引言

热工基础是由工程热力学和传热学两门课程组成的综合性热工技术基础理论，主要研究热能利用的基本规律、提高热能利用率的方法以及热现象中热量传递的基本规律，是能源、动力、化工、机械、电子、土木等学科的主干技术基础课，也是工程类专业中介于基础课和专业课之间起桥梁和纽带作用的核心专业基础课。许多授课教师在课程学时普遍压缩的大环境下颇感这门课程难教的压力，而学生则感到这类课程枯燥无味，面对问题不知如何思考，学习兴趣不浓。导致这种现象的原因，一方面缘于学科取向的课程价值追求，另一方面则缘于以讲授为主的教学模式。

学科取向的课程往往以该学科的知识体系为旨归，在课程目标的定位上，知识目标所占的比重远超技能目标。而以讲授为主的教学模式，容易将学生定位于知识的容器，忽视了学生作为知识建构者的主体地位，直接导致学习过程以被动接受为主，主体性得不到张扬，不利于创新思维的培养。学生的主动学习意识薄弱，大多数学生期待和寄希望于考前复习，采取集中学习、背诵要点和死记硬背公式的方式来应对考试，而这恰恰是理工科教育的大忌，也违背了本科教育的培养目标和意义。在这种教育模式下的学生会既得幸于这种应考“技能”，又失落于学不到知识和技能，长此以往，恶性循环，对大学的学习生活失去兴趣和信心，并且引发连锁反应，在一定程度上影响本科生的培养质量，进而导致学生就业难以及社会认可度低等一系列问题^[1]。

《老子》云：“授人以鱼，不如授之以渔。”授人以鱼只救一时之急，授人以渔则可解一生之需，预见了教学的核心之所在。而法国的启蒙主义教育家卢梭也认为，教师的职责就是教其研究学问的方法，培养学生的兴趣^[2]。这就需要从以教师为中心的“知识型教学”模式转换成为以学生为中心的“研究型教学”模式，提升学生思维能力、交流沟通能力、发现和解决问题能力等综合性素质。所以，如何让“传统教学”最大限度地被学生主动接受和认可，从而过渡到“研究型教学”，以及保证这种教学改革的有效实施、真正发挥“研究型教学”的教育宗旨，是笔者在此将要重点探讨的问题。

1 研究型—启发式联合教学法的设计思路与流程

研究型教学是指在教师的指导下，学生从学习生活和社会生活中选择并确定研究专题，用类似科学研究的方式，主动地获取知识、应用知识、解决问题的教学模式，对于激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识与能力具有积极的作用^[3]。教育部教基[2000]3号文件将研究性学习定义为：“以学生的自主性、探索性学习为基础，从学生生活和社会中选择和确定研究专题，主要以个人或小组合作的方式进行。通过亲身实践获得直接的经验，养成科学精神和科学态度，掌握基本科学方法，提高综合运用所学知识解决实际问题的能力。”而《工程热力学与传热学》（也称《热工基础》）课程的特点是概念多、公式多、内容多，公式之间的关系错综复杂，理论性极强，对高等数学的应用要求也颇高。如果将全部教学内容都采用“研究型教学”的模式进行教学，显然不符合教育教学规律。笔者根据多年的教学经验，以40学时（36学时课堂教学、4学时实验操作）的《工程热力学与传热学》课程为试点，将课程中与工程实际结合紧密的六个知识模块（12学时）采用“研究型教学”模式1（图 1）和模式2（图 2），其余24学时采用“互动启发式教学”模式，而作业的讲解和课堂疑惑点则以微课的形式提供到这门课程的网络课程中心平台。

1.1 “研究型教学”模式1的教学设计和基本流程

“研究型教学”模式1是针对本课程中能力点要求较高、期望学生能够主动接触并获取该领域的最新科技成果、引导和激励学生提出创新点而设计的教学模式。这种教学模式最大限度地提供了具有个体差异性的学生的个性展示，引导和辅助学生主动联系知识和现实问题，挑战学生高层次的思维和整理信息的能力，充分发挥研究型教学中学生的主体地位，积极调动学生的主观能动性和创新思维。

该教学模式所设定的3个专题分别为：（1）给定一定条件下的两个内燃机混合加热循环，让学生定性分析与比较这两个循环的热力过程和热效率；（2）给出一种热导率测量装置示意图，让学生分析装置的测量原理并设计另一种热导率测量装置；（3）给出三个传热学专题（a.微重力传热；b.微尺寸传热；c.用热质比拟原理设计流体横掠椭圆管的对流换热实验），让学生任选其一进行调研和论述。在“研究型教学”模式1流程中，“教师根据课前学习内容设定重点和引导性问题”是不可忽视的一个关键环节。因为“研究型教学”模式对学生来说是一个全新而又充满挑战的教学风格，教师要在学生刚接触这种教学体验时给予充分引导、支撑和激励。而在教师分派研究任务前先给学生设定好重点学习内容和引导性问题，无疑辅助了学生有方向性和目标性地开展问题调研，是启动和驱动学生进入教师设计的研究型教学模式大门的一把钥匙。

