基于慕課平臺的《工程熱力學(xué)》教學(xué)探究

李奉翠 靳俊杰

摘?要：文章簡述了慕課平臺教學(xué)的必要性，分析了基于慕課平臺的《工程熱力學(xué)》互動式教學(xué)的優(yōu)勢，包括微視頻內(nèi)容設(shè)計、慕課平臺在教學(xué)中高效應(yīng)用，教學(xué)評價和教學(xué)效果情況。

關(guān)鍵詞：慕課平臺;互動式教學(xué);微視頻

隨著教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)代教育科技的發(fā)展，傳統(tǒng)課堂“滿堂灌”的教學(xué)模式和以“教師為主”的教學(xué)過程已經(jīng)不能適應(yīng)新時代的高校學(xué)生。隨著師生地位和關(guān)系發(fā)生的根本改變，以微課、慕課等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方式的教學(xué)模式和以“學(xué)生為主”的教學(xué)過程在培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力等方面顯示出強大優(yōu)勢。慕課平臺是一種把教學(xué)資源分享在網(wǎng)絡(luò)上，學(xué)生可以隨時隨地打開網(wǎng)絡(luò)在平臺上學(xué)習(xí)，老師可以隨時隨地在平臺上批改學(xué)生作業(yè)、和學(xué)生一起討論問題等教學(xué)管理。

1 《工程熱力學(xué)》教學(xué)改革的必要性

工程熱力學(xué)是建筑環(huán)境與能源工程、制冷與低溫工程、動力機械等相關(guān)專業(yè)的一門重點專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程主要論述了物質(zhì)的熱力性質(zhì)、熱力過程、熱力循環(huán)，以熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律為理論基礎(chǔ)，從而得出熱能與機械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律、能量轉(zhuǎn)換方法以及有效合理利用熱能的途徑。所以工程熱力學(xué)課程對能源的高效利用與開發(fā)、節(jié)約新能源等方面起著重要的指導(dǎo)作用[1]。

1.1 概念抽象，公式繁多

《工程熱力學(xué)》這門課主要講了熱能與機械能相互轉(zhuǎn)化的特性和規(guī)律，雖然此課程教學(xué)目標明確，但課程中大部分概念非常抽象，學(xué)生很難理解。比如平衡狀態(tài)、狀態(tài)公里、可逆過程、準靜態(tài)過程、膨脹功、技術(shù)功、流動功、軸功等等，如果沒有在課下很好地預(yù)習(xí)，只靠課堂上老師講解，學(xué)生很難領(lǐng)會這些概念的內(nèi)涵。

《工程熱力學(xué)》這門課程公式繁多且應(yīng)用條件復(fù)雜，邏輯性強，如下表是該課程中第四章理想氣體熱力過程分析的公式。從表中我們可以了解到，不同的熱力過程，計算同一個參數(shù)所需要的公式是不同的。學(xué)習(xí)完這部分內(nèi)容，學(xué)生必須做大量的練習(xí)，才能把這些公式靈活運用。

如果還是用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，單憑學(xué)生死記硬背，難度很大，學(xué)生會感覺這門課程很難學(xué)，慢慢的就會對這門課的學(xué)習(xí)失去興趣。以前用傳統(tǒng)教學(xué)方法教授此門課程，我校學(xué)生在期末考試中《工程熱力學(xué)》成績不及格率達到50%。所以如何提高學(xué)生對此門課程的學(xué)習(xí)興趣是目前急需解決的迫切問題[2]。

1.2 社會發(fā)展的需要

在過去的幾年中，社會的變化、科技的進步相信大家都有目共睹，無論是人工智能、機器人發(fā)展，又或者5G技術(shù)的實現(xiàn)，一切關(guān)乎高新科技技術(shù)的發(fā)展都可以說令人瞠目結(jié)舌。我們不禁會思考，隨著這些技術(shù)越來越成熟，有哪些新的工作會被創(chuàng)造出來？什么樣性質(zhì)的工作會消失？尤其是我們的下一代想在未來社會站穩(wěn)腳跟，需要做些什么？

