劉 方，楊 麗，辛春梅，何光艷

一、引言

隨著國家“2030年碳達峰，2060年碳中和”（以下簡稱“雙碳”）目標的提出，綠色與高效發(fā)展成為我國能源體系建設的未來方向［1］。面對嚴峻的能源環(huán)境問題，發(fā)展可再生能源、提高能源利用效率、實現(xiàn)能源高效清潔利用對我國實現(xiàn)人口、經(jīng)濟、能源與環(huán)境持續(xù)協(xié)調發(fā)展具有重要意義，同時這也對能源動力類專業(yè)的課程教學與育人工作提出了新的要求［2］。

“工程熱力學”是國內(nèi)外工科高校一門重要的基礎課程，覆蓋面廣，適用于能源動力類、航空航天類、機械類等多個專業(yè)。該課程主要講述熱能和機械能相互轉換所涉及的物理定律、工質熱物性計算、循環(huán)分析方法及工程實現(xiàn)途徑等［3］。通過該課程的學習，學生可以正確地運用能量轉換基本規(guī)律進行熱工過程和熱力循環(huán)計算，掌握提高循環(huán)熱力效率的策略，這對學生理解當今社會廣泛關注的“雙碳”目標、能源高效利用和可再生能源開發(fā)利用等問題具有重要的理論指導意義［4］。中國礦業(yè)大學能源與動力工程專業(yè)基礎課“工程熱力學”采用全英語授課。為了助力新版課程質量標準的制定與實施，該課程教學團隊在原有課程基礎上，結合國內(nèi)外優(yōu)秀經(jīng)典案例，對教學內(nèi)容進行重新研究和設計，并采用翻轉課堂教學模式進行教學組織形式和教學方法的改革。

二、課程建設的理念與思路

在課程教學目標方面，為了讓學生打好基礎，深入理解“熱工”（工程熱力學與傳熱學的簡稱）的概念及熟練應用公式與定理，課程教學團隊認為要注重基礎理論知識的灌輸及動手能力、科學思維的培養(yǎng)，要更加注重學生對能源高效清潔利用方面等能源行業(yè)背景認知的拓展，以及對節(jié)能減排、低碳環(huán)保意識的培養(yǎng)。在國際交流愈加頻繁的形勢下，“工程熱力學”英文教學更加切合國際化專業(yè)需求及學生實際。另外，全英語授課將全面提升學生的英語應用水平，擴展學生國際視野，對于培養(yǎng)高素質、國際化人才具有重要意義［5］。這要求在課程建設時必須要對相應的英語教學內(nèi)容與目的、模式與手段、教材建設等方面進行全方面地調研與實踐［6］。

高校國際化是以教育要素的全球性、交流活動的多樣化、手段的網(wǎng)絡化為特征的［7］。目前，氣候變化是全球絕大多數(shù)國家密切關注的問題，對溫室氣體的減排與能源的清潔高效利用提升到了前所未有的高度。2020年9月22日，我國在聯(lián)合國大會明確表示：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和。”［8］實現(xiàn)“雙碳”宏偉目標需要各方的共同努力，其中對大學生的言傳身教必不可少?！肮こ虩崃W”課程教學內(nèi)容與能源轉化利用密不可分，因此教學團隊認為“雙碳”目標下的“工程熱力學（英語）”課程教學一定要讓“雙碳”目標深入學生內(nèi)心，讓學生對實現(xiàn)這一宏偉目標的緊迫性與復雜性有清晰的認識，使學生樹立服務國家重大需求的使命擔當感［9］?！肮こ虩崃W”課程內(nèi)容抽象，概念眾多，理論性非常強，邏輯嚴密，且各部分內(nèi)容交叉滲透較多，教學難度大。另外，專業(yè)課全英文授課過程中一定會遇到諸多困難，且原版英文教材內(nèi)容繁多，對于本科二年級學生來說在閱讀、理解和掌握課程內(nèi)容方面有較大的挑戰(zhàn)。因此，課程教學團隊根據(jù)學校的礦業(yè)特色以及學生英語水平，參考國外原版教材，編寫了適合本校能源與動力工程專業(yè)本科生的課程講義［10］。課程教學團隊還認為，在該課程的全英語授課過程中，為取得較好的教學效果，達到預期的教學目標，還需要充分考慮教學要素的國際化、教學手段的多樣化、考核模式的創(chuàng)新性和全面性［11］。

三、課程建設調研

1.國內(nèi)外名校課程調研

巨大的二氧化碳存量以及不斷疊加的碳增量加劇著地球與人類的生存危機，減少“碳排量”和實現(xiàn)“零排放”成為了國際社會的一致性訴求［12］。因此，全球各個國家，特別是歐美發(fā)達國家紛紛加快了減排與控碳的步伐，圍繞著“碳達峰”與“碳中和”的目標，無論是實踐運作層面還是理論研究層面，特別是在學科教學上，都注重灌輸“碳減排”的教學理念。課程教學團隊認為這與我們的課程建設目標相符，有必要對歐美發(fā)達國家名校課程教學進行調研。