1.2 “研究型教学”模式2的教学设计和基本流程

“研究型教学”模式2是针对本课程中和工程实际结合紧密的重点问题所设计的教学模式。学生的学习过程不再是老师的原理讲解和例题分析，而是“基于问题”的学习模式。教师会在课前针对这个工程问题设定完整的和逻辑性较强的引导性问题，引导学生做好充分的知识储备和准备。课堂教学活动采用教师提出问题——学生分析问题和解决问题——教师和学生互动评价问题的操作模式，课前锻炼了学生理解、掌握新知识的学习能力，课中锻炼了学生运用自学的新知识信息刺激大脑快速分析整理问题、解析工程实际问题的能力，同时也体现了研究型教学中以学生为主体、以教师为主导的教育理念，学生解决工程问题的过程也是认知自我、肯定自我和激励自我的人格培养过程。该教学模式所设定的3个知识模块分别为：（1）压气机的多级压缩、级间冷却过程，设计的课堂问题是：给定某CNG加气站压缩机的必要工作参数和气体已知参数，设计压缩机的级数；（2）喷管计算（气体流速、流量及喷管设计），设计的课堂问题是：给定喷管设计计算的相关参数，正确合理地对喷管进行选型和设计；（3）无相变强迫对流换热的计算，设计的课堂问题是：给定某管内强迫对流换热计算的已知条件，让学生分析并比较相关不同经验公式的计算结果，从而理解和体会每一个经验公式的优缺点以及适用条件和范围。

1.3 “互动启发式教学”模式的教学设计和基本流程

所谓互动启发式教学，就是在教学过程中，将学生作为学习的主体，调动学生学习的主动性，引导学生独立思考、积极探索，从而达到启迪思维、发展智力、提高分析问题和解决问题的能力^[4]。笔者设计的“互动启发式教学”模式如图 3所示。

此种模式是在授课内容的不同节点上层次性地设计出能刺激和启迪学生对新知识从好奇、探索到分析、发现的思考题，而设计出具有悬念、环环相扣、逐步递进、深入浅出的“思考题链”是这种教学模式的关键所在。所谓“思考题链”，是指对于一个完整的教学知识模块，教师在不同的授课环节所设计的不同的具有针对性的思考题，主要分为以下几个环节。

（1）在“通过现象引入概念或原理”环节，教师可先举例1到2个现象，采用思考和提问的形式让学生从现象中归纳总结并抽象出概念，教师对学生总结出的概念进行点评、修正或与学生平等交流、讨论，再让学生根据提炼出的概念例举更多的相关现象，在举例中让学生自由讨论和辨证这些现象的“真伪”。学生会对一个抽象的概念从陌生到熟悉，也会在对现象的思考中逐步逼近对概念和原理的熟练掌握。

（2）在对概念涉及到的原理或定理进行推导的教学环节，教师要针对推导公式所用到的定律和守则启发性地设计相应的思考题，推导公式的每一步要设计好为什么要这样推导的问题，让学生沿着教师设计的问题带有浓厚好奇心去自行推导公式。这种教学设计提高了学生的主观能动性，调动了学生的独立思考精神，发挥了学生的学习主体地位，也避免了工科类传统教学模式中一推导公式学生就容易走神，而一走神就听不懂后面的教学内容的尴尬教学瓶颈。

（3）在“知识点、能力点训练”环节，教学设计与“研究型教学”模式1类似，此处不再赘述。

2 研究型教学的前提和条件 2.1 以情施教的情感教育理念是任何教学体制的前提条件

研究型教学是让学生在教室中成为展示自我、释放学习能力和创新精神的“主角”，而教师则在这里扮演“场外教练”的角色。如何让学生信任并喜欢这个“教练”，如何让学生在平等、快乐、轻松、和谐的氛围中经过教师的引导主动发现和获取知识，如何面对不同性格、不同基础的学生最大限度地提高研究型课堂的参与度和认可度，情感教育起着催化剂和调和剂的作用。教师对其学科、专业的挚爱与否，对学生是否真爱都会被每一个敏感的学生感知，学生们时刻与教师处在相互构建、相互形塑的过程中^[5]。对于研究型教学模式，教师尤其是要敏锐识别和关注性格内向和叛逆的学生，给予不愿意接受新的教学模式的个别学生充分的接受时间和关爱，帮助学生逐步建立研究型学习的兴趣，充分肯定、激励和赞扬学生的学习表现和过程。研究型教学是以学生分组的形式进行，教师要引导和营造小组成员团结协作、共同进步的学习氛围和奖励机制。同时，教师要体察和分析教学中学生学习的苦乐属性，以情优教，通过情感关怀和循序引导让学生体验乐学带给他们的愉快感和自我价值认可感。

