摘要：針對(duì)“工程熱力學(xué)”的教學(xué)，從教學(xué)理念、課程定位、教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置、作業(yè)及考核方式等方面對(duì)中美高校的工程教育進(jìn)行了對(duì)比。從微觀角度分析了中美工程教育的差異，為提高我國(guó)工程教育質(zhì)量提供參考。特別是在實(shí)驗(yàn)課程、作業(yè)和考核方式等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，美國(guó)高校的教學(xué)方法有許多值得參考的地方。

關(guān)鍵詞：工程教育;教學(xué)理念;實(shí)驗(yàn)課程;考核方式

中圖分類號(hào)： G 642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1009-895X（2019）02-0182-03

DOI： 10.13256/j.cnki.jusst.sse.2019.02.015

A Comparative Study of Engineering Education between China and

USA Based on “Engineering Thermodynamics” Teaching

LIU Ni，SUN Xiaojing

（School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract：The differences of “Engineering Thermodynamics” teaching between China and USA are compared in the aspects of teaching philosophy，course orientation，teaching method，teaching content，experimental course，assignments，and evaluation.After analyzing the engineering education in China and USA from the microscopic point of view，the author believes that the practical teaching experiences especially on experimental courses，assignments and evaluation in the universities of USA are worth learning.

Keywords：engineering education;teaching philosophy;experimental course;evaluation methods

“工程熱力學(xué)”是研究熱能與其他形式的能量之間相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門學(xué)科，具有較強(qiáng)的理論性，同時(shí)又是與生產(chǎn)生活聯(lián)系極為緊密的一門學(xué)科?！肮こ虩崃W(xué)”是熱能動(dòng)力工程專業(yè)、制冷及低溫工程專業(yè)、建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)、化工專業(yè)等大多數(shù)工科專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是培養(yǎng)能源動(dòng)力類工程師、機(jī)械工程師和化學(xué)工程師的必修課程。

中美兩國(guó)“工程熱力學(xué)”的教學(xué)在教學(xué)理念、課程定位、教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置、作業(yè)及考核方式等方面存在差異。為了提高我國(guó)的本科教育質(zhì)量，尤其是工科學(xué)生的能力培養(yǎng)，本文對(duì)此進(jìn)行了對(duì)比分析，以期為我國(guó)工程教育改革提供參考。

一、教學(xué)理念

美國(guó)為培養(yǎng)適應(yīng)2020年需要的工程人才提出了工程教育的“2020工程師”計(jì)劃[1]，加大了工程教育改革的力度。該計(jì)劃為工程教育的改革發(fā)展提供了順應(yīng)未來大背景需求的變革途徑和具體措施，包括強(qiáng)化工程專業(yè)的社會(huì)地位，普及工程教育，加強(qiáng)工程教育與社會(huì)和企業(yè)的全方位合作，提高工程教育改革的系統(tǒng)性與整體性等。該計(jì)劃提出要塑造高素質(zhì)的全能型工程師人才，而不是匠人。因此，美國(guó)高校的“工程熱力學(xué)”教學(xué)理念也發(fā)生了改變，由重視科學(xué)理論轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊こ逃^，加強(qiáng)了理論與實(shí)際工程應(yīng)用的聯(lián)系[2-3]。

我國(guó)工科專業(yè)的“工程熱力學(xué)”教學(xué)理念大多側(cè)重理論教學(xué)，強(qiáng)調(diào)其理論的科學(xué)性，而教學(xué)與實(shí)際工程應(yīng)用聯(lián)系不夠緊密，學(xué)生應(yīng)用工程熱力學(xué)解決實(shí)際工程問題的能力不足，這與培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)要求的工程師的目標(biāo)還是有一定差距的。把工程師的培養(yǎng)目標(biāo)從單一的科學(xué)工匠轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)具有科學(xué)、管理、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展能力的綜合型人才，提高我國(guó)工程教育的質(zhì)量，首先要從解放思想著手。

