“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”課程線上教學(xué)實踐及對教學(xué)改革思考

王占偉 周西文 王 林 馬愛華 李修真

（河南科技大學(xué) 洛陽 471000）

0 引言

2020年初，一場突如其來的新冠肺炎肆虐全球，為了阻斷疫情向校園蔓延，確保全國師生生命安全和健康，教育部于2020年1月27日發(fā)布了《關(guān)于2020年春季學(xué)期延期開學(xué)的通知》，要求全國各高校推遲2020年春季學(xué)期開學(xué)時間，并切實做好疫情防控工作。緊接著，教育部于2月4日發(fā)布了《關(guān)于在疫情期間做好高校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》，并于2月12日在國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機制新聞發(fā)布會上明確提出了“停課不停教、停課不停學(xué)”。據(jù)統(tǒng)計，全國已有1454 所高校參與在線教學(xué)，授課教師達到103 萬人，在線學(xué)習(xí)達到23 億人次，在線課程開放1226 萬門次[1]。疫情期間在線教學(xué)的規(guī)模之大、范圍之廣、程度之深，前所未有，對中國乃至世界高等教育都將產(chǎn)生深遠的影響。它改變了教師的“教”，改變了學(xué)生的“學(xué)”，改變了學(xué)校的“管”，改變了教育的“形態(tài)”[2]。教育部高教司吳巖司長指出，我們不可能、也不應(yīng)該退回到疫情發(fā)生之前的教與學(xué)狀態(tài)，“互聯(lián)網(wǎng)+”、“智能+”的在線教學(xué)已成為世界高等教育重要發(fā)展方向。

在此背景下，作者對“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”課程的線上教學(xué)方法進行研究與總結(jié)，對線上教學(xué)的實施及其效果進行評價，旨在分享該課程的線上教學(xué)經(jīng)驗與體會，為土木類專業(yè)課程授課教師開展線上教學(xué)進行參考與借鑒，同時分享了線上教學(xué)對教學(xué)改革的兩點思考。

1 “熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”課程內(nèi)容與特點

“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的一門主干專業(yè)理論課，同時兼顧創(chuàng)造建筑室內(nèi)環(huán)境所用熱質(zhì)交換方法的理論知識與設(shè)備知識，起著連接本專業(yè)基礎(chǔ)課與技術(shù)課的橋梁作用。其主要內(nèi)容是將專業(yè)中“傳熱學(xué)”、“流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“供暖工程”、“空氣調(diào)節(jié)”、“空調(diào)用制冷技術(shù)”、“鍋爐及鍋爐房設(shè)備”和“燃氣燃燒”等課程中牽涉到流體熱質(zhì)交換原理及相應(yīng)設(shè)備的內(nèi)容抽出，經(jīng)綜合整理、充實加工而形成的一門課程[3]，結(jié)構(gòu)上可分為原理和設(shè)備兩大部分，涉及面廣，理論性強，難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)時易感到枯燥。

2 課程線上教學(xué)的特點

線上教學(xué)不同于線下，有著獨特的優(yōu)點和缺點[4,5]。線上教學(xué)的優(yōu)點：（1）靈活性強。線上教學(xué)打破了時間和空間的限制，學(xué)生隨時可學(xué)，隨地可學(xué)；（2）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源豐富。中國大學(xué)MOOC、學(xué)堂在線和智慧樹等在線教育共享平臺上有著大量來自全國優(yōu)秀教師分享的優(yōu)質(zhì)在線課程，且疫情期間，學(xué)生可輕松獲取資源，這一定程度上可緩解教育資源不均問題；（3）通過課堂實錄，講課視頻學(xué)生可反復(fù)觀看，這可讓沒有及時上課的學(xué)生補充上課，讓沒有聽懂的學(xué)生，反復(fù)回看；（4）學(xué)生反饋更及時。網(wǎng)絡(luò)發(fā)布作業(yè)、測試等，學(xué)生回答上傳提交，可及時反饋到教師，同時基于即時聊天軟件，可及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

線上教學(xué)的缺點：（1）師生互動有限。線上教學(xué)無法做到線下師生面對面授課的互動效果；（2）學(xué)生注意力不容易集中。線上教學(xué)由于缺少了老師與學(xué)生近在遲尺地面對面授課，線上教學(xué)更依靠于學(xué)生自身的自覺與自律；（3）對于理論性較強的課程，線上難以取得線下在教室面對面授課結(jié)合板書演繹的授課和學(xué)習(xí)效果；（4）對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)有效監(jiān)督的措施有限。線上授課通常只能看到學(xué)生的在線狀態(tài)，但無法獲悉學(xué)生是否真的在聽課，是否真的在認真做筆記。

