研究性教学背景下热质交换原理与设备课程教学创新探索与实践①

［摘要］研究性教学在激发和培养学生创新能力、促进学生独立思考和自主学习方面起到积极作用。针对热质交换原理与设备课程，构建 “基石建塑、多元协同、立体综评、三度共融”的课程模式，并进行了研究性教学的设计和应用。实践表明，课程改革后学生的学习成效显著，教师的教研水平有所提升，课程创新成果应用效果良好。

［关键词］研究性教学；热质交换原理与设备；课程模式；高素质复合型人才；建设环境与能源应用工程

［中图分类号］G642［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2025）06-0105-04

研究性教学，作为一种与传统教学相比的新型教学理念和方法，通过教学过程激发和培养学生的创新能力[1]，促进学生独立思考和自主学习，拓展学生的研究性思维和探索精神[2]。研究性教学应融合六个关键要素：第一，课程的知识架构需全面且系统。第二，课程设计与教学流程应遵循认知规律，促进有效学习。第三，理论教学不仅传授知识，更应激发研究性思考，内容富有启迪性。第四，实验教学与理论教学应紧密结合，蕴含探索与研究的元素。第五，教学过程应灵活、有序，为学生提供充足的自主发挥空间。第六，应充分激发学生的主动参与意识、想象力与创新能力[3]。作为高等教育教学改革的主要措施，研究性教学在一流人才培养中具有重要地位[4]。研究性教学以学生为中心，通过引导学生积极参与、主动探究[5]，促使学生由被动接受知识转变为主动建构知识[6]，鼓励学生运用所学知识解决实际问题[7]，培养学生的创新能力、科研素养、自主学习能力、问题意识、团队协作精神和实践技能等[8]；研究性教学鼓励学生运用所学知识解决实际问题，紧密结合理论与实践，促进学生将知识转化为能力[9]。同时，研究性教学要求教师不断更新知识，关注学科前沿，将最新研究成果融入教学内容，促进学科交叉融合。

热质交换原理与设备课程为建筑环境与能源应用工程专业的一门专业技术基础课，旨在探讨建筑室内环境中的热质交换方法。课程内容涵盖理论知识和设备知识，将专业领域中与热质交换原理及相关设备有关的内容提取出来，经过综合整理和充实加工，形成了一门综合性的课程。基于传输理论，重点研究发生在建筑环境与设备中的热质交换原理，以及相应的设备热工计算方法[10]。在研究性教学的背景下，如何优化热质交换原理与设备课程的教学模式，以培养适应时代需求的高素质复合型人才，已成为该课程教学改革中的重要问题。本文针对热质交换原理与设备课程，构建了“基石建塑、多元协同、立体综评、三度共融”的课程模式，并进行研究性教学的设计和应用，以期提升课程教学质量，培养学生的创新能力和实践能力。

一、热质交换原理与设备课程建设与发展情况

热质交换理论广泛应用于多个新工科领域，在新工科人才培养、科学研究和工程实践等方面发挥着重要作用。热质交换原理与设备课程以动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论为基础，重点研究热质交换原理及设备的热工计算方法。河南工业大学的热质交换原理与设备课程是建筑环境与能源应用工程专业大三下学期开设的必修课，也是技术基础课、核心课、平台课，起着连接专业理论课与技术课的桥梁作用。课程经过近20年的持续建设和发展，历经起步、发展和改革三个阶段，被认定为河南省线上线下混合式一流本科课程，并获得了河南省本科教育线上教学优秀课程一等奖。

二、热质交换原理与设备课程教学存在的问题

基于学情分析与教学实践，提炼出热质交换原理与设备课程存在的四个主要问题。

（一）内容综合性显著，学习瓶颈难突破

热质交换原理与设备课程融合多门课程内容，涉及多个领域知识，覆盖面广、综合性强，学生不容易理清知识脉络，对课程内容易感到凌乱且费解，学习面临较大挑战。

（二）知识理论性突出，知行鸿沟难跨越

课程内容概括、理论性强，涉及大量公式、繁杂符号和抽象概念。与前沿应用割裂，易限制学生创新思维和实践能力提升，造成知识与能力断层、理论与实践脱节，难以将理论知识应用于实际问题的解决。