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是把知識灌輸給學(xué)生，知識型人才已不能滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需求，缺乏創(chuàng)新思維。教育永遠不可能將所有的知識傳授給學(xué)習(xí)者。面對隨時會發(fā)生變化的未來，培養(yǎng)學(xué)生終身自主學(xué)習(xí)的能力，是學(xué)生是否具有競爭力和發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵。利用線上線下互動式教學(xué)模式替換教師滿堂灌的教育模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才，是當(dāng)今社會發(fā)展的需要，當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，促進了傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革。新時代的教學(xué)模式正在朝著以學(xué)生為主體，培養(yǎng)創(chuàng)新能力的方向發(fā)展，將傳統(tǒng)的授課模式與現(xiàn)代技術(shù)相融合，使學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境豐富多彩，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)勢，有益于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展

美國新媒體聯(lián)盟《地平線報告》已經(jīng)連續(xù)多年提到混合式教學(xué)，它已經(jīng)作為一種核心趨勢越來越多地在教學(xué)中得到應(yīng)用[3]。學(xué)習(xí)通、雨課堂、智慧樹、云課堂等在線教學(xué)平臺的出現(xiàn)，快速推動了線上線下混合式教學(xué)的發(fā)展。學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺很好地將線上線下結(jié)合起來，這種混合式教學(xué)模式提升教師教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

筆者在多年從事《工程熱力學(xué)》課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)借鑒他人經(jīng)驗，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標，針對當(dāng)前新形勢，對該課程在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式等方面進行相應(yīng)的改革和實踐探索。

利用《工程熱力學(xué)》慕課平臺教學(xué)資源，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性[4，5]。在我?！豆こ虩崃W(xué)》課程的教學(xué)中，自從利用了慕課平臺，教學(xué)效果明顯提高，不及格率由原來的50%降到了不足10%。

2 慕課平臺微視頻的設(shè)計

慕課平臺上需要上傳的內(nèi)容有很多，如課程執(zhí)行大綱，課程教學(xué)目標，章節(jié)內(nèi)容PPT和視頻、測試題、課后練習(xí)題等等。最主要的部分是課程章節(jié)內(nèi)容，其中微視頻是慕課平臺的核心部分。觀看微視頻是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要途徑，學(xué)生可以自由安排觀看視頻學(xué)習(xí)時間。所以微視頻是學(xué)生線上學(xué)習(xí)的主要資源，微視頻錄制的內(nèi)容的合理性和準確性就顯得尤為重要。為了能讓學(xué)生有興趣看完每一個視頻，我們課題組在錄制視頻的時候，每個視頻時長盡量控制在10分鐘之內(nèi)。

《工程熱力學(xué)》課程組在錄制微視頻時，為了使學(xué)生更好的理解課程章節(jié)之間的關(guān)系，我們課程組成員反復(fù)討論，把整本教材的課程體系進行了重構(gòu)。在構(gòu)建新課程體系時，把整本書的內(nèi)容分成三大模塊：工質(zhì)的性質(zhì)、熱力過程和熱力循環(huán)。工質(zhì)的性質(zhì)模塊又分了三個小模塊即理想氣體性質(zhì)、濕空氣性質(zhì)、水蒸氣性質(zhì);熱力過程模塊又分為熱力學(xué)第一定律、理想氣體熱力過程的分析、水蒸氣熱力學(xué)過程分析、濕空氣熱力過程的分析四個小模塊;熱力循環(huán)模塊又分為熱力學(xué)第二定律、卡諾循環(huán)、動力循環(huán)、制冷循環(huán)四個小模塊。在每個小模塊里又分為若干個知識單元，每個知識單元做一個微視頻。比如“理想氣體熱力過程”模塊里分為六個知識單元，分別是：理想氣體定壓熱力過程分析知識單元、理想氣體定容熱力過程分析知識單元、理想氣體定溫?zé)崃^程分析知識單元、理想氣體定熵?zé)崃^程分析知識單元、理想氣體多變熱力過程分析知識單元、理想氣體熱力過程的實際工程應(yīng)用知識單元。針對這個小模塊我們錄制了六個微視頻。

