熱工流體類課程的教學(xué)模式改革

鞠洪玲

[摘要]在工程專業(yè)認(rèn)證的背景下，熱工流體類課程已成為各工科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課。基于該類課程的特點(diǎn)，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用“微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，介紹新教學(xué)模式下的課程結(jié)構(gòu)、知識(shí)點(diǎn)、教學(xué)過(guò)程及課程評(píng)價(jià)。教學(xué)過(guò)程為傳授一接收一反饋一練習(xí)一調(diào)整，教學(xué)評(píng)價(jià)包括形成性評(píng)價(jià)和卷面成績(jī)。論文以工程熱力學(xué)課程中的具體知識(shí)點(diǎn)為例介紹新教學(xué)過(guò)程，總結(jié)新教學(xué)模式下出現(xiàn)的問(wèn)題，以便于在今后的教學(xué)中逐漸改進(jìn)，收到更好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]熱工流體類課程;微課+翻轉(zhuǎn)課堂;教學(xué)模式;教學(xué)評(píng)價(jià)

[中圖分類號(hào)]G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]2095-3437（2019）11-0072-04

自改革開放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，而經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展需要大量高素質(zhì)的人才和全民的共同努力。在高等院校教育中，傳統(tǒng)課程仍占據(jù)著主要的地位。熱工流體類課程是工科各專業(yè)（機(jī)械、交通、能源、材料、土建等）的專業(yè)基礎(chǔ)課程，包括工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)等課程。工程熱力學(xué)是研究熱能與機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換規(guī)律的課程，傳熱學(xué)是研究傳熱規(guī)律和傳熱計(jì)算方法的課程，流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)是研究流體的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律和原理的課程。學(xué)習(xí)熱工流體類課程可為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定很好的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也可為新學(xué)科、交叉學(xué)科提供必要的知識(shí)儲(chǔ)備。

熱工流體類課程教學(xué)通常容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：第一，熱工流體類課程中的基本概念、基本定律和基本計(jì)算公式過(guò)于繁多，學(xué)生難于理解和掌握。第二，教師通常采用傳統(tǒng)的“傳遞一接收”的教學(xué)方式，學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)。第三，教師較少講解工程應(yīng)用中的實(shí)例，不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力的目的。

社會(huì)已步入信息時(shí)代，教師要善于利用現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)變革傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式、評(píng)價(jià)手段等。目前，慕課、微課程、翻轉(zhuǎn)課堂、快課、SPOC等教學(xué)新資源和新模式在我國(guó)的高校教育中已得到了一定的應(yīng)用。本文主要探討熱工流體類課程的教學(xué)模式改革，建立“傳授一接收一反饋一練習(xí)一調(diào)整”的教學(xué)模式，即多元立體化、探究式、討論式、注重反饋、注重理論應(yīng)用的教學(xué)模式。

一、新教學(xué)模式

慕課和微課等新教學(xué)模式具有開放性和分散性的特點(diǎn)，在一定程度上解決了教育資源分布不均的問(wèn)題。但是慕課和微課又有著各自的特點(diǎn)。

慕課（MOOCs）是Downes和Siemens在2008年依據(jù)同伴學(xué)習(xí)模式中的“連通性”提出的[l]。慕課主要是將教師的實(shí)際授課視頻放在慕課平臺(tái)上，參與者可在國(guó)內(nèi)外的慕課平臺(tái)上進(jìn)行學(xué)習(xí)。國(guó)外的慕課平臺(tái)主要有Can-vas Network、Coursera、Education Portal、edX等[2]國(guó)內(nèi)的慕課平臺(tái)主要有網(wǎng)易云課堂、清華大學(xué)的學(xué)堂在線、好大學(xué)在線、愛課程等[3]。

微課與慕課不同，微課以課程的教學(xué)目標(biāo)、重點(diǎn)和難點(diǎn)為依據(jù)，將整個(gè)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)劃分，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)針對(duì)某一重點(diǎn)或難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的講解，以短小精悍的在線視頻為表現(xiàn)形式，通常是5至20分鐘，呈現(xiàn)的是碎片化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，適合作為課堂教學(xué)的補(bǔ)充[4]。本課程的教學(xué)模式改革主要采用微課。

