科研创新驱动的研究型教学探索与实践

孙始财

（山东科技大学，山东 青岛 266590）

0 引言

大学工科教育在传授常规技术的同时，应注重技术创新意识的训练和培养，以助力创新型高素质人才的成长[1-3]。已有很多高校引入新的教学理念，进行教育教学模式改革，探索并实施研究型教学模式。例如，文献[4]和文献[5]对“心存疑虑”和“更上一层楼”两类突出问题进行了探讨，文献[6]和文献[7]剖析了高等院校研究型教学的内涵和组织模式，文献[8]运用社会系统理论阐述了研究型教学系统的运行动力。还有学者从课程理论教学、实践教学过程探索研究型教学模式，并取得了许多宝贵的经验[9-10]。

本文遵循研究型教学思想和方法，以“热质交换原理与设备”课程为例，以“电网峰谷差”问题为导向，向学生提出空调蓄冷系统“削峰填谷”的思想，并引出冰蓄冷系统和暖冰（水合物）蓄冷系统解决方案。这一教学内容的设计思路具有一定的创新性：从知识传授角度，不仅涵盖所有知识点，而且引入了研究新型蓄冷工质对蓄冷效率至关重要的理念、新能源与传统能源耦合利用的思想；从能力培养角度，不仅培养学生创新型综合能力，而且能够促进学生树立解决问题的系统观和全局观。

1 科研创新驱动的研究型教学

相对于以知识传授为中心的传统教学，研究型教学是一种全方位的教学，不仅是思想、理念上的更新，更是方法、模式上的创新[11-13]。科研创新驱动的研究型教学模式在“教师为主导，学生为主体”的教学原则指导下，将科研项目与教学有机结合，科学设计教学内容，把理论学习与实际应用、教师引导与学生思考、课程学习与跨专业阅读贯穿统一，以课程和知识模块为载体，重在培养学生的科学研究思维、科研精神和素质，训练学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，全面提高学生创新意识和创新能力[14-17]。研究型教学的设计思路并不固定，可以课程中某一定律、概念等理论为中线贯穿，也可以某一案例剖析贯穿，还可围绕多个理论点、不同的案例开展探究，抛开传统教科书中惯有的假设和约定进行“刨根问底”式学习。

科研创新驱动的研究型教学设计思路是将课程中的知识点、案例等与授课教师承担的科研项目结合起来进行设计。首先，教师将科研项目有关的内容通过多媒体、现场视频、图片等多种形式展示给学生，使学生身临其境。其次，教师把关键知识点以问题的形式抛给学生，让学生课前自行查阅文献找答案；课堂上，教师先让学生分享自己查阅分析的结论，并进行简要点评；教师将这部分内容的实际研究过程展示给学生，让学生进行思考、交流，并进行实时剖析，引出、阐释关键知识点。最后，教师对课程知识点进行完整的阐述和拓展，并明确其在实际工程或者具体物理现象中的应用。科研创新驱动的研究型教学考核模式也应进行相应改革，考核手段或方式更灵活和多样化，甚至可以对个别学生进行针对化培养，真正做到因材施教。

2 研究型教学内容的设计

“热质交换原理与设备”课程内容主要包括热质传递理论、相变热质传递理论与应用、热质交换设备等，以动量交换、热量交换和质量交换共同构成的“三传理论”为基础，研究创造和控制人工环境时发生的热质交换现象和规律，以及能源转换设备的分析计算方法，如图1所示。课程内容的设置包括了本专业所有的基础理论和设备共性部分，在有限的课时中，让学生理解和掌握这些内容，特别是传质理论和相变理论，是非常困难的。另外，传统的教学模式中教师一般按照课程章节的安排依次讲解，即使教师在授课过程中将前后内容进行贯穿，学生也很容易把理论与应用剥离，不能系统地消化全部内容，更多的情况可能是把系统化的内容理解得支离破碎，违背了课程设置的初衷，所以采用研究型教学模式尤为必要。

