羅金武 陳花 滕鵬 張博揚 范煦

摘要：為落實應用型本科高校人才培養(yǎng)機制，構建全方位的育人模式，以成都工學院為例針對機械類專業(yè)的“熱工基礎”進行課程分析，基于STEM教育理念對課程教學進行探討，研究發(fā)現(xiàn)STEM教育理念能夠很好地融入熱工基礎課程，為同類高校綜合性課程的開展提供了教學思路。

關鍵詞：STEM教育;應用型高校;熱工基礎;課程分析;教學策略

【中國分類號】G642? ?【文獻標識碼】A? ? ?【文獻編號】

在應用型本科教育過程中，推動高素質(zhì)應用型人才的培養(yǎng)、探索利于人才培養(yǎng)的教學路徑是貫徹落實習近平新時代中國特色社會主義思想的必然要求[1]。成都工業(yè)學院（以下簡稱“我校”）作為一所應用型高校，始終秉持“手腦并用、學做合一”的校訓，不斷完善人才培養(yǎng)機制鼓勵“教與學”的創(chuàng)新與實踐?！盁峁せA”作為一門講述熱能轉(zhuǎn)換規(guī)律（尤其是與機械能的轉(zhuǎn)換）和有效利用的課程，在機械類本科專業(yè)教學中有著重要地位。我校智能制造學院總結大量國內(nèi)外同類高校機械類專業(yè)辦學經(jīng)驗并調(diào)查對口企業(yè)需求后，于2017年將《熱工基礎》課程全面引入機械類專業(yè)課程體系中，目前已完成教學2輪次，選課總計635人次，共10個教學班。整體來看，該課程內(nèi)容豐富，綜合性強，要求學生具備較高的基礎學科素養(yǎng)，故存在一定的教學難度，采取何種教學方式或手段則是至關重要的。對此，本文基于STEM（Science & Technology & Engineering & Mathematics）教學理念對熱工基礎課程進行了課程分析并提出了教學策略。

1 STEM教育理念

STEM是科學，技術，工程，數(shù)學英文首字母的縮寫，該理念最先由美國提出，在于綜合運用科學技術或工程知識來解決問題，對綜合性、應用型人才培養(yǎng)有著至關重要的作用[2]。目前，國內(nèi)部分高校也對STEM教育理念的實踐進行了教學上的初探。STEM教學注重知識的綜合運用，通常以問題或項目作為“驅(qū)動”，用任務式的學習過程幫助學生進行知識儲備的同時激發(fā)學生探究、實踐、合作、創(chuàng)新的能力，提升學生的知識獲得感和滿足感。在當今全球化、信息化的驅(qū)動下，STEM教學理念能為應用型高校培養(yǎng)出更加優(yōu)質(zhì)的人才，也為我國教育發(fā)展提供了一條有效路徑。而熱工基礎作為一門需要融入多學科理論的綜合性課程，STEM教育便可在其中發(fā)揮重要作用。

2 我校機械類專業(yè)熱工基礎課程分析

教學內(nèi)容方面，我校機械類熱工基礎課程主要包含工程熱力學、傳熱學兩部分內(nèi)容，依據(jù)數(shù)學模型搭建起熱科學基本理論，并以此引出現(xiàn)有熱工技術來解決工程實際問題。教學重點突出對蒸汽機、燃氣動力機、制冷機和換熱器等熱工機械設備運行原理的描述，引導學生掌握熱能轉(zhuǎn)換的基本定律以及熱量傳遞的基本方式與過程。

學情方面，該課程授課對象為機械設計制造及其自動化、機械工程、機械電子工程等機械類專業(yè)本科二年級（下）學生。選課前，學生已修完高等數(shù)學，大學物理等基礎課程，對熱現(xiàn)象有感性的認知，具備一定的機械原理分析能力。但從目前授課情況來看，課程開展不容樂觀：學生綜合能力表現(xiàn)不強，實踐應用能力欠缺，與應用型人才培養(yǎng)目標存在一定差距。分析認為主要原因在于：1）教師經(jīng)驗不足，課前缺乏對熱工科學合理的教學引導;2）學生興趣不高，對熱工技術掌握愿望不強烈;3）師生互動不強，課中以講授為主的單一教學方法不利于知識傳輸和應用擴展。