慕課和微課以自由開放的特性被廣泛應(yīng)用，但是其缺乏師生間的交流和學(xué)生的反饋，翻轉(zhuǎn)課堂（flippedclassroom）恰好可解決這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)線上、線下的結(jié)合。學(xué)生通過(guò)微課實(shí)現(xiàn)線上理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，教師采用傳統(tǒng)教學(xué)模式完成線下的教學(xué)反饋、疑難問(wèn)題解答和討論、例題講解、應(yīng)用計(jì)算等練習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，是一種有效的教學(xué)管理手段。采用“課前預(yù)習(xí)一課堂討論練習(xí)一課后作業(yè)”的思路來(lái)安排教學(xué)活動(dòng)，可使學(xué)生系統(tǒng)地掌握知識(shí)點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂在國(guó)內(nèi)的高等院校中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。章木林等[5]以大學(xué)英語(yǔ)后續(xù)課程為例，研究慕課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。鄭偉娟等[6]對(duì)分子生物學(xué)課程的翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué)模式改革。筆者根據(jù)自己多年講授熱工流體類課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及工程實(shí)例，建立“微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的立體教學(xué)模式，完成“傳授一接收一反饋一練習(xí)一調(diào)整”的教學(xué)過(guò)程，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握，以達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。

二、工程熱力學(xué)的課程結(jié)構(gòu)、知識(shí)點(diǎn)和其他教學(xué)活動(dòng)

工程熱力學(xué)是能源與動(dòng)力專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)習(xí)本課程之前需具備高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等基本理論知識(shí)。本課程以工質(zhì)的性質(zhì)、熱力過(guò)程、熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，對(duì)熱工設(shè)備進(jìn)行熱方面的分析，將理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，為學(xué)生今后從事熱力學(xué)方面的工作和研究打下很好的基礎(chǔ)。本課程共有3.5個(gè)學(xué)分，需56個(gè)學(xué)時(shí)，其中理論課占52個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)踐課占4個(gè)學(xué)時(shí)。

（一）工程熱力學(xué)課程的結(jié)構(gòu)

本課程主要的教學(xué)內(nèi)容及其相互關(guān)系如圖1所示。

圖1的左半部分是課程的基本理論部分，是分析熱工設(shè)備的基礎(chǔ)。本課程主要分析噴管、壓氣機(jī)、氣體動(dòng)力裝置循環(huán)、蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)和制冷循環(huán)等設(shè)備，分析設(shè)備的工作原理、工質(zhì)的狀態(tài)變化、裝置中功量和熱量的轉(zhuǎn)換、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的求取、提高經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的措施等，重視培養(yǎng)學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力和對(duì)實(shí)際設(shè)備的分析能力。

（二）工程熱力學(xué)課程的微課知識(shí)點(diǎn)

根據(jù)工程熱力學(xué)的教學(xué)任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)等將課程的主要教學(xué)內(nèi)容分為30個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的視頻時(shí)長(zhǎng)為5至20分鐘不等，課程微課視頻的總時(shí)長(zhǎng)達(dá)423分鐘。課程的具體微課知識(shí)點(diǎn)如表1所示。

（三）其他教學(xué)活動(dòng)

工程熱力學(xué)的在線課程建設(shè)除了準(zhǔn)備微課知識(shí)點(diǎn)視頻外，還設(shè)置了在線測(cè)試環(huán)節(jié)、課后作業(yè)環(huán)節(jié)、答疑與討論環(huán)節(jié)等。在線測(cè)試環(huán)節(jié)主要針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容和重難點(diǎn)設(shè)置題目，供學(xué)生自學(xué)后檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果使用;課后作業(yè)環(huán)節(jié)主要是針對(duì)每個(gè)章節(jié)布置課后練習(xí)題，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)章節(jié)內(nèi)容的復(fù)習(xí)和鞏固;答疑與討論環(huán)節(jié)主要是供學(xué)生線上學(xué)習(xí)時(shí)提出問(wèn)題，并進(jìn)行線上回復(fù)，加強(qiáng)師生之間的互動(dòng)交流。

