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摘要：为落实应用型本科高校人才培养机制，构建全方位的育人模式，以成都工学院为例针对机械类专业的“热工基础”进行课程分析，基于STEM教育理念对课程教学进行探讨，研究发现STEM教育理念能够很好地融入热工基础课程，为同类高校综合性课程的开展提供了教学思路。
关键词：STEM教育;应用型高校;热工基础;课程分析;教学策略
【中国分类号】G642 【文献标识码】A 【文献编号】
在应用型本科教育过程中，推动高素质应用型人才的培养、探索利于人才培养的教学路径是贯彻落实习近平新时代中国特色社会主义思想的必然要求[1]。成都工业学院（以下简称“我校”）作为一所应用型高校，始终秉持“手脑并用、学做合一”的校训，不断完善人才培养机制鼓励“教与学”的创新与实践。“热工基础”作为一门讲述热能转换规律（尤其是与机械能的转换）和有效利用的课程，在机械类本科专业教学中有着重要地位。我校智能制造学院总结大量国内外同类高校机械类专业办学经验并调查对口企业需求后，于2017年将《热工基础》课程全面引入机械类专业课程体系中，目前已完成教学2轮次，选课总计635人次，共10个教学班。整体来看，该课程内容丰富，综合性强，要求学生具备较高的基础学科素养，故存在一定的教学难度，采取何种教学方式或手段则是至关重要的。对此，本文基于STEM（Science & Technology & Engineering & Mathematics）教学理念对热工基础课程进行了课程分析并提出了教学策略。
1 STEM教育理念
STEM是科学，技术，工程，数学英文首字母的缩写，该理念最先由美国提出，在于综合运用科学技术或工程知识来解决问题，对综合性、应用型人才培养有着至关重要的作用[2]。目前，国内部分高校也对STEM教育理念的实践进行了教学上的初探。STEM教学注重知识的综合运用，通常以问题或项目作为“驱动”，用任务式的学习过程帮助学生进行知识储备的同时激发学生探究、实践、合作、创新的能力，提升学生的知识获得感和满足感。在当今全球化、信息化的驱动下，STEM教学理念能为应用型高校培养出更加优质的人才，也为我国教育发展提供了一条有效路径。而热工基础作为一门需要融入多学科理论的综合性课程，STEM教育便可在其中发挥重要作用。
2 我校机械类专业热工基础课程分析
教学内容方面，我校机械类热工基础课程主要包含工程热力学、传热学两部分内容，依据数学模型搭建起热科学基本理论，并以此引出现有热工技术来解决工程实际问题。教学重点突出对蒸汽机、燃气动力机、制冷机和换热器等热工机械设备运行原理的描述，引导学生掌握热能转换的基本定律以及热量传递的基本方式与过程。
学情方面，该课程授课对象为机械设计制造及其自动化、机械工程、机械电子工程等机械类专业本科二年级（下）学生。选课前，学生已修完高等数学，大学物理等基础课程，对热现象有感性的认知，具备一定的机械原理分析能力。但从目前授课情况来看，课程开展不容乐观：学生综合能力表现不强，实践应用能力欠缺，与应用型人才培养目标存在一定差距。分析认为主要原因在于：1）教师经验不足，课前缺乏对热工科学合理的教学引导;2）学生兴趣不高，对热工技术掌握愿望不强烈;3）师生互动不强，课中以讲授为主的单一教学方法不利于知识传输和应用扩展。
STEM教育理念重在开展综合性的教学活动，以问题或项目驱动学生自主学习，完成科学知识的整合和对技术的应用。所以，将STEM教学理念贯穿下一轮的热工基础教学过程将是合理且可行的。
3 STEM教育理念下热工基础教学策略
3.1 师资培训，STEM素养主导教学实践
应用型人才培养模式中，教师作为教学主导者，其STEM教学素养水平直接关系教学效果。应用型高校可遵照《STEM教师能力等级标准标准（试行）》开展STEM师资培训提升教师业务能力水平，教师在培训和研修的过程中不断进行教学实践，将STEM教学理念认知进行全面升华。例如，在“热辐射”课堂中引入“温室效应”，从科学的角度（热辐射的吸收、反射、投射）引导学生探讨两者的因果关系，进而拓展至“全球变暖”说明环境保护工程的技术手段。