STEM教育理念重在開展綜合性的教學活動，以問題或項目驅(qū)動學生自主學習，完成科學知識的整合和對技術的應用。所以，將STEM教學理念貫穿下一輪的熱工基礎教學過程將是合理且可行的。

3 STEM教育理念下熱工基礎教學策略

3.1 師資培訓，STEM素養(yǎng)主導教學實踐

應用型人才培養(yǎng)模式中，教師作為教學主導者，其STEM教學素養(yǎng)水平直接關系教學效果。應用型高校可遵照《STEM教師能力等級標準標準（試行）》開展STEM師資培訓提升教師業(yè)務能力水平，教師在培訓和研修的過程中不斷進行教學實踐，將STEM教學理念認知進行全面升華。例如，在“熱輻射”課堂中引入“溫室效應”，從科學的角度（熱輻射的吸收、反射、投射）引導學生探討兩者的因果關系，進而拓展至“全球變暖”說明環(huán)境保護工程的技術手段。

3.2 理實呼應，項目化教學激發(fā)學習興趣

知識的掌握體現(xiàn)在實踐層面，熱工基礎課程理論對指導實踐有著重要意義，可依據(jù)教學目標開展切實可行的項目化課程考核方式，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作與嚴謹認真的科學態(tài)度。例如，將CFD（Computational Fluid Dynamics，計算流體力學）技術軟件（Fluent、STAR-CCM+等）引入教學，將其作為工具搭建計算機仿真工程，要求學生完成“平板導熱”、“換熱器”、“高溫輻射”的數(shù)值模擬計算，并將仿真結果與教材中的實驗數(shù)據(jù)進行對比驗證，引導學生認識和掌握熱量傳遞的三種基本方式和換熱器的基礎設計指標。

3.3 四位聯(lián)動，信息與資源支撐創(chuàng)新教學

STEM教育實施的保障在于良好的教學開放環(huán)境和資源共享平臺，依據(jù)不同教學內(nèi)容開展多樣化教學，打造以學生為中心，教師做引領，學校供平臺，企業(yè)提需求的“生、師、校、企”四位聯(lián)動人才培養(yǎng)機制。例如，為探究燃氣動力機熱效率提升措施，提升相關產(chǎn)品性能，學?？纱罱▌?chuàng)新交流平臺分享最新科技成果，支持和鼓勵學生參與研究，教師可從熱力學第二定律中的“卡諾循環(huán)效率”和“熵”為出發(fā)點，揭示熱效率理想最大值，為學生指明正確的研究思路。

4 結論

熱工基礎作為一門綜合性學科，STEM教育可在其中發(fā)揮重要作用。提升教師STEM素養(yǎng)引導學生將熱科學從感性認識升華到理性認識的同時，課堂教學更需融合行業(yè)技術，對比國內(nèi)外差距，在“生、師、校、企”聯(lián)動機制下引導學生參與科研或創(chuàng)新實踐，運用項目化手段采用科學技術“工具”完成對熱工工程的認識和改造，提升學生工業(yè)報國的信心和決心。綜上所述，STEM教育將有助于落實應用型本科高校人才培養(yǎng)機制，構建全方位的育人模式。

參考文獻：

[1] 宋立秋，蔡羞閱.加快培養(yǎng)應用型人才[N].吉林日報，2019-11-04（010）.

[2] 段瑤瑤.應用型本科高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究--借鑒STEM教育理論[D].西安理工大學，2019.

基金項目：

成都工業(yè)學院實驗室開放基金項目（2019ZH03）;2019年國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（S201911116024）。

第一作者及通訊作者簡介：

羅金武（1993—），男，碩士，助教，研究方向：CAD/CFD技術應用、機電一體化。