此外，課程中還共享了其他教學(xué)資源，比如試題試卷庫(kù)、課程講義、圖（各種熱工裝置圖、水蒸氣狀態(tài)參數(shù)表等）、課堂練習(xí)與討論的講義、各章節(jié)的例題等，供學(xué)生課后學(xué)習(xí)使用。

綜合運(yùn)用以上資源，在本校的公共網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)[7]中建設(shè)了完整的工程熱力學(xué)在線課程。

三、新教學(xué)模式下熱工流體類課程的教學(xué)過(guò)程及教學(xué)評(píng)價(jià)

在“微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式下，可將工程熱力學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程依次分為傳授、接收、反饋、練習(xí)、調(diào)整等環(huán)節(jié)，目的是讓學(xué)生更加系統(tǒng)地理解和掌握課程內(nèi)容，還可利用所學(xué)理論解決工程實(shí)際問(wèn)題。本文以課程中的第7個(gè)知識(shí)點(diǎn)“熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式”為例說(shuō)明新教學(xué)模式下的教學(xué)過(guò)程，如圖2所示。

（一）教師傳授一學(xué)生接收

教師依據(jù)教學(xué)大綱、教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行充分備課，整理好講課邏輯，盡量從學(xué)生的角度對(duì)課程中的知識(shí)進(jìn)行深入淺出地講解，錄制微課視頻。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上運(yùn)用微課視頻、在線測(cè)試、課后作業(yè)、試題試卷庫(kù)、答疑討論和其他教學(xué)資源等建設(shè)工程熱力學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，供學(xué)生線上學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)使用。

教師根據(jù)教學(xué)日歷在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上發(fā)布線上學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生可自行安排課下時(shí)間對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的線上學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真學(xué)習(xí)，并完成在線測(cè)試。教師通過(guò)網(wǎng)站上統(tǒng)計(jì)的學(xué)生學(xué)習(xí)該視頻的時(shí)間來(lái)判斷學(xué)生是否進(jìn)行了線上學(xué)習(xí)。

（二）學(xué)生反饋—教師總結(jié)

學(xué)生可通過(guò)線上教學(xué)視頻、教材和在線測(cè)試對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理解和掌握。不同學(xué)習(xí)態(tài)度和接受能力的學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度不同，大部分學(xué)生不可能學(xué)習(xí)一次就能完全掌握所學(xué)知識(shí)，如有疑問(wèn)可在答疑討論區(qū)進(jìn)行發(fā)布。比如學(xué)生在學(xué)習(xí)“熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)后提出了以下問(wèn)題：①閉口系統(tǒng)中的儲(chǔ)存能變化為什么是△U？②穩(wěn)流開口系統(tǒng)的儲(chǔ)存能變化為什么是07③穩(wěn)流開口系統(tǒng)為什么可以看作閉口系統(tǒng)？

這一環(huán)節(jié)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中起著很重要的作用：一是教師可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)深度與不易理解之處，二是學(xué)生也可加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。

（三）教師課堂答疑——學(xué)生課堂練習(xí)

反饋環(huán)節(jié)將師生聯(lián)系得更加緊密，學(xué)生可在這一環(huán)節(jié)將知識(shí)點(diǎn)的疑難問(wèn)題以及不理解之處反饋至教師，教師根據(jù)這些問(wèn)題和在線測(cè)試錯(cuò)題率高的題目，再結(jié)合知識(shí)的重難點(diǎn)來(lái)準(zhǔn)備線下課堂的教學(xué)內(nèi)容，并在課堂上進(jìn)行有針對(duì)性地講解、答疑討論，讓大部分學(xué)生能對(duì)知識(shí)點(diǎn)有較全面和較深入的掌握。