課程教學團體通過實地考察、email 聯(lián)系、電話通訊等方式與歐美發(fā)達國家、國內(nèi)工程熱物理學科相關重點院校進行學習交流，深入調研了國內(nèi)外高?！肮こ虩崃W”全英語課程建設的現(xiàn)狀。其中，重點調研了歐美發(fā)達國家工程熱力學課程的教學情況，了解其內(nèi)容設置、時間分配、教授方法及特點以及教授過程中存在的問題等；充分考察了國內(nèi)重點院?！肮こ虩崃W”全英語課程建設概況、教授效果與評價等。通過對國內(nèi)外高校的調查訪問，我們掌握了“工程熱力學（英語）”課程的現(xiàn)狀、建設方向與思路，并以此借鑒先進的教學方法、結合現(xiàn)有的教學基礎，建設了富有學校礦業(yè)特色的與“雙碳”目標相結合的國際化課程標準。

2.學生喜愛度調查

由于該課程采用全英語教學模式，包括授課、課堂測試、平時作業(yè)及期末考試等，對學生的聽、說、讀、寫的要求較高，同時對教師課件的編寫、課堂講授方法也會有較高的要求。為了保證課程建設與實施的順利進行，教學團隊早在2020年3月針對大一學生進行了線上問卷調查，目的是以學生為本，調研學生意愿，選擇合理高效的教學模式。線上調查問卷共計240 份，有效調查問卷220 份。調查數(shù)據(jù)整理分析表明，大約有80%學生表示對專業(yè)學科背景及前景不了解，30%學生以英語成績差為由不贊同英文授課，60%學生希望通過小組合作進行課程學習。本著以學生為主體的教學原則，我們制定了英語水平摸底調查、“工程熱力學”經(jīng)典案例收集、小組合作交流展示等教學準備活動，目的是根據(jù)學生英語水平合理設置教材難度，設計探究性活動方案，喚起學生對“工程熱力學”領域的探究欲望，提高學生學習的積極性、創(chuàng)新性和能動性。

3.國內(nèi)外教材側重點對比分析

“工程熱力學”國內(nèi)外教材的內(nèi)容覆蓋面一般差別不大，但是國外教材通常內(nèi)容詳細、具體，習題簡單且多來源于生產(chǎn)實際；而國內(nèi)教材往往內(nèi)容短小精簡，比較深入，習題相對復雜且理論性強。因此，課程建設團隊認為新編教材應充分與當今“碳減排”背景相結合，理論與生產(chǎn)實際相結合，同時在教學的過程中要逐步向學生灌輸能源高效清潔利用的理念。同時，將國內(nèi)外教材側重點進行對比之后，我們認為特別是習題部分，除了滿足課程要求之外，也要充分照顧研究生招生考試內(nèi)容及深度，以有利于學生后續(xù)深造。

四、課程建設實踐

在教學安排上首先讓學生重點理解基本概念及基本理論內(nèi)容中的抽象模型，進而結合工程應用對象及實例分析使學生將抽象的概念和理論與實際工程應用對象之間建立起感性認識和聯(lián)系，并使之力求做到舉一反三、觸類旁通，最后完成初步的科學抽象和邏輯思維分析方法的訓練。該課程建設主要從以下七個方面進行探索。

1.教學方法研討與效果反饋提高

在教學過程中，課程教學團隊采用研討啟發(fā)式、互動式等教學方法，采用課堂講授、案例研討、視頻教學相結合的教學手段，并在實踐中不斷改善。課堂講授的目的是教授該課的基本知識點，目的是使學生掌握課程的基本概念、基本過程及其內(nèi)在邏輯，教授過程可由問題引入開始。比如在講解“熱力發(fā)電廠”時，我們由問題引入：“你們宿舍每天用幾度電？排放了多少二氧化碳？”然后通過講解把生產(chǎn)每度電需要排放二氧化碳的量算出來。這樣就給學生一個非常清楚的概念，即每個人每天排放大量二氧化碳。這不僅讓他們時刻保持節(jié)約用電的習慣，還能激發(fā)學生興趣，引導學生思考，調動課堂積極性。接著，引入解決問題的方法和思路，擴展該基本知識點的應用方法；進而引入案例，分析這些知識點在實際問題中的使用方法；最后留一些思考性問題，讓學生課下收集相關資料、閱讀一些論文，繼續(xù)加深理解課堂知識點和擴展國際視野。

