过程性考核评价体系，教师无法监管学生的课后学习时间，难以进行有效的督促和约束，导致学生对知识的掌握程度既不深也不广。

鉴于此，对课程的考核评价体系做了如下创新改革：增大过程性考核占比，过程性考核占50%(50分)，期末考核占50%(50分)。在过程性考核中，去掉考勤、作业这些常规考核，增加了限时测试、课程小论文、学习报告、课堂汇报等。

2.3.1 限时测试

基于“逻辑链”的教学模式下，将顺着“逻辑链”分析推演过程中遇到的一系列子问题置于雨课堂中，在授课时教师侧重引导学生思考如何解决问题，在思考过程中每牵引出一道子问题，便让学生在手机端作答。这部分通过雨课堂智慧化教学工具推送的自测题目大约有100道题。该项考核总分为10分；支撑的课程目标为知识目标①②③和能力目标②；主要考察学生的逻辑思维能力。

2.3.2 课程小论文

通过查阅资料，完成“热力学第二定律”在不同领域中应用的课程论文1篇。该项考核总分为5分；支撑的课程目标为知识目标①、能力目标②和素质目标①；主要考察学生查阅资料和论文写作能力。

2.3.3 “逻辑链”清单完成报告

“逻辑链”引领的教学模式下，课后要求学生依据课前发放的“逻辑链”清单形成学习报告，考核学生学习报告完成的质量。该项考核总分为12分，共考核4次学习报告；支撑的课程目标为知识目标②③、能力目标①②和素质目标①；考察学生的自主学习能力和逻辑思维能力。

2.3.4 课堂汇报

每学期安排40次左右的课堂知识汇报和10次左右的思政汇报，以现场抽查+分组讨论汇报的形式考核。该项考核生均1次，总分为5分；支撑的课程目标为能力目标②和素质目标①②；考察学生的自主学习能力、语言表达能力和团队协作能力。

2.3.5 实践部分

课程包含4个课内实验，主要考核学生在实验过程中对问题的思考、动手操作以及实验报告的完成情况。该项考核总分为8分，共考核4次实验；支撑的课程目标为能力目标②和素质目标①；考察学生的动手能力。

2.3.6 阶段性测试

每学期安排两次阶段性测试，主要考核各个教学阶段的重点知识点。该项考核总分为10分；支撑的课程目标为知识目标①②③；考察学生的知识掌握程度。

以上建立的考核评价体系是对学生知识掌握程度和能力素质的双重考核，实现了对学生学习全过程的激励和督促。

3 教学创新成效

传统教学目标重点要求学生对知识的掌握程度，忽略了对能力和素质的培养，基于“逻辑链”的工程热力学课程教学改革创新，在教学目标中便植入了对学生逻辑思维能力和自主学习能力的培养，提高了对学生学习结果的要求和期待。引入工程实际应用案例库、前沿知识介绍、热力学发展简史、为热力学发展作出突出贡献的科学家事迹等，丰富课程教学内容后，学生的学习热情和动力大大提高。同时对教学内容进行分单元整合后，学生对整个课程知识体系的结构脉络把握更加清晰，有助于帮助学生理解各知识点间逻辑层级关系，也保障了基于“逻辑链”教学模式的开展。在教学过程中，针对不同的教学内容选取“逻辑链”引领的不同教学模式，有意识地训练培养了学生的逻辑思维能力。在考核评价体系中，提高过程性考核占比的同时，纳入了对学生能力和素质的考核，有了考核评价的激励和约束，使得学生自主学习性和综合能力素质大大提高。综上，经过各教学环节的改革创新后，学生的学习兴趣日渐浓厚，科学思维能力、自主学习能力、创新能力和团队协作能力也逐渐增强。

在对课程的不断教学改革创新中，教师的教研水平也不断提高，在教改项目、课程建设以及教学竞赛中均取得了成绩。教研室教师和专家听课评价效果良好，认为基于“逻辑链”的教学创新模式，对于公式较多、难度较大的工科课程普遍适用，有助于提高学生对知识的掌握程度和理解能力，具有一定的可推广性。

4 结语

在逻辑链的教学创新模式下，基于逻辑链的角度在教学目标、教学内容和考核评价体系等方面进行了教学改革，实现了逻辑链在各教学环节的全浸润，全过程、全方位潜移默化培养学生的逻辑思维能力和自主学习能力，教学效果良好，学生能力和教师教研水平均得到显著提高。