二、課程定位

不同專業(yè)及其學(xué)科的定位不同，對(duì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)也應(yīng)有所不同。而不同層次的學(xué)校應(yīng)根據(jù)其定位的不同而采取不同的人才培養(yǎng)模式，這一點(diǎn)在美國(guó)的“工程熱力學(xué)”教學(xué)過程中體現(xiàn)得比較明顯。不同學(xué)校之間以及同一學(xué)校不同專業(yè)之間“工程熱力學(xué)”的課程定位差別很大，有的課程定位具有很強(qiáng)的理論性，有的側(cè)重工程性，有的則具有鮮明的行業(yè)特點(diǎn)。

過去近二十年，我國(guó)高等教育規(guī)模迅速擴(kuò)大，但在許多具體的教育環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了一刀切的現(xiàn)象。在具體的教學(xué)過程中，“工程熱力學(xué)”的課程定位則過多偏向于統(tǒng)一的科學(xué)理論化，而沒有充分體現(xiàn)出不同學(xué)校、不同專業(yè)之間各有傾向性的特點(diǎn)?！肮こ虩崃W(xué)”教學(xué)中追求理論性是必要的，但如果能在教學(xué)過程中更多地體現(xiàn)出“工程”二字的多樣性和實(shí)用性特點(diǎn)，呈現(xiàn)百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的狀態(tài)，從而給學(xué)生以更多選擇，則會(huì)更加有利于未來工程師的培養(yǎng)。

三、教學(xué)方式及內(nèi)容

本文以Texas Aamp;M University工程專業(yè)的“工程熱力學(xué)”教學(xué)為例，對(duì)美國(guó)工程類的“工程熱力學(xué)”教學(xué)方式進(jìn)行分析，而對(duì)于美國(guó)“工程熱力學(xué)”側(cè)重理論的教學(xué)類型，本文不做比較。該校工程專業(yè)的“工程熱力學(xué)”課程分為理論課程（24學(xué)時(shí)）和實(shí)驗(yàn)課程（12學(xué)時(shí)）。理論課程以教師講授為主，同時(shí)要求學(xué)生做一些特定題目的報(bào)告，并要求學(xué)生依據(jù)課堂所學(xué)，自選課題，進(jìn)行研究，授課教師會(huì)在此過程中給予指導(dǎo)，并在期末給予評(píng)價(jià)[4]。學(xué)生可以充分利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集儀、熱電偶、實(shí)驗(yàn)用電腦等，自建試驗(yàn)臺(tái)，完成課題。報(bào)告的題目通常是學(xué)生自己選題或由教師引導(dǎo)學(xué)生自己提出，在做報(bào)告期間教師給予一定的指導(dǎo)。學(xué)生通過做報(bào)告的形式鍛煉了文獻(xiàn)檢索及綜述能力、演講能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和綜合分析能力，為將來加入工程師團(tuán)隊(duì)并進(jìn)一步成為團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)打下了綜合素質(zhì)方面的基礎(chǔ)。同時(shí)，這種形式也增強(qiáng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)。

國(guó)內(nèi)的“工程熱力學(xué)”教學(xué)方式以課堂講述為主，雖然也經(jīng)常通過課堂問答來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，但與美國(guó)Texas Aamp;M University的學(xué)生相比，我國(guó)學(xué)生在教學(xué)過程中的參與度明顯不足。美國(guó)學(xué)生做報(bào)告的準(zhǔn)備工作都是在課后完成的，所以，美國(guó)學(xué)生課后花在學(xué)習(xí)上的時(shí)間與課堂時(shí)間的比例至少是1∶1，大部分學(xué)生的時(shí)間比大于1∶1。因此，如何有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與的積極性是教學(xué)方式改革的主要目標(biāo)之一。

Texas Aamp;M University工程專業(yè)的“工程熱力學(xué)”任課教師在理論課上講授的內(nèi)容，并沒有覆蓋我國(guó)所用的教學(xué)大綱的全部?jī)?nèi)容。美國(guó)的任課教師會(huì)在課程開始時(shí)向?qū)W生進(jìn)行問卷調(diào)查，了解學(xué)生選該課程的目的和需求，從而確定教學(xué)內(nèi)容，這也體現(xiàn)了美國(guó)教授治學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和靈活性。教師的授課內(nèi)容會(huì)緊跟學(xué)術(shù)前沿，這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充滿自豪感、滿足感和主動(dòng)性。而在評(píng)價(jià)任課教師的過程中，學(xué)生的意見占了較高的權(quán)重。

