《工程熱力學》的分層次立體化教學初探

第第頁《工程熱力學》的分層次立體化教學初探摘要：分層次教學面向全體學生，承認學生差異，根據(jù)學生學習基礎(chǔ)的不同和學習能力的差異，更重要的是學習目標的不同，制定不同的教學計劃，實施不同層次的教學。立體式教學模式在很大程度上能夠激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)其獨立思考問題、分析問題與解決問題的能力。本文根據(jù)筆者自己的教學實踐提出了針對《工程熱力學》的分層次立體式教學方法，該教學方法通過立體地編織知識網(wǎng)絡(luò)，闡釋零星知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，并將課本理論聯(lián)系到實際中去來激發(fā)學生的學習興趣。同時將聽課對象人為的劃分為三類，即：基礎(chǔ)型、擴展型和拔高型，分別針對三類學生因材施教，并充分利用三類學生各自的愛好和興趣來活躍課堂氣氛，激發(fā)各類學生的學習興趣，提高學生學習的主觀能動性，以全面提高整體學習效果。采用分層次立體教學方法針對兩個班的《工程熱力學》進行了教學實踐取得了良好的教學效果，80分以上學生占89.5%，并且沒有低于70分的學生。

Abstract：Teachingplansforallstudentsshouldbemadeaccordingtotheirdifferencesinlearningabilityandlearningfoundation，especiallyinlearningobjectiveintheprocessofstratifiedteaching.Stereoscopicteachingpatternscanlargelystimulatestudents'learninginterestsandtraintheirabilitiesinindependentthinking，analyzingproblemsandsolvingproblems.Basedontheteachingpracticeoftheauthor，thispaperproposesthestratifiedstereoscopicteachingmethodforengineeringthermodynamics.Thismethodcanrevealtheinternalrelationshipamongthescatteredknowledgepoints，weavestratifiedknowledgenetworkandlinktheorywithpractice，whichcanstimulatestudents'learninginterest.Allthestudentscanbedividedintothreeclasses：basictype，extendedtypeandhightype，whocanbetaughtinaccordanceoftheiraptitude.Tomobilizeandinspiredifferenttypesofstudents'interestwillmaketheclassroomatmosphereactiveandimprovetheoveralllearningeffect.Andgoodeffectsthatallthestudentsgotgreaterthan70and89.5%ofallthestudentsgreaterthan80havebeenobtainedintheteachingpracticeofthismethod.

關(guān)鍵詞：分層次；立體化；工程熱力學

Keywords：stratified；stereoscopic；engineeringthermodynamics

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2016）04-0154-03

0引言

《工程熱力學》是眾多專業(yè)重要的基礎(chǔ)理論課，尤其對熱能動力工程、能源工程、建筑環(huán)境、車輛工程及機械制造等類專業(yè)的學生而言，掌握這門課程的基本理論，對今后從事科學研究、工程應(yīng)用及管理工作都非常重要[1-2]。不得不承認，每個班上都有一批學生對這門課都非常感興趣，在這門課上也非常用功，學習效果也不錯，但還有一少部分學生對該課程不是太感興趣，課堂上無精打采，甚至會上課玩手機，心不在焉，學習效果當然會很差。如何改變這種現(xiàn)狀是實現(xiàn)《工程熱力學》教學目標的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。美國心理學家布魯姆在掌握學習理論中指出，“許多學生在學習中未能取得優(yōu)異成績，主要問題不是學生智慧、能力欠缺，而是由于未得到適當?shù)慕虒W條件和合理的幫助造成的”。的確，在網(wǎng)絡(luò)游戲盛行的今天，確實有一部分大學生因為沉迷網(wǎng)絡(luò)游戲無法自拔而最終不得不輟學?！叭绻峁┻m當?shù)膶W習條件，大多數(shù)學生在學習能力、學習速度、進一步學習動機等多方面就會變得十分相似”。“分層次”教學就是要最大限度地為不同層次的學生提供這種“學習條件”和“必要的全新的學習機會”。分層次教學近年來被越來越多的學校采用，它面向全體學生，承認學生差異，根據(jù)學生學習基礎(chǔ)的不同和學習能力的差異，更重要的是學習目標的不同，制定不同的教學計劃，實施不同層次的教學。而立體式教學模式在很大程度上能夠激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)其獨立思考問題、分析問題與解決問題的能力。因此，本文根據(jù)自己的教學實踐提出了針對《工程熱力學》的分層次立體式教學方法，該教學方法通過立體地編織知識網(wǎng)絡(luò)，闡釋零星知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，并將課本理論聯(lián)系到實際中去來激發(fā)學生的學習興趣。同時將聽課對象人為的劃分為三類，即：基礎(chǔ)型、擴展型和拔高型，分別針對三類學生因材施教，并充分利用三類學生各自的愛好和興趣來活躍課堂氣氛，激發(fā)各類學生的學習興趣，提高學生學習的主觀能動性，以全面提高整體學習效果。

