工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨
摘要：为了有效提高工程热力学课程的教学效果，提出了将PBL教学模式引入到工程热力学的教学活动中，该方法以学生为中心，以提出问题、分析问题和解决问题为主线贯穿课程始终。分别介绍PBL教学模式的概念和特点；针对该课程的特点，着重分析了PBL教学模式在该课程教学中的优势；最后指出了PBL教学模式在该课程教学应用过程中的不足之处，提出了PBL教学模式与传统教学模式相结合的实施方法，可以互补不足，从而达到更好的教学效果。
关键词：工程热力学；PBL教学模式；探讨
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）12-0090-02
工程热力学是众多工程类专业的主要专业基础课，然而长期以来，由于该课程理论性强，概念多且抽象，公式推导多，应用条件复杂，使得教师不易教，学生不易学。因此，如何教好、学好工程热力学，成为该课程教学的关键。[1，2]教师需要在教学中不断改进教学方法，并适时引进先进的教学手段，才能使教与学的效果达到最佳。[3]
基于问题的学习（Problem-Based Learing，PBL）是基于建构主义教育理念而发展起来的一种新型的教学模式，目前正越来越多地被许多教育和培训领域所采用和重视。如今，PBL 被认为是适应高等教育发展的教学新模式。鉴于工程热力学课程的现状，将PBL理论引入到该课程的学习中，有利于学生开放思维、应用能力及创新能力的培养，从而有必要进行深入探讨。[4，5]
一、PBL教学模式的特点
传统教学模式以教师为中心对课堂教学进行组织和管理，形式比较单一，而学生只能被动地接受知识，缺乏主体意识，不利于学生综合运用知识能力、自主性和创造性的培养。而PBL教学模式有别于此式，它是以真实且较为复杂的问题为核心来引导学生学习，通过互动讨论及概念辨证等多种方式创造性地解决问题，培养学生观察分析、思考研究、解决问题、整理归纳及沟通交流等实际应用能力。[5，6]具体适合工程热力学教学以下特点：
1.以问题为核心
PBL教学模式以问题为核心展开教学活动，把问题作为学生学习的动力。学习过程表现为提出问题、分析问题、解决问题的全过程：首先教师需根据教学内容的实际需要和具体的教学目标针对学生普遍难懂的问题，结合工程实际，设计出具有真实情境的有意义问题，要求学生在老师的引导下及相互交流中思考问题、分析问题、探究问题，寻求解决思路、处理问题的方法，顺利解决问题并作分析总结。该环节要求教师要为学生创设较为真实的情境以激发学生兴趣，旨在培养学生分析问题、解决问题的能力，灵活地掌握知识。
2.以学生为主体
利用所设计的问题激发学生的好奇心，从而在老师的适当引导下自主地思考问题，积极主动开展以解决问题为目标的系列探索活动。学生可以通过思考、查阅资料、小组讨论、分工合作等多种方式进行。这种学生自主的学习过程逐渐减弱了学生对教师的依赖，可以在探究问题过程中体会到学习的快乐，通过自己劳动所得也更能够激发学生们的责任感。此时，教师作为问题的创设者，旨在提供必要的资源，适当引导，并对问题的解决过程和最终结果做出合理评价。
3.以小组为单位
设置的PBL中的问题是复杂的，往往需要多方面知识加以解决，对单个学生来说难度较大。为了提高效率的同时又不打击学生积极性和自信心，将学生分成多个小组，以小组为单位，接受所布置的问题。任务接下来后，成员们分析讨论，明确问题的研究方向和方法，或根据完工步骤，或根据不同方法进行分工协作，然后各负其责逐渐攻克问题的各个环节，最后再汇总分析，给出解决方案。团队的协作工程加强了学生之间的交流合作，实现优势互补，也要求各成员负责的态度，易形成高效率、高水平的问题解决方案。
PBL教学模式具体的实施步骤如图1所示：
二、PBL教学模式的优势
PBL教学模式可以为学生创设各种按近现实的学习环境，有助于培养学生解决实际问题的能力，激发他们的学习主动性和责任感。与传统教学模式相比，工程热力学的PBL教学模式具有以下优势：[7]
1.适合工程热力学教学的特点