3.2 理实呼应，项目化教学激发学习兴趣
知识的掌握体现在实践层面，热工基础课程理论对指导实践有着重要意义，可依据教学目标开展切实可行的项目化课程考核方式，激发学生学习兴趣，培养学生团队协作与嚴谨认真的科学态度。例如，将CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）技术软件（Fluent、STAR-CCM+等）引入教学，将其作为工具搭建计算机仿真工程，要求学生完成“平板导热”、“换热器”、“高温辐射”的数值模拟计算，并将仿真结果与教材中的实验数据进行对比验证，引导学生认识和掌握热量传递的三种基本方式和换热器的基础设计指标。
3.3 四位联动，信息与资源支撑创新教学
STEM教育实施的保障在于良好的教学开放环境和资源共享平台，依据不同教学内容开展多样化教学，打造以学生为中心，教师做引领，学校供平台，企业提需求的“生、师、校、企”四位联动人才培养机制。例如，为探究燃气动力机热效率提升措施，提升相关产品性能，学校可搭建创新交流平台分享最新科技成果，支持和鼓励学生参与研究，教师可从热力学第二定律中的“卡诺循环效率”和“熵”为出发点，揭示热效率理想最大值，为学生指明正确的研究思路。
4 结论
热工基础作为一门综合性学科，STEM教育可在其中发挥重要作用。提升教师STEM素养引导学生将热科学从感性认识升华到理性认识的同时，课堂教学更需融合行业技术，对比国内外差距，在“生、师、校、企”联动机制下引导学生参与科研或创新实践，运用项目化手段采用科学技术“工具”完成对热工工程的认识和改造，提升学生工业报国的信心和决心。综上所述，STEM教育将有助于落实应用型本科高校人才培养机制，构建全方位的育人模式。
参考文献：
[1] 宋立秋，蔡羞阅.加快培养应用型人才[N].吉林日报，2019-11-04（010）.
[2] 段瑶瑶.应用型本科高校创新型人才培养模式研究--借鉴STEM教育理论[D].西安理工大学，2019.
基金项目：
成都工业学院实验室开放基金项目（2019ZH03）;2019年国家级大学生创新创业训练计划项目（S201911116024）。
第一作者及通讯作者简介：
罗金武（1993—），男，硕士，助教，研究方向：CAD/CFD技术应用、机电一体化。
关键词：STEM教育;应用型高校;热工基础;课程分析;教学策略
【中国分类号】G642 【文献标识码】A 【文献编号】
在应用型本科教育过程中，推动高素质应用型人才的培养、探索利于人才培养的教学路径是贯彻落实习近平新时代中国特色社会主义思想的必然要求[1]。成都工业学院（以下简称“我校”）作为一所应用型高校，始终秉持“手脑并用、学做合一”的校训，不断完善人才培养机制鼓励“教与学”的创新与实践。“热工基础”作为一门讲述热能转换规律（尤其是与机械能的转换）和有效利用的课程，在机械类本科专业教学中有着重要地位。我校智能制造学院总结大量国内外同类高校机械类专业办学经验并调查对口企业需求后，于2017年将《热工基础》课程全面引入机械类专业课程体系中，目前已完成教学2轮次，选课总计635人次，共10个教学班。整体来看，该课程内容丰富，综合性强，要求学生具备较高的基础学科素养，故存在一定的教学难度，采取何种教学方式或手段则是至关重要的。对此，本文基于STEM（Science & Technology & Engineering & Mathematics）教学理念对热工基础课程进行了课程分析并提出了教学策略。
1 STEM教育理念
STEM是科学，技术，工程，数学英文首字母的缩写，该理念最先由美国提出，在于综合运用科学技术或工程知识来解决问题，对综合性、应用型人才培养有着至关重要的作用[2]。目前，国内部分高校也对STEM教育理念的实践进行了教学上的初探。STEM教学注重知识的综合运用，通常以问题或项目作为“驱动”，用任务式的学习过程帮助学生进行知识储备的同时激发学生探究、实践、合作、创新的能力，提升学生的知识获得感和满足感。在当今全球化、信息化的驱动下，STEM教学理念能为应用型高校培养出更加优质的人才，也为我国教育发展提供了一条有效路径。而热工基础作为一门需要融入多学科理论的综合性课程，STEM教育便可在其中发挥重要作用。