1分層次教學

“分層次”教學思想，源于孔子提出的“因材施教”。分層次教學是近年來被越來越多的學校采用的一種教學模式，它是面向全體學生，承認學生差異，根據(jù)學生學習基礎(chǔ)的不同和學習能力的差異，更重要的是學習目標的不同，制定不同的教學計劃，實施不同層次的教學，進行不同層次的評價。許澤明等[3]對計算機基礎(chǔ)的分層次教學進行了研究，針對班內(nèi)差異著重對教學目標、課堂教學和作業(yè)輔導(dǎo)三方面的分層次教學進行了論述。楊晶[4]對分層次教學模式在“高等數(shù)學”教學中的應(yīng)用進行了分析，提出將學生分成不同的層次進行教學，把教學內(nèi)容按照不同的層次進行教學以及把教學知識模塊按照不同的層次進行教學的分層次教學策略。分層次教學[5]是以班級為單位，以課堂為主陣地，以大綱、教材和學生學習能力差異的情況制定的分層教學目標為中心，以班級教學、分組教學和個別輔導(dǎo)的有機結(jié)合為基本形式，對每個學生負責的教學模式。張培紅等[6]對流體力學課程分層次教學模式研究，探討了流體力學分層次教學模式改革中學生主體層次、教學大綱的層次化、課堂訓練和作業(yè)布置的層次化、實驗課教學的層次化以及考核方法和手段的改革，并分析了保障層次化教學改革的其他關(guān)鍵措施。而賈銀江等[7]針對計算機等專業(yè)提出了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗的分層次教學?？傊謱哟谓虒W在公共基礎(chǔ)課教學和專業(yè)基礎(chǔ)課教學中具有重要的理論和實踐意義。

為什么要進行分層次教學？現(xiàn)代教育學與心理學的研究成果表明，教學是教師與學生以課堂為主渠道的交往過程，是教師的教與學生的學的統(tǒng)一活動。教學是教與學的統(tǒng)一，教學既是科學，又是藝術(shù)。具體地說有兩點：

第一，教師的教應(yīng)該適應(yīng)學生的學。教師要以教的差異性主動適應(yīng)學生學的差異性；學生之間的差別可以表現(xiàn)為層次上的差異，教也應(yīng)該分層次。

第二，學生之間的差異一方面對教學帶來困難，另一方面也是一種可供開發(fā)利用的資源。學生的主體性不僅表現(xiàn)為他是“學”的主體，而且在某種程度上他還可以成為“教”的主體。

分層教學的策略就是面向全體學生和學生的每個方面，承認差異，適應(yīng)差異，利用差異，因材施教，促進學生的全面發(fā)展。因此，在《工程熱力學》教學中進行全方位、多層面的分層次教學，是提高教與學的效果、搭建學生各自學習的最佳階梯，使每個學生都能找到適合自己的培養(yǎng)方式，同時調(diào)動學生學習可能性中的易變因素，使教學要求與各級學生的可能性相互適應(yīng)，它能使不同層次的學生在學習興趣、學習成績及思維能力等方面都有不同程度提高，使不同層次的學生在自己的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)獲得發(fā)展。

2立體式教學

立體式教學模式[8]在很大程度上能夠激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)其獨立思考問題、分析問題與解決問題的能力。在《工程熱力學》課程中采用立體式教學模式，立體化夯實課程基礎(chǔ)、立體化搭建知識框架、立體化設(shè)計教學環(huán)節(jié)的教學實踐與教學效果校驗，使教與學皆受益匪淺。對學生的情況和所講授課程的內(nèi)容設(shè)計出立體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，交叉運用多種教學手段和輔助設(shè)備，使學生有目的、自覺地完成問題的發(fā)現(xiàn)和解決，并通過教學反饋及時完善等措施，可以立體化地夯實教學基礎(chǔ)，立體化地搭建知識框架，立體化地設(shè)計教學環(huán)節(jié)。顧鍵萍[9]對高校計算機基礎(chǔ)分層式立體化教學模式進行了有益探討。王春曉[10]等以本科生教學為視角進行了立體式課堂教學的研究，提出立體式課堂教學的核心之處在于突破對本科生進行單純的專業(yè)知識灌輸，轉(zhuǎn)而構(gòu)造課堂教學內(nèi)容的立體性，即以專業(yè)知識教育為核心，以思想政治教育為主線，以就業(yè)創(chuàng)業(yè)教育為精髓，以專業(yè)相關(guān)知識為輔助。《工程熱力學》這門專業(yè)基礎(chǔ)課也可以充分利用立體化教學方法，立體化夯實基礎(chǔ)，立體化搭建專業(yè)知識框架，這樣必然會促進學生學習。