通過對《工程熱力學(xué)》課程體系的重構(gòu)，使整本教材內(nèi)容更加緊湊，使初學(xué)者對章節(jié)內(nèi)容的關(guān)系一目了然。

3 基于慕課平臺的《工程熱力學(xué)》教學(xué)過程

本文以“理想氣體定熵?zé)崃^程分析”教學(xué)內(nèi)容為例，借助慕課平臺探究現(xiàn)代化教學(xué)模式在教學(xué)中的應(yīng)用。

3.1 微課視頻引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

在慕課平臺上，每單元教學(xué)內(nèi)容安排中編輯教學(xué)內(nèi)容的重難點分析及相關(guān)要求，設(shè)有分組討論的問題和知識點解析。比如“理想氣體定熵?zé)崃^程分析”重點是掌握定熵過程功和熱的計算方法，難點是定熵?zé)崃^程分析方法;要求學(xué)生預(yù)習(xí)過程中了解公式的推導(dǎo)方法，在這部分學(xué)習(xí)內(nèi)容用到分數(shù)和指數(shù)的積分，要求學(xué)生預(yù)習(xí)時就要把積分方法鞏固好。老師在講“理想氣體定熵?zé)崃^程分析”這個知識點之前，把理想氣體定熵?zé)崃^程分析微視頻進行發(fā)布，要求學(xué)生課下進行至少20分鐘的學(xué)習(xí)過程，同時將學(xué)習(xí)重點內(nèi)容進行歸納總結(jié)，以作業(yè)的形式上傳到平臺。教師隨時在慕課平臺上監(jiān)督學(xué)生觀看視頻情況，了解學(xué)生對預(yù)習(xí)情況的反映，了解學(xué)生小組討論情況，老師還可在慕課平臺上對同學(xué)們提出的問題進行答疑。通過做課前預(yù)習(xí)習(xí)題，進一步加強對預(yù)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握。以前的教學(xué)模式，雖然也安排學(xué)生提前預(yù)習(xí)，但學(xué)生有沒有預(yù)習(xí)，老師無法監(jiān)控，課上也無法做到逐個檢查。

3.2 慕課平臺在課堂上的高效應(yīng)用

在課堂上，首先利用慕課平臺，抽查學(xué)生對本堂課觀看微課視頻情況，進一步了解學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)的深度。比如了解學(xué)生課前對理想氣體定熵?zé)崃^程分析的掌握和理解。課前問題思考內(nèi)容：理想氣體定熵?zé)崃^程是不是絕熱過程？定熵?zé)崃^程與其它熱力過程有哪些不同點？在實際工程中哪些過程可以認為是定熵過程？利用慕課平臺的搶答功能進行提問，學(xué)生會很積極的參與到這個環(huán)節(jié)。通過學(xué)生的回答，授課教師很快就能了解學(xué)生對本堂課程的掌握情況，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)解決沒有掌握的知識點，提高了課堂效率。

利用慕課平臺，進行互動式教學(xué)模式，課堂上學(xué)生積極性較高，學(xué)生上課睡覺現(xiàn)象不存在了，采用對比方法、結(jié)合實際工程等多種手段引導(dǎo)學(xué)生探究學(xué)習(xí)，從而理解定熵?zé)崃^程分析方法，掌握定熵?zé)崃^程的功和熱量的計算過程。同時也提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