由于是用英語授課，在授課過程中要讓學生用英文思維方式學習和理解專業(yè)課的知識點，這就要求改進教學方法，充分做到以學生為主體開展教學。教學方法的改進措施主要有：采用直觀教學法，引入國外拍攝的一些熱力學相關視頻，更加生動地將知識點展示給學生，提高學生的學習興趣；單向傳輸式授課改為雙向互動式交流，讓學生在學習中處于主動地位；開展綜合專題式討論教學，鼓勵學生課堂上多提出自己的見解；引導學生進行課外自主閱讀，讓學生通過多種渠道進行課外學習。在課程教學過程中，及時對學生進行問卷調查，了解課程教學實施效果，并及時做出調整。同時，結合課程教學組織學生參加與本專業(yè)相關的競賽活動，鼓勵學生進行科技制作、撰寫專業(yè)論文等，提升學生利用工程熱力學理論知識解決能源高效利用、節(jié)能減排等方面問題的能力。

2.工程熱力學經(jīng)典案例收集

案例教學作為該課程的一個特色，具有較好的應用效果。如前所述，該課程教學的目的之一是為擴大學生的國際視野。國外“工程熱力學”課程中有許多經(jīng)典案例，對理解概念、理論具有較好的啟示性。但這些案例在國內(nèi)中文教材中卻體現(xiàn)不多，因此課程教學團隊將收集、整理典型案例作為主要工作之一。團隊中的多名成員曾在國外學習、進修過，利用便利條件既直接借鑒國外高校相關課程資料，也搜集相關工程知名廠家產(chǎn)品視頻自己制作案例。在課程教學中，成員將案例盡可能地制作成相關動畫。例如在學習蒸汽動力裝置、燃氣輪機裝置、壓縮制冷裝置時，通過案例中的視頻和動畫講解，可以讓學生更好地理解工作原理及影響能量轉換效果因素，進而讓學生從工程熱力學的角度分析熱損失的原因，并找尋合適的改善措施提高能量利用效率，增強學生能源清潔高效利用的意識［13］。

3.編寫課程講義/教材

由于各學?！盁崃W”課程的側重點不盡相同，因此難以有統(tǒng)一的教科書，當前各學校要么是依據(jù)自身學校特點優(yōu)選適合自身的教材，要么是遴選適合自己學校專業(yè)的教材章節(jié)，并在聽取學生反饋意見、專家建議以及自身實踐檢驗等積累后，形成適合自己學校專業(yè)的講義。在前期調研的基礎上，結合學校2020 版課程質量標準的制定，課程教學團隊認為要編寫一套基于“雙碳”目標大背景下的適合本校能源與動力工程專業(yè)本科生的課程講義。該講義的編寫要體現(xiàn)如下幾個方面：一是全球“碳減排”背景需求與學校的礦業(yè)特色相結合；二是充分考慮學生英語水平，參考國外原版教材；三是遵循“理論+案例+實驗+思考”的教學模式；四是展現(xiàn)工程熱力學的發(fā)展歷史、發(fā)展前景及重要人物/事件等，增強講義的可讀性［14］；五是教材應結合實踐編寫，與能源環(huán)境大背景相結合，注重引導學生節(jié)能減排的能源意識；六是給學生留出獨立思考空間，以學生為本培養(yǎng)他們理論轉換為實踐的能力以及動手實驗的能力。此外，提出課程關鍵詞、生僻詞等英語詞句，供學生預習、復習及鞏固。

4.制作全英文課件與錄制授課視頻

課程教學團隊按照分章節(jié)制作了全英文課件。該課件遵循以下幾點要求：一是依照教學大綱，明確教學目標、認知目標、技能目標、情感目標；二是闡明教學難點、教學重點；三是注重文本、圖形、聲音、影像、動畫等多媒體形式有機組合，強調交互式設計［15］；四是強調與學生互動，使學生在英語授課過程中不致于出現(xiàn)注意力分散的現(xiàn)象。根據(jù)教學大綱，以知識點為單位，課程教學團隊錄制全英語教學視頻，每個知識點約15 分鐘。錄制過程中除了準確無誤表達知識點之外，還特別注意了清晰、地道的英語發(fā)音。在教學視頻中，圍繞知識點設計了針對性的提問、知識點討論及隨堂測試，每一章節(jié)結束后設計了作業(yè)題和測試題，方便同學們課前或者課后預習、復習和鞏固。

5.加強教學團隊建設

課程建設的過程，最為重要的一點就是要加強教學團隊的建設。我們的實踐經(jīng)驗是：明確教學目標，將能源高效清潔利用、助力“雙碳”目標作為新教學理念；第二，定期召開課程團隊人員會議，分享授課經(jīng)驗；第三，教學團隊與科研團隊一體化建設，提高團隊的整體創(chuàng)新能力；第四，聘請有資質的外語教師進行發(fā)音校正，使團隊成員口語發(fā)音越來越地道。