我國(guó)高?！肮こ虩崃W(xué)”教學(xué)內(nèi)容依賴教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的大綱，缺乏多樣性和靈活性，對(duì)學(xué)術(shù)前沿的跟蹤也有不足。而工程本身的特點(diǎn)就是多樣性的，我們培養(yǎng)工程師的目的是為現(xiàn)代化多樣性的工程需要而服務(wù)的，所以“工程熱力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該充分體現(xiàn)行業(yè)和專業(yè)的特色，在大綱的指引下增加實(shí)用性和多樣性，并結(jié)合學(xué)術(shù)前沿進(jìn)行內(nèi)容的豐富和充實(shí)。

四、實(shí)驗(yàn)課程

Texas Aamp;M University工程專業(yè)的“工程熱力學(xué)”實(shí)驗(yàn)是單獨(dú)設(shè)立課程的，而且學(xué)時(shí)基本與理論課學(xué)時(shí)相當(dāng)。所以，實(shí)驗(yàn)課安排了大量的與學(xué)生動(dòng)手有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。其實(shí)驗(yàn)課和理論課在同一個(gè)學(xué)期進(jìn)行，所以兩者的內(nèi)容是緊密結(jié)合、互相促進(jìn)的。學(xué)生需要自己提出實(shí)驗(yàn)方案，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[5]。因此，學(xué)生在課下需要花費(fèi)比理論課更多的時(shí)間準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)課。我國(guó)高校的“工程熱力學(xué)”實(shí)驗(yàn)基本以演示性和驗(yàn)證性為主，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和內(nèi)容沒有選擇的余地。近年來，雖然各高校也都增大了實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的投入，但目前的實(shí)驗(yàn)課程因受場(chǎng)地、資金、教學(xué)地位等條件的限制，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到培養(yǎng)現(xiàn)代化工程師的要求。

五、作業(yè)及考核方式

美國(guó)工程類專業(yè)“工程熱力學(xué)”的作業(yè)也是以習(xí)題型為主，習(xí)題的難度并不會(huì)比例題大。習(xí)題數(shù)量以時(shí)間量化，學(xué)生完成作業(yè)用時(shí)與上課時(shí)長(zhǎng)之比為1∶1或略多于上課用時(shí)。教師還會(huì)安排幾次小型設(shè)計(jì)類作業(yè)，需要學(xué)生課下查閱大量文獻(xiàn)，花較多精力才能完成。設(shè)計(jì)類作業(yè)要求學(xué)生分組合作，以書面或口頭報(bào)告的形式提交。這種小型設(shè)計(jì)類作業(yè)都是來自工程實(shí)際案例，實(shí)踐性較強(qiáng)。學(xué)生為完成工程目標(biāo)，需要充分綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。這種綜合性作業(yè)的設(shè)計(jì)可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)等綜合素質(zhì)。所以，不論實(shí)驗(yàn)、報(bào)告還是作業(yè)，都是為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力而設(shè)計(jì)的，并非只是以滿足本課程教學(xué)任務(wù)為目的的。當(dāng)然，這種方式也會(huì)增加老師的教學(xué)工作量，但在美國(guó)，助教幫助教師完成了大量瑣碎的細(xì)節(jié)工作，從而緩解了這種壓力。助教多為博士研究生承擔(dān)，也要為作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、報(bào)告等工作做大量的準(zhǔn)備工作。助教在此過程中付出了大量的努力，同時(shí)從中也得到了全方面的鍛煉。