2.2 通过兴趣激励法让学生乐学其中是研究型教学的工作切入口

如果说情感教育是师生之间建立沟通交流、是学生愿意敞开心扉接受这个教师教学方式和教学内容的一把钥匙的话，兴趣激励法则是学生进入教师设计的教学模式并顺利完成教师教学目标的导火索和活化剂。从心理学上讲, 人们总是对新奇的东西特别感兴趣，并能对感兴趣的东西自觉地、积极地去学习、去探索，即具有了学习知识的内驱动力。对于研究型教学模式，精彩地设计和选择问题或研究任务是一个至关重要的环节，这些问题如能与现实世界或工程热点问题相联系，便很容易激发学生的学习和研究兴趣^[6]。例如：在传热学绪论章节中，提出思考题“为什么人手摸72 ℃的铁和600 ℃的木头感觉是一样的？”在传热学对流换热章节中，提出问题任务“如何看待和分析国家游泳中心——‘水立方’建筑在建筑材料选择和建筑结构设计中体现绿色建筑的矛盾问题？”在传热学换热器章节中，提出问题任务“热管在解决世界难题青藏铁路冻土层问题中发挥着什么作用？”这些问题犹如发动机里的火花塞，对学生的思维一触即燃，激发学生由疑问到思考的强烈求知欲望。

2.3 科学公平的评价机制是研究型教学的必要保证

在研究型教学中，建立科学公平的评价机制是实施这种教学模式的必要保证。完善的评价机制可以充分肯定学生的学习与研究过程，激励学生的参与积极性，体现学生的自我认知价值，提高团队的协作意识和有效沟通能力。教师在引导和控制研究型教学过程中，要毫不吝啬地以各种方式肯定和赞扬积极表达思想和观点的同学，同时要鼓励和激励个性内敛的同学，在课堂中营造宽松快乐的学习氛围。对于笔者从事的《工程热力学与传热学》研究型试点教学，采用“总成绩=平时成绩（30%）+实验成绩（10%）+期末卷面成绩（60%）”的考核方式，其中：平时成绩=课堂表现（60%）+出勤（20%）+作业（2 0%），课堂表现成绩即为学生在3种教学模式下的课堂成绩，其中研究型教学模式1和模式2是以小组为单位打分，模式3是以学生个体为单位抢答得分。课堂表现成绩主要从文献查阅和归纳能力、逻辑分析能力、理论研究意义、工作量和语言表达能力等方面进行评审和评分，其中：教师评分占50%，小组之间评分占50%。

笔者在评分时不仅仅是以学生答辩或回答的正确率给分，更看重的是学生的参与和思考过程，学生即便回答错误也会给予充分鼓励和适当给分，所以课堂气氛非常活跃，学生回答问题十分积极踊跃。因为一个较难的研究任务往往是各个小组研究成果的综合智慧结晶，而对于教师在课堂中提出的一个较难的思考题，也往往是众多学生在回答过程中在老师的一步步指引和点拨下逐渐向真理逼近的过程，所以，对所有同学的参与和思考过程给予充分的肯定和鼓励，是提高学生参与和乐学于研究型教学的重要评判标准。

3 研究型—启发式联合教学模式的实施效果

笔者的研究型—启发式联合教学模式的首次试点对象为西南石油大学2013级机械工程专业某教学班。在课程中期，笔者设计并实施了一次问卷调查，该班共有学生77人，有效问卷调查份数为75份。问卷内容和统计结果见表 1。

从问卷调查的统计结果来看，大部分学生在课程中期对于新的教学模式还是可以接受和适应的，也能认识到教学模式的改革对于自己探索和发现新知识、提高学科能力和研究水平以及创新思维和实践能力的培养都有积极和必要的作用。

笔者为了检验本次研究型教学模式的成效，在本期的期末考试试题中，将一道10分的简答分析题和一道15分的计算题在分析问题能力和创新思维检验上有侧重性地提高，与传统的考查大纲要求的知识点和能力点的相同题型相比，这两道题难度系数都有所提高。由于笔者是初试研究型教学模式，为了检验新教学模式的成效，本期所教的两个教学班中只有一个班采用了该教学模式，笔者分析比较了两个教学班在不同题型上的得分和理解能力。为了尽量消除不同班之间学生本身学习能力和基础等因素对统计结果的影响，笔者将不同阶段学分绩点的学生进行分组统计。其中，能力提高性题型为前述的一道10分简答分析题和一道15分的计算题，共计25分，结果见图 4(a)，其余75分其他题型的统计结果见图 4(b)。从统计结果可以看出，研究型教学模式对于各个学分绩点区段的学生的分析问题能力和创新性思维的培养都有不同程度的提高，尤其是对于学分绩点居中和较低的学生效果更为显著。统计结果充分肯定了笔者在探索和应用研究型教学模式上的教改模式和思想，增进了笔者在研究型教学模式应用和改革上的信心。

4 结语

总结笔者的教学经验，研究型—启发式联合教学法在热工系列课程中的实践要把握好以下几个环节：（1）设计科学合理的教学环节；（2）针对不同的教学内容和能力培养点设计不同的研究型—启发式联合教学模式；（3）合理地设计和选择研究任务或问题是启动研究型教学的一把金钥匙；（4）以情感教育为前提、建立兴趣激励和人性化评价机制是保证研究型—启发式联合教学法实施的前提和必要条件。

研究型—启发式教学模式体现和实现了高等教育事业的核心价值——探索、研究和发现，可以引导学生主动联系理论知识和现实问题，为训练未来具有较高研究水平和创新思维的学者、科学家、工程师指明了方向。