6.科研結合教學

高校教學不同于中小學教學，對科研的關注使高校教師能夠及時將最前沿的學術成果不斷充實到自己的課堂中，因此具有較高科研水平的教師，往往對教學內(nèi)容思考得更為深刻透徹，教學更易做到“深入淺出”。具體在“熱力工程學”課程的教學過程中，教師要使學生了解最新的學科現(xiàn)狀與前景，理解學科知識在當今能源環(huán)境背景下的突出貢獻及意義，彌補原有課程知識與最新研究之間的“斷層”。此外，科研對教學的促進應該不局限于教學內(nèi)容，教師要鼓勵學生多多參加與本課程內(nèi)容相關的科研項目，把所學知識應用到實際問題的解決之中，以讓學生更好地理解課程知識點和提升綜合素質。

7.“學講”式教學

“工程熱力學（英文）”課程教學采用了“學講”式教學。具體來說，按照4～5 人一組將全體學生分為若干小組，小組成員分工明確、團結合作；部分課程內(nèi)容及經(jīng)典案例分享由每組學生代表來講授；教師在講臺下聽講，發(fā)現(xiàn)學生講的錯誤之處和不完善之處加以糾正和總結。學生為準備所講內(nèi)容必定仔細研讀，即達到“會學”的目的；為了在全班同學面前講好內(nèi)容必然要鍛煉上臺演講的能力，即達到“會講”的目的。在該過程中，單向傳輸式授課改為雙向互動式交流，分組學習與討論讓學生在學習中處于主動地位，學習目標性強，同時鍛煉了學生英語表達能力。本課程在實驗環(huán)節(jié)開設了課程基本實驗和創(chuàng)新實驗，并配有專門的實驗教學人員即時指導。實驗教學環(huán)節(jié)強化了學生對理論知識的掌握和理解，對學生的學術素質和教學效果提高均有顯著的作用。

五、課程建設效果與結語

1.課程建設效果

“雙碳”目標下“工程熱力學（英語）”課程建設與實踐取得顯著的教學效果，達到了預期教學目標。一是在課堂上，學生學習主動性大幅度提高，積極參與小組合作并進行經(jīng)典案例展示，從案例中歸納總結經(jīng)驗教訓。二是學期末小組學習成果匯報效果與考試成績顯示，學生英語口語及專業(yè)詞匯量大幅度提高，學生的自信心、積極性明顯增強。三是在實驗教學中，學生們積極參與實驗訓練，并積極撰寫實驗報告及實驗心得，總結實驗經(jīng)驗與教訓，并在實驗考核中全體學生取得B 級以上的好成績。四是教學內(nèi)容的改進以及多樣化靈活的教學手段，使學生學習興趣濃厚，線上課程后臺記錄顯示每章教學視頻播放高達500 余次。五是在老師的指導下，學生積極參加能源領域科研活動，并在全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、大學生創(chuàng)新訓練計劃、“挑戰(zhàn)杯”中國大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽等項目中取得優(yōu)異成績。尤其是2021年5月，在江蘇省第一屆節(jié)能減排大賽中，中國礦業(yè)大學電氣與動力工程學院學生獲特等獎1 項、一等獎3 項、二等獎1 項及優(yōu)秀組織獎。

全英文教學模式廣受外界好評。課程結束后，對學生們進行問卷調查，目的是調查教學效果及了解學生知識點掌握情況，并對該課程提出建議。調查結果顯示，70%的學生表明全英文教學模式極大提高了專業(yè)英語能力及口語表達能力，80%學生表示“學講”式教學模式拓寬知識面的同時提高了學科興趣；90%學生表示通過課程的學習認識到了該學科對“碳減排”政策的重要性。

2.結語

我國已將降低碳排放、使用清潔能源、提升能源利用效率寫入國家戰(zhàn)略，能源高效清潔利用將是重要發(fā)展方向［16］。中國礦業(yè)大學電氣與動力工程學院結合全球“碳減排”背景與學校特色專業(yè)，將能源高效清潔利用貫穿于教學過程中，構建了一套全新的“雙碳”目標下的“工程熱力學（英語）”課程教學模式。該課程建設重新擬定了基于“雙碳”的教學目標并采用了多元化的教學方法。教學效果表明，該課程建設不僅可以給學生灌輸能源高效清潔利用的理念，也可以提高學生的專業(yè)理論知識素養(yǎng)和應用能力，同時為解決相關生產(chǎn)實際問題奠定了能力基礎，更有助于“雙碳”目標早日實現(xiàn)，鞏固大學生建立服務國家戰(zhàn)略需求的人生理想［17］。“工程熱力學”作為能源領域的基礎理論課，在新能源領域人才培養(yǎng)方面有著至關重要的作用。在高等教育國際化的大背景下，“雙碳”目標下“工程熱力學”的全英文授課教學模式值得進一步推廣［18］，而且要在教學過程中不斷創(chuàng)新、不斷完善。