3分層次立體化教學的實施

筆者在《工程熱力學》的教學中根據(jù)學生自己學習目標的不同，將學生分為了三類：基礎(chǔ)型、擴展型和拔高型?；A(chǔ)型主要包括相關(guān)基礎(chǔ)較差，平常還經(jīng)常掛課，老師必須經(jīng)常督促才會學習的少數(shù)學生。基礎(chǔ)型學生一般都有累記的掛課學分，很多可能達到兩位，甚至面臨留級的尷尬局面。因此，利用適當?shù)慕虒W方法，使基礎(chǔ)型學生達到《工程熱力學》的教學目標，同時能使其對今后的大學學習產(chǎn)生自信和興趣，是本文教學方法的重要目標。拔高型主要包括相關(guān)基礎(chǔ)很好，立志保研，出國繼續(xù)深造或?qū)⑦M入大型企業(yè)或研究所工作，學習成績目前保持在專業(yè)較前的學生。這部分學生，學習很用功，并在課余時間他們甚至喜歡到實驗室去做點力所能及的科研工作。如何引導(dǎo)學部分學生，掌握一定的書本之外又與《工程熱力學》密切相關(guān)的知識是分層次立體化教學的重要目標。擴展型學生介于基礎(chǔ)型和拔高型之間，也可以與其他兩種類型進行轉(zhuǎn)化，只要適當引導(dǎo)，他們一般都能達到較好的學習目標。

進行分層次教學的一個重要環(huán)節(jié)就是如何對三類學生進行劃分，主要有兩種方法。①向輔導(dǎo)員和班長及學委調(diào)查，將經(jīng)常掛課而又學習懶散的劃為基礎(chǔ)型，將成績排名較好的劃為拔高型，其他的為擴展型。②通過上課提問進行劃分，根據(jù)提問調(diào)查結(jié)果最終確認劃分情況。作者本人在《工程熱力學》的教學中，每次課經(jīng)常利用15分鐘左右時間，邊回顧知識邊提問10個小問題，這樣很快就能找到基礎(chǔ)型學生，這些學生也是教學關(guān)注的重點。基礎(chǔ)型學生是最需要幫助的，讓他們在這門課上取得較好成績，產(chǎn)生學習興趣，對其將來發(fā)展具有至關(guān)重要的引導(dǎo)作用?；A(chǔ)型學生主要督促其掌握基本原理及其內(nèi)在聯(lián)系，對于拔高型學生可以引導(dǎo)他們在科研中進一步認識深化所學基礎(chǔ)知識，對于擴展型學生，可以引導(dǎo)他們適當?shù)財U展書本知識。

《工程熱力學》是熱工等專業(yè)的基礎(chǔ)課，是學習傳熱學及電廠相關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ)，《工程熱力學》與熱工相關(guān)科目可以構(gòu)成一張立體化的網(wǎng)絡(luò)，同時《工程熱力學》自身知識脈絡(luò)也是一張立體化網(wǎng)絡(luò)?；A(chǔ)型學生主要掌握《工程熱力學》內(nèi)部知識的主要脈絡(luò)即可，這樣既能適應(yīng)他們的接收能力，又能培養(yǎng)其一定解決問題的能力，擴展型學生需掌握《工程熱力學》絕大分知識網(wǎng)絡(luò)，而拔高型學生，不但要掌握基礎(chǔ)知識網(wǎng)絡(luò)，還要了解整個專業(yè)知識網(wǎng)絡(luò)，以加深其對《工程熱力學》基礎(chǔ)地位的認識。當然以上劃分是基本目標，學生可以在掌握以上知識基礎(chǔ)上，可以根據(jù)自己的興趣進一步擴大知識面。