（三）学习持久性欠缺，探究动力难持续

学生缺乏持续学习和挑战难点的动力，遇到困难易退缩，遭受挫折易气馁。面对繁复、难懂的内容，易导致学习过程中的疲惫感和挫败感，半途而废，较难保持对学习任务的持久参与。

（四）思政体系化不强，德学协进难践行

思政资源缺乏系统整合，校内外联合存在合作壁垒，致使协同育人机制建设受阻，无法对思政教育有深入理解和实践体验，难以寓价值观引导于知识传授和能力培养中。

三、热质交换原理与设备课程教学的创新特色与举措

教学团队秉承“以立德树人为根本、以产出导向为引领、以学生中心为抓手、以持续改进为方法、以两性一度为标准”的理念，针对课程痛点问题进行了创新探索与实践。

（一）热质交换原理与设备课程教学创新特色

1.基石建塑——解决“内容综合性显著，学习瓶颈难突破”问题

教学目标体现两性一度、学科交叉，开发程序分析预习情况，指引路径；四板块、六融入、问题式重构教学内容，明晰脉络；采用“四加五化六融”教学策略，提前发布课程执行大纲，打破学习困局。

2.多元协同——解决“知识理论性突出，知行鸿沟难跨越”问题

构建“筑基—提升—拓展”递进式教学模式，重难点即讲即练，创设真实情境，综合研讨引申“延伸挑战”，融入研究性教学、CFD、BIM、焓湿图等，五库共建、多信息技术联合，提升学生的实践创新能力。

3.立体综评——解决“学习持久性欠缺，探究动力难持续”问题

构建“导促督”多元立体评价模式，对学生学习的纵向全过程与知识、能力、素养横向多维度进行综合评价，合理量化成绩占比，持续改进教学质量，实现学生乐学求知不止。

4.三度共融——解决“思政体系化不强，德学协进难践行”问题

构建三度共融思政模式，实现育人深度、广度和温度融合，讲好热质故事，促进协同育人，注入人文底蕴，与企业签订《红色联盟签约书》，注重高校合作、课程联动、案例迭代，达成有效课程育人。

（二）热质交换原理与设备课程教学创新举措

1.精心把控教学设计，建塑坚实知识基石

（1）三维度设定教学目标

以学为中心重构知识、能力、素养三维教学目标，支持毕业要求、体现“两性一度”、注重学科交叉，可观察、可测量、可评价；教学团队开发学习情况分析程序，将预习测试分为知晓、领会、融通三个层级，并按知识点归类，依托预习测试结果，精准分析学生的学习情况，基于分析结果分类推送知识点讲解视频等学习资料，并进行二次备课，帮助学生找到学习路径。

（2）四板块重构教学内容

打破教材原有章节分界，将9章内容凝练重构为4个板块（1、2、3章为第一板块，基础理论；4、5章为第二板块，空气处理方法；6、7、8章为第三板块，设备的热工计算；9章为第四板块，优化设计和性能评价），每个板块各有侧重，并绘制知识图谱，将每章知识与相关案例紧密结合，提炼出具有探究性和趣味性的问题作为章节导引，激发兴趣、引领探究；教学内容融入学科前沿、科研成果、思政元素、工程实例、真实情境、学法指导等。

（3）多方面设计教学策略

采用“四加五化六融”教学策略，将线上和线下、理论和实践、教学和科研、温故和知新相结合，构建知识体系、打破学科壁垒；注重课前信息化、教学专业化、授课板块化、研讨工程化、课后终身化，保证学习效果；融入课程思政、学科前沿、工程实例、真实情境、学法指导，促进教学内容与前沿知识同步更新。课程还引入《课程执行大纲》，先于课程展示，告知学生学什么、何时学、怎么学、有什么学习资源可利用。