比如“熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)可從熱力學(xué)的實(shí)質(zhì)、表達(dá)式的推導(dǎo)和應(yīng)用等方面列出6個(gè)選擇題、1個(gè)思考題和2個(gè)計(jì)算題，通過(guò)練習(xí)加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，提高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

（四）教師調(diào)整

教師針對(duì)自己在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的授課心得體會(huì)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、所反饋問(wèn)題和對(duì)應(yīng)用計(jì)算的掌握程度，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以便在今后的教學(xué)中能夠達(dá)到更好的效果。

（五）課程學(xué)時(shí)安排

采用“微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的新教學(xué)模式后，本課程的學(xué)時(shí)安排為知識(shí)講解20個(gè)學(xué)時(shí)，練習(xí)實(shí)訓(xùn)15個(gè)學(xué)時(shí)，討論答疑15個(gè)學(xué)時(shí)，機(jī)動(dòng)2個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4個(gè)學(xué)時(shí)，其中線上10個(gè)學(xué)時(shí)，線下46個(gè)學(xué)時(shí)。新教學(xué)模式的課時(shí)安排明顯不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式。在新的教學(xué)模式下，討論課程所占的比例明顯增加，教師可針對(duì)課程內(nèi)容的重難點(diǎn)和學(xué)生的疑問(wèn)進(jìn)行解答，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析計(jì)算。

（六）課程的考核形式及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

工程熱力學(xué)課程的考核方式為閉卷考試，其成績(jī)構(gòu)成如表2所示。課程評(píng)價(jià)由形成性評(píng)價(jià)和卷面成績(jī)構(gòu)成，形成性評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)情況，以提高學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)的興趣。

新教學(xué)模式通過(guò)教學(xué)過(guò)程和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度，提高教學(xué)質(zhì)量，為能源與動(dòng)力專業(yè)的其他專業(yè)課程打好基礎(chǔ)。

四、“微課+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

通過(guò)“微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，可以讓學(xué)生更好地掌握課程的重難點(diǎn)并運(yùn)用本課程的理論知識(shí)對(duì)實(shí)際熱力設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行分析計(jì)算，但是新教學(xué)模式仍存在一些問(wèn)題。

其一，采用“微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式主要依靠學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性與自學(xué)能力。但在多年的傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響下，學(xué)生大都習(xí)慣于教師直接講授和自己被動(dòng)學(xué)習(xí)，這是影響“微課+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)效果的重要因素。

其二，線下課堂討論與練習(xí)是對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的疑問(wèn)進(jìn)行答疑和討論，教師只需有針對(duì)性地對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。但是學(xué)生若不認(rèn)真進(jìn)行線上學(xué)習(xí)就很難提出疑問(wèn)，這是由學(xué)生的被動(dòng)學(xué)習(xí)習(xí)慣造成的。

其三，不管是在傳統(tǒng)教學(xué)模式下還是在新的教學(xué)模式下，課后作業(yè)都是課程學(xué)習(xí)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，但是學(xué)生對(duì)作業(yè)的態(tài)度基本上是敷衍了事。借助網(wǎng)絡(luò)信息的共享，教材的作業(yè)答案均可在網(wǎng)上查到答案，部分學(xué)生直接照抄，這就起不到鞏固知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)效果的作用。

五、總結(jié)

熱工流體類課程的教學(xué)目標(biāo)是能夠?qū)た茖I(yè)的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析與計(jì)算，因此，僅僅達(dá)到理解層面是不夠的。在課程教學(xué)過(guò)程中，要加強(qiáng)討論、練習(xí)以達(dá)到讓學(xué)生能夠?qū)W以致用的目的。通過(guò)“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，可實(shí)現(xiàn)課下對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，而課上則可對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行答疑和加強(qiáng)練習(xí)、討論，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題。

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[7] http：//jxpt.whut.edu.cn：81/meol/jpk/course/layout/newpage/index.jsp？courseld=11661.

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