圖1是一張基礎(chǔ)知識立體網(wǎng)絡(luò)圖，本文就以此為例對分層次立體化教學進行分析。

熱力系兩大重點：分類和狀態(tài)。狀態(tài)包括平衡、準靜、可逆及狀態(tài)參數(shù)等重要知識點。同時要講清楚，平衡條件，為什么引入準靜，可逆，準靜條件下，膨脹功表達式，可逆條件下熱量表達式，狀態(tài)參數(shù)的特征，這些是基礎(chǔ)型學生必須掌握的。進一步結(jié)合狀態(tài)參數(shù)的特征，引出疑問，δq=Tds，為什么只能適用于可逆過程？此問題將狀態(tài)參數(shù)特征與熱力學第二定律中的克勞修斯不等聯(lián)系起來。是拔高型學生必須掌握的。熱力學分類中，四個系統(tǒng)的特征及為什么引入這些系系統(tǒng)，及其內(nèi)在聯(lián)系是什么？閉口系與開口系為熱一律提供了研究對象，分別對應(yīng)兩類方程（穩(wěn)態(tài)），這兩類方程又是等價的（難點），等價性能推導(dǎo)出技術(shù)功表達式。開口系方程用于描述噴管內(nèi)流動現(xiàn)象，可以輕松地把噴管的基礎(chǔ)知識引出。孤立系為熱二律提供了研究對象，對應(yīng)著熵增原理，熵增原理又可以用一個特殊的系統(tǒng)進行證明（難點），這又是熱力學第一定律的內(nèi)容，僅拔高學生掌握。簡單可壓縮系統(tǒng)，與狀態(tài)公理聯(lián)系起來，可以解釋簡單可壓縮系統(tǒng)為什么有兩個獨立參數(shù)。綜合開口系、閉口系，可逆過程，可以得到熱力學一般關(guān)系式，結(jié)合理想氣體的特征，可以得到理想氣體焓和熵的微分表達式等，這又可以為p-v圖或T-s圖作圖提供理論指導(dǎo)等，又可用于循環(huán)中熱效率分析。通過以上一個小小立體圖，就可以關(guān)聯(lián)《工程熱力學》非混合氣體的絕大分部知識點，可以極大提高學生的學習興趣，同時可以根據(jù)不同學生的學習層次提出不同的學習要求。

在《工程熱力學》的立體化分層次教學過程中，作者還將全班57個學生劃分為五組，每組中不同層次學生互相搭配，通過組內(nèi)討論形式，每組確定一個與工程熱力學相關(guān)的研究或調(diào)研性課題，經(jīng)過一個月時間充分準備后五個組分別進行答辯互評。被確定的課題包括：家用汽車渦輪增壓的原理及實現(xiàn)方法，太陽能利用中熱力學問題，相變儲能問題，導(dǎo)熱微分方程的推導(dǎo)，噴管內(nèi)流動方程的推導(dǎo)等。同學們選題及ppt制作都非常認真，通過互相講述和評論，同學們開闊了視野，增加了學習興趣，取得了良好效果。

經(jīng)過一學期的分層次立體化教學實踐，兩個實踐班的成績（見表1）基本讓人滿意。

兩個班學生總共57人，80分以上達到51人，優(yōu)良達到89.5%，并且沒有70分以下的學生。這也是作者《工程熱力學》教學成績最好的一次，這次教學實踐成績與往年明顯的不同是沒有學生掛課，并沒有成績低于70分的學生，這說明所有學生的學習積極性都已經(jīng)調(diào)動起來，所有學生都在學習。這也真正達到了分層次立體化教學的教學目標。

4結(jié)論

目前網(wǎng)絡(luò)游戲盛行，大學生沉迷游戲不得不輟學的現(xiàn)象時有發(fā)生，造成人才浪費和不良社會影響，即使正常學習的學生也有自己不同的學習目標和追求。面向全體學生，承認學生差異，根據(jù)學生學習基礎(chǔ)的不同和學習能力的差異，更重要的是學習目標的不同，制定不同的教學計劃，實施不同層次的教學，通過有效的手段最大程度上激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)其獨立思考問題、分析問題與解決問題的能力，對于各類學生都具有重要意義。

本文根據(jù)自己的教學實踐提出了針對《工程熱力學》的分層次立體式教學方法，該教學方法通過立體地編織知識網(wǎng)絡(luò)，闡釋零星知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，并將課本理論聯(lián)系到實際中去來激發(fā)學生的學習興趣。同時將聽課對象人為的劃分為三類，即：基礎(chǔ)型、擴展型和拔高型，分別針對三類學生因材施教，并充分利用三類學生各自的愛好和興趣來活躍課堂氣氛，激發(fā)各類學生的學習興趣，提高學生學習的主觀能動性，以全面提高整體學習效果。作者采用分層次立體教學方法針對兩個班的《工程熱力學》進行了教學實踐取得了良好的教學效果，80分以上學生占89.5%，并且沒有低于70分的學生。這也是作者《工程熱力學》教學成績最好的一次，這次教學實踐成績與往年明顯的不同是沒有學生掛課，并沒有成績低于70分的學生，這說