图1 “热质交换原理与设备”课程内容

该课程之后，学生陆续学习“制冷技术”“空气调节”“供暖工程”“工业通风”“锅炉及锅炉房设备”“燃气燃烧”等课程，这些课程内容均为创造人工环境所用的常规技术。为拓展学生的知识面、训练学生的科研思维和意识，将科研项目“新型水合物蓄冷技术”的部分内容引入“热质交换原理与设备”课程教学中，将课程涉及的热质交换理论与应用内容，通过提出研究型教学问题和实施研究型教学，引导学生提出问题、分析问题、解决问题，提高学生综合素质。

针对课程内容和实际项目内容，经过多年教学实践和改进，逐步形成较为完善的研究型教学内容，如图2所示。内容设计以“电网峰谷差问题”提出，结合实际情况分析得出空调系统采用蓄冷系统方案可以“削峰填谷”。其中优选系统为冰蓄冷系统（教材内容）和水合物蓄冷系统（非教材内容），将其作为设立的研究型教学问题。为比较这两种蓄冷系统的优点和缺点（仅比较课程涉及的知识点），需用到课程所学的热质交换理论、计算和设备等知识储备。学生利用所学知识，对两种系统涉及的热质传输问题进行分析、设计和计算，例如介质物性、传输理论、相变条件、传热过程、传质过程、耗能分析、热质设备等。根据计算结果，给出明确的方案和比较结论，完成研究型教学过程。

3 研究型教学实施

研究型教学实施应考虑多种因素，例如课时量、课程性质、学生知识储备、学生层次和人数等，以教学效果优劣和能否达到教学目标为基准，不能为了“研究型教学”而过度强调“研究”。“热质交换原理与设备”课程课时有限，教师在课程的第一节课便向学生布置研究型教学内容和要求，并将学生分组。学生一边听课学习，一边查阅相关资料，逐步分析和求解研究型问题，在课程的最后一周进行研究总结，撰写研究报告；教师对学生进行考核，考核成绩计入总成绩，比例一般控制在30%左右。研究型教学模式在实施过程中，宜分组讨论交流，人人参与，协作完成；问题的求解注重理论和公式的正确应用，参数能简则简，但思路需清晰；考核要公平，考核内容多样化，主要考核问题求解的思路、理论公式的选用、报告的撰写质量等，且要求每人能够阐述3个问题的解决过程。期末结业考试则重点考查基本概念及其应用。研究型教学实施流程如图3所示。

图3 研究型教学实施流程

4 研究型教学效果

将研究型教学模式应用于“热质交换原理与设备”课程教学中并取得较显著的成效。为综合评价研究型教学模式的效果，对在校的本科生和研究生、毕业的本科生和研究生组织多次问卷调查。对调查问卷的设计、问卷的信度效度和数据的预处理等进行了多次探讨，以提高调查问卷的质量，减少调查的偏差，提高数据的真实性和准确性，最后确定问卷题目。调查结束后组织本专业在校学生进行了座谈交流，听取学生的听课体会和建议，并分析问卷数据的可信度。调查结果如图4所示。由图可见，80%的学生认为研究型教学问题难度一般，其基础较好，能够接受新的教学方式；4%的学生认为非常难，其基础较差，习惯被动听课的方式。调查显示82%的学生认为研究型教学模式非常好，只有2%的学生认为差，95%的学生建议继续采用。2016—2020年连续5年，学校利用校企合作、学生专业实习、专业培养方案修订等机会与用人单位针对研究型教学模式进行访谈，得到用人单位的高度评价和认可。

图4 研究型教学模式难易程度和效果评价问卷调查结果

5 结语

本文针对“热质交换原理与设备”课程进行科研创新驱动的研究型教学模式的实践，将课程内容与研究型教学问题有机结合，深入浅出地讲解基本理论、公式及其应用；科学设计研究型教学内容，实现课程教学与实际工程相对应；采用多样化考核方式，注重对研究型问题解决的过程进行全面考核。研究型教学模式将科研课题与专业课程教学有机结合，使学生在掌握理论知识的同时建立基本的科研思维，培养学生良好的科研素养和综合能力。