2.打造多元协同课程，提升学生的实践创新能力

（1）双脉络构建教学模式

课程从“全程”和“课中”两条脉络构建“筑基—提升—拓展”递进式教学模式。“全程”基于课前、课中和课后三个环节进行线上线下混合式教学：课前由QQ群和超星泛雅平台发布通知、微课、预习测试等，引导有效自主学习，夯实基础；课中进行练习、讨论、讲解、分组活动等，综合提升；课后布置作业和任务，强化专创融合，实现巩固拓展。教学按照新课导入、新课讲授、综合研讨、课程小结和课后任务五部分进行。注重即讲即练，针对重难点推送随堂练习，并基于部分随堂练习引出新知，环环相扣；在综合研讨部分，创设真实情境，让学生学以致用、融会贯通，并引申出“延伸挑战”，培养学生的综合能力和高级思维，体现课程的创新性和挑战度；将P-MASE模型、项目教学法等研究性教学手段应用于教学。

（2）五结合丰富教学资源

课程试题库、课程案例库、CFD模拟库、思政案例库、视频图片库五库共建，丰富教学资源，使深奥理论更为浅显、复杂问题更为简单，理论联系实际，跨越知行鸿沟。基于生产生活、校院特色、时政热点、科教融合、案例共享等多途径积累教学素材，融合多元化案例情境，同时利用专业特色工具CFD模拟、BIM技术、焓湿图等使知识生动化，将专业基础课相对枯燥的特征通过教学资源转变为学生主动探究、内化吸收的动力，实现师生间教学相长的双向共赢。

（3）多技术实现课堂延伸

针对学生学习自主性、多元性、开放性、科技化显著等特点，充分利用现代信息技术，创建泛在学习环境，打破时间和空间的限制，使有限课堂无限延伸。动画视频、模拟软件、虚拟仿真、VR技术等融合运用，助力抽象概念具象化、书面定义直观化。基于学情，在超星泛雅平台设置特色教学资源，自制微课、自建题库；引入慕课等优质线上资源，取众家之长。结合超星泛雅平台、QQ、智慧教室等，实现课前、课中和课后学习全覆盖，为师生互动、生生互动提供便利。课程实验联合校内外实习基地、开放实验室为学生实践探究提供保障。

3.构建立体综评体系，实现学生乐学求知不止

（1）多元立体评价模式

构建“导促督”多元立体评价模式。对学生学习的纵向全过程与知识、能力、素养横向多维度进行综合评价，适时引导、及时促进、实时督学。课程的考核注重过程性和阶段性考核，引入学生自评和互评，实现评价主体、方式和内容的多元化。

（2）合理分配成绩权重

基于教学目标及达成度评价方法，综合量化各部分成绩占比。期末考试占总评成绩的50%，作业、线上任务、课堂互动、分组任务和实验分别占总评成绩的8%、12%、10%、10%和10%。

（3）基于反馈持续改进

通过评价与反馈对课程的教学质量进行持续改进。基于课程考核结果、问卷调查及评教，专家、同行、学生的反馈，毕业生发展情况等，引导课程教学不断改进与完善。

4.建立三度共融模式，达成有效课程育人

构建三度共融课程思政模式，实现育人深度、育人广度和育人温度有机融合，将民族高尚品格、大国工匠精神、科技报国理念、生态文明教育、节能减排意识等融入专业知识中，提升思政教育的有效性。

（1）育人深度：讲好热质故事

挖掘课程中的特色思政元素，让学生感悟环境友好的生态智慧，践行绿色发展的社会责任。结合我国能源战略和发展目标，引导学生认识能源问题的重要性，树立节能减碳、持续发展意识，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当；结合相关领域工程案例，强化工程伦理教育，引导学生思考科技创新对社会发展的影响，培养学生的创新意识；结合著名科学家的事迹，引导学生严谨求实、勇于探索和具备精益求精的大国工匠精神。

（2）育人广度：促进协同育人

积极构建协同育人机制，凝聚育人合力；拓宽课程思政育人场域，打造多维育人体系。强化校企合作，与中建八局二公司安装公司等企业签订《红色联盟签约书》，构建实践育人长廊，使思政理念融于实践，潜移默化塑造价值观，深化产学研融合，与企业合作开发思政案例；加强高校合作，与多所大学共建思政案例共享平台；强化课程联动，打破课程壁垒，与空气调节、传热学等课程教学团队集体备课，多课程协同育人；注重案例迭代，从学生讨论展示中汲取素材，不断丰富案例库，持续提升课程思政教学的吸引力和感染力。