2 我校机械类专业热工基础课程分析
教学内容方面，我校机械类热工基础课程主要包含工程热力学、传热学两部分内容，依据数学模型搭建起热科学基本理论，并以此引出现有热工技术来解决工程实际问题。教学重点突出对蒸汽机、燃气动力机、制冷机和换热器等热工机械设备运行原理的描述，引导学生掌握热能转换的基本定律以及热量传递的基本方式与过程。
学情方面，该课程授课对象为机械设计制造及其自动化、机械工程、机械电子工程等机械类专业本科二年级（下）学生。选课前，学生已修完高等数学，大学物理等基础课程，对热现象有感性的认知，具备一定的机械原理分析能力。但从目前授课情况来看，课程开展不容乐观：学生综合能力表现不强，实践应用能力欠缺，与应用型人才培养目标存在一定差距。分析认为主要原因在于：1）教师经验不足，课前缺乏对热工科学合理的教学引导;2）学生兴趣不高，对热工技术掌握愿望不强烈;3）师生互动不强，课中以讲授为主的单一教学方法不利于知识传输和应用扩展。
STEM教育理念重在开展综合性的教学活动，以问题或项目驱动学生自主学习，完成科学知识的整合和对技术的应用。所以，将STEM教学理念贯穿下一轮的热工基础教学过程将是合理且可行的。
3 STEM教育理念下热工基础教学策略
3.1 师资培训，STEM素养主导教学实践
应用型人才培养模式中，教师作为教学主导者，其STEM教学素养水平直接关系教学效果。应用型高校可遵照《STEM教师能力等级标准标准（试行）》开展STEM师资培训提升教师业务能力水平，教师在培训和研修的过程中不断进行教学实践，将STEM教学理念认知进行全面升华。例如，在“热辐射”课堂中引入“温室效应”，从科学的角度（热辐射的吸收、反射、投射）引导学生探讨两者的因果关系，进而拓展至“全球变暖”说明环境保护工程的技术手段。
3.2 理实呼应，项目化教学激发学习兴趣
知识的掌握体现在实践层面，热工基础课程理论对指导实践有着重要意义，可依据教学目标开展切实可行的项目化课程考核方式，激发学生学习兴趣，培养学生团队协作与嚴谨认真的科学态度。例如，将CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）技术软件（Fluent、STAR-CCM+等）引入教学，将其作为工具搭建计算机仿真工程，要求学生完成“平板导热”、“换热器”、“高温辐射”的数值模拟计算，并将仿真结果与教材中的实验数据进行对比验证，引导学生认识和掌握热量传递的三种基本方式和换热器的基础设计指标。
3.3 四位联动，信息与资源支撑创新教学
STEM教育实施的保障在于良好的教学开放环境和资源共享平台，依据不同教学内容开展多样化教学，打造以学生为中心，教师做引领，学校供平台，企业提需求的“生、师、校、企”四位联动人才培养机制。例如，为探究燃气动力机热效率提升措施，提升相关产品性能，学校可搭建创新交流平台分享最新科技成果，支持和鼓励学生参与研究，教师可从热力学第二定律中的“卡诺循环效率”和“熵”为出发点，揭示热效率理想最大值，为学生指明正确的研究思路。
4 结论
热工基础作为一门综合性学科，STEM教育可在其中发挥重要作用。提升教师STEM素养引导学生将热科学从感性认识升华到理性认识的同时，课堂教学更需融合行业技术，对比国内外差距，在“生、师、校、企”联动机制下引导学生参与科研或创新实践，运用项目化手段采用科学技术“工具”完成对热工工程的认识和改造，提升学生工业报国的信心和决心。综上所述，STEM教育将有助于落实应用型本科高校人才培养机制，构建全方位的育人模式。
参考文献：
[1] 宋立秋，蔡羞阅.加快培养应用型人才[N].吉林日报，2019-11-04（010）.
[2] 段瑶瑶.应用型本科高校创新型人才培养模式研究--借鉴STEM教育理论[D].西安理工大学，2019.
基金项目：
成都工业学院实验室开放基金项目（2019ZH03）;2019年国家级大学生创新创业训练计划项目（S201911116024）。
第一作者及通讯作者简介：
罗金武（1993—），男，硕士，助教，研究方向：CAD/CFD技术应用、机电一体化。