Texas Aamp;M University工程專業(yè)的“工程熱力學(xué)”對(duì)學(xué)生采取多種方式的考核形式，如平時(shí)作業(yè)及實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)報(bào)告、多次考試等等，成績(jī)所占比例如下：作業(yè)和報(bào)告成績(jī)占25%，三次考試成績(jī)各占25%。學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性強(qiáng)，對(duì)自己未來有明確的規(guī)劃和目標(biāo)，因此其學(xué)生對(duì)分?jǐn)?shù)并非特別看重，而更重視學(xué)習(xí)的成效。即使作業(yè)的分?jǐn)?shù)只占10%，學(xué)生依然很重視。美國(guó)高校平時(shí)考試頻繁，這可使學(xué)生強(qiáng)化階段性的學(xué)習(xí)效果，從一定程度上弱化了期終考試的地位，減輕了學(xué)生期末考的壓力。

美國(guó)高校教師對(duì)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)考核時(shí)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)的成績(jī)是由教師打分和其他團(tuán)隊(duì)的打分綜合起來的結(jié)果。而團(tuán)隊(duì)中，每名成員的成績(jī)是以團(tuán)隊(duì)成績(jī)乘以一個(gè)0～1之間的系數(shù)，而這個(gè)系數(shù)是由團(tuán)隊(duì)成員內(nèi)部相互打分決定的。這些分?jǐn)?shù)的匯總、整理是由助教來完成的。

我國(guó)大多高校對(duì)學(xué)生的考核方式基本一致，學(xué)生平時(shí)成績(jī)占30%，期終考試成績(jī)占70%。這種人才評(píng)價(jià)模式太注重分?jǐn)?shù)，與培養(yǎng)全面高素質(zhì)的現(xiàn)代工程師的目的不協(xié)調(diào)。筆者認(rèn)為，目前期終考試成績(jī)的占比太大，學(xué)生也特別重視期終考試，導(dǎo)致期終考試周的壓力過大，而常規(guī)的學(xué)習(xí)時(shí)間則壓力不足。如果采取多次考試的方式，每次考試覆蓋不同的章節(jié)，不僅可以分散學(xué)生期終的壓力，也可以更充分地鞏固平時(shí)階段性的學(xué)習(xí)效果，為學(xué)生自我評(píng)價(jià)、自我督促創(chuàng)造條件。當(dāng)然，多次考試會(huì)增大了教師的工作負(fù)擔(dān)，但這樣的代價(jià)是值得的。

六、總結(jié)

通過針對(duì)以上幾個(gè)方面對(duì)比“工程熱力學(xué)”教學(xué)在美國(guó)高校工程類專業(yè)與我國(guó)工科教育之間的區(qū)別，可以發(fā)現(xiàn)中美工程教育最大的差別在實(shí)踐性和學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性上。顯然，進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，在貼近工程實(shí)際環(huán)境的條件下，培養(yǎng)學(xué)生具有真刀真槍地解決實(shí)際工程問題的能力，是提高我國(guó)工程教育質(zhì)量的一個(gè)有效且必要的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] National Academy of Engineering Committee on Engineering Education.The Engineer of 2020-project prospectus[EB/OL].http：∥www.nae.edu/Programs/Education/Activities10374/Engineerof2020.aspx.

[2] 謝笑珍.論美國(guó)高等工程教育及其對(duì)我國(guó)的啟示[J].職業(yè)時(shí)空，2008（7）：14-15.

[3] Thompson G.Status and prospects of sustainable engineering education in some American universities[C]∥Proceedings of the Conference，“Engineering Education in Sustainable Development”.Delft：[s.n.]，2002.

[4] Alvarado J.Design your own thermodynamics experiment，a problem-based learning approach in engineering technology[C]∥Proceedings of the 2006 ASEE Annual Conference amp; Exposition.Chicago：ASEE，2006.

[5] Alvarado J.Design and construction of a lab-scale ground source heat pump[C]∥Proceedings of the 2007 ASEE Annual Conference amp; Exposition.Honolulu：ASEE，2007.

（編輯： 程愛婕）

收稿日期： 2017-04-03

基金項(xiàng)目： 2015年度上海市教委重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目（1K16301003）

作者簡(jiǎn)介： 劉 妮（1974-），女，副教授。研究方向： 制冷空調(diào)新技術(shù)。E-mail：liu_ni@163.com