首先，工程热力学的基本概念多，且易混淆。如熵、焓和火用等基本概念，而且概念之间互有联系和区别，学生对基本概念理解容易混淆在一起。其次，公式多，且应用前提不同。不同的应用条件，很多公式之间互相联系，同时又因为应用条件不同，有不同的表达形式。另外，内容抽象，理解较难，需要教师采用科学合理的教学方法讲授。
工程热力学的PBL教学打破讲授为主的模式，预期在教学过程中结合实际问题、以学生为主的方式使学生通过认识过程去掌握认知结构，从而掌握工程热力学的基本概念、理论和计算，并具有对各种工程热力学问题进行初步定性定量评价的能力和分析解决热工技术问题的能力。另外，在工程热力学PBL教学的初步成效后，可将其逐步推广到工程流体力学、传热学等课程中去。
2.有利于学生自主学习、合作学习的培养
PBL以学生为主体，通过团队合作以解决问题为目的自主开展学习。学生们可以在交流中理解相互的学习感受，更客观地认识工程热力学课程，达成共识。对所设计的问题，学生各负其责，及时有效地去完成所分配任务，遇到问题就集中讨论、互助协作，加强了彼此沟通，培养了合作意识，合作能力也得到增强，使盲目学习转变为带着目标的主动探索学习。
3.有利于体现教学效果
从问题的解决过程、进度与结果等多方面看，PBL教学模式能够多方面、多角度发现学生们存在的学习问题。譬如，对以往大学物理、流体力学以及工程热力学基本概念等知识的掌握程度、综合多门课程知识的运用情况、对现有知识的理解深度以及个体之间的差异等。这些信息可以及时反馈到教师那里，便于教师适时地提供引导和帮助，合理调整课程进度与教学策略。以此同时，学生会在认识问题和解决问题过程中找到自身的不足，也会在交流合作中看到差距，从而明确自己的学习目标，弥补不足，努力缩小差距。
三、PBL教学模式面临的问题
尽管PBL教学模式具有很大的优越性。但是，在实际的工程热力学教学过程中，推行PBL教学模式还面临着很多具体的问题。
1.投入涉及较多
PBL教学模式需要学校的认可和支持，这在基础上保证了教学活动的开展；需要教师投入更多时间和精力，不仅要合理设计问题，合理布置环节，还要合理分配小组；不仅要合理布置问题任务，还要提供必要的学习资源；不仅要适时监督和引导，还要控制好进度与学时；不仅要跟踪学习过程，也要对结果进行评价，还要督促学生总结反思。需要学生积极配合，不仅要投入精力、投入时间，也要投入责任心和合作能力。这都给学校、老师和学生提出了多方面要求，从而在实施过程中会遇到较多不确定因素。
2.难以掌控因素多
PBL教学模式需要教师控制好教学进度、合理调整各章节之间的关系，以能够如期完成教学任务；需要控制好提供资料的范围，过多达不到效果，太少则不利于学生学习活动的顺利进行；需要控制好设计问题的难易程度，从而激发学生兴趣；控制好问题的评价机制，从而增强学生的自信心；这些不确定的控制程度给老师提出了更高的要求，给课堂活动的顺利开展带来较多不确定。
鉴于以上PBL教学模式存在的不足，PBL在课程教学的应用还需要做很多工作。为了便于实施，该模式在实行初期需要结合传统的教学模式，共同开展教学。
四、结语
工程热力学教学如何有效地提高“工程热力学”的教学效果，解决学生难学、教师难讲的问题，是教研室各位教师一直思索的问题。PBL教学模式符合人们学习的认知规律，适应工程热力学的现状，能够锻炼学生的思考能力、自主能力，培养学生的合作意识和责任心，符合工程热力学教学和人才培养的要求。但PBL教学模式仍存在一些不足，需要结合传统的教学模式，以取得更好地教学效果。
参考文献：
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[2]王海霞，毕文峰.工程热力学绪论课教学研究[J].中国冶金教育，2011，（3）：21-22.
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[4]玉松，冯刚玲，李小菊，等.PBL 教学模式在卫生学实验教学中的应用[J].农垦医学，2008，30（6）：532-533.
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（责任编辑：王意琴）