3.3 鞏固課堂知識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

下課后，針對本堂課程內(nèi)容，在慕課平臺上發(fā)布練習(xí)題中。練習(xí)題發(fā)布之前需要設(shè)置發(fā)布和上交時間，發(fā)布和上交時間根據(jù)題量的多少來設(shè)置，時間過短，學(xué)生有可能做不完;時間過長，會影響下次作業(yè)時間。練習(xí)題一般設(shè)置為選擇題、判斷題等知識點小題型，系統(tǒng)可以自動進行批改，節(jié)省了老師批改作業(yè)的時間?！豆こ虩崃W(xué)》課程理論性特別強，學(xué)生必須通過大量的練習(xí)題，才能把課本上知識融會貫通，提高學(xué)生的思維創(chuàng)新能力。如果單單練習(xí)教材上章節(jié)習(xí)題，學(xué)生覺得枯燥乏味。教師在設(shè)置慕課平臺的練習(xí)題時，做到由易到難，循序漸進，有利學(xué)生對所學(xué)知識的逐步掌握。另外，課后，教師還可以在慕課平臺上發(fā)布一些與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的參考文獻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展其學(xué)習(xí)領(lǐng)域，培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3.4 節(jié)約時間，提高了學(xué)生課外學(xué)習(xí)效率

首先，重點知識制成微課視頻，省去學(xué)生學(xué)習(xí)非重點知識的時間。通常學(xué)生在學(xué)習(xí)一門新課程的過程中，很難確定哪些章節(jié)內(nèi)容是重點，哪些章節(jié)內(nèi)容是非重點，在預(yù)習(xí)的過程中，學(xué)生就會做到面面俱到，浪費了大量的時間。《工程熱力學(xué)》課程的重點知識做成了微視頻，學(xué)生在學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)課程的時候，只通過觀看微視頻，就可以做到高效學(xué)習(xí)。其次，慕課平臺的學(xué)習(xí)非常方便，手機、電腦都可以操作。尤其是手機方式便捷，學(xué)生隨時隨地都可以學(xué)習(xí)，如排隊買飯、等公交、外出游玩空閑時間等等，可觀看微課視頻，提高了學(xué)習(xí)效率。若對哪些知識不是太明白，可以反復(fù)觀看視頻，傳統(tǒng)教學(xué)模式就無法做到。所以這種線上學(xué)習(xí)模式明顯提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

4 教學(xué)評價

為了更好的評價慕課平臺互動式教學(xué)在《工程熱力學(xué)》課程應(yīng)用的效果，教學(xué)評價和學(xué)生學(xué)習(xí)效果有機結(jié)合在一起進行評價。教學(xué)評價采用學(xué)生座談、在慕課平臺上發(fā)起問卷調(diào)查和學(xué)生網(wǎng)上評教相結(jié)合的模式，通過學(xué)生反饋情況進行教學(xué)模式的修正。學(xué)生學(xué)習(xí)效果通過學(xué)生的學(xué)習(xí)成績來考核，《工程熱力學(xué)》課程中平時成績占40%，期末考試成績占 60%。平時成績由慕課平臺上的課前課后作業(yè)、單元測試題成績、課堂上發(fā)言內(nèi)容和次數(shù)、實驗成績等組成，慕課平臺上每一項的數(shù)據(jù)都能導(dǎo)出，方便教師和學(xué)生查閱，這是傳統(tǒng)教學(xué)無法實現(xiàn)的。期末考試為閉卷筆試形式，試卷題目符合教學(xué)大綱的要求，考察的知識點全面，考核學(xué)生對基本知識掌握情況、思維創(chuàng)新能力和綜合分析問題的能力。這種互動式教學(xué)評價結(jié)果為優(yōu)秀。

5 結(jié)語

《工程熱力學(xué)》課程授課借助慕課平臺，采用互動式教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以問題解決為中心，將多種教學(xué)方法有機結(jié)合在一起。大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高了學(xué)生課外學(xué)習(xí)效率，提高了學(xué)生在課堂上的抬頭率，提高了學(xué)生的思維創(chuàng)新能力和綜合分析問題的能力。

參考文獻：

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[3]金慧，胡盈瀅，宋蕾.技術(shù)促進教育創(chuàng)新：新媒體聯(lián)盟《地平線報告》.

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作者簡介：李奉翠（1975-），女，山東濟南人，碩士，副教授，現(xiàn)從事建筑空調(diào)節(jié)能技術(shù)研究。