3 本課程線上教學(xué)方法及其效果評價

充分考慮到線上教學(xué)的特點，為了盡可能地做到線上學(xué)習(xí)與線下課堂教學(xué)質(zhì)量實質(zhì)等效，本課程從教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)過程三方面入手，探討該課程線上教學(xué)的新途徑和新思想。

從教學(xué)理念上，貫徹“以本為本”的思想，堅持“以學(xué)生為中心，以目標(biāo)為導(dǎo)向，強調(diào)持續(xù)改進”的工程教育理念，同時把“立德樹人”作為教育的根本任務(wù)，力爭培養(yǎng)出具有社會主義正確核心價值觀，有社會責(zé)任感，有擔(dān)當(dāng)?shù)膹?fù)合型高級工程技術(shù)應(yīng)用人才。

3.1 線上教學(xué)方法

本課程線上教學(xué)方法可總結(jié)為：教師的“復(fù)雜化”，課堂的“簡單化”和學(xué)生的“主動化”。

3.1.1 教師的“復(fù)雜化”

教學(xué)過程中。首先是教師的“復(fù)雜化”。本課程是一門理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容涉及大量的理論及其背后機理公式的推導(dǎo)，而線上教學(xué)無法與學(xué)生見面，失去了面對面授課的優(yōu)勢。因此為了與在教室面對面授課結(jié)合板書演繹取得實質(zhì)等效的授課和學(xué)習(xí)效果，教師對課程內(nèi)容進行解構(gòu)與重構(gòu)，按照核心知識點，將課程內(nèi)容片段化。一個片段即為一個講授單元。以問題為導(dǎo)向，為每個片段，設(shè)置一個問題，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)每一個片段。考慮到學(xué)生在線學(xué)習(xí)注意力不易集中的特殊性，控制好每個講解片段的長度，在片段之間巧妙設(shè)置小問題，充分利用在線直播平臺的優(yōu)勢，開展全班大討論。對授課課件進行重新制作，課件內(nèi)容要模擬板書，充分展示演繹和歸納的過程。

比如，動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞這三種傳遞現(xiàn)象之間的類比，以及熱量和質(zhì)量同時存在的傳遞現(xiàn)象是本課程其中兩個核心知識點。本課程在線教學(xué)時，反映這兩個核心知識點的教學(xué)設(shè)計及所分配時間分別如圖1 和圖2所示。

圖1 動量、熱量和質(zhì)量傳遞類比的教學(xué)過程設(shè)計及所分配時間Fig.1 Design and allocation time of the teaching process about the momentum,heat,and mass transfer

圖2 熱量和質(zhì)量同時存在的熱質(zhì)傳遞的教學(xué)過程設(shè)計及所分配時間Fig.2 Design and allocation time of the teaching process about the transfer with simultaneous heat and mass

3.1.2 課程的“簡單化”

其次是課程的“簡單化”。所謂大道至簡，講授過程中邏輯清晰、方法得當(dāng)。以專業(yè)工程實際為背景，復(fù)雜問題簡單化，深奧理論淺顯化，避免讓學(xué)生感到苦澀難懂，產(chǎn)生消極抵觸心理。而在“簡單”的同時，通過設(shè)置的問題，給學(xué)生創(chuàng)造思考和交流的機會和空間。同時，突出課程思政教學(xué)。在課堂講授中，注重理論聯(lián)系實際，善于講解實際工程背后所涉及的課程理論知識和工匠精神，讓學(xué)生以小見大，在領(lǐng)悟?qū)I(yè)理論知識的同時，更加體會到科技的力量，建立起科技強國的自信和勇氣。

比如，在講解熱量和質(zhì)量同時存在的傳遞現(xiàn)象時，從本專業(yè)實際的工程實踐導(dǎo)入，專業(yè)常見的表冷器對空氣冷卻除濕，噴水室對空氣熱濕處理，冷卻塔獲得冷卻水和濕球溫度計測量空氣的濕球溫度，引出在熱量和質(zhì)量傳遞同時發(fā)生時，它們彼此之間相互影響。中國神州7 號返回艙載著三位航天員英雄順利安全返回，返回艙在與空氣高速摩擦產(chǎn)生大量的熱量，由此引出傳質(zhì)冷卻。以專業(yè)工程實際為背景，使復(fù)雜問題簡單化，深奧理論淺顯化，同時，讓學(xué)生體會到科技的力量，自身所學(xué)可以為祖國的強大做出貢獻，從而建立起科技強國的自信與學(xué)成報國的信念，突出課程思政教學(xué)。

3.1.3 學(xué)生的“主動化”

最后是學(xué)生的“主動化”。在課上講授了知識的核心后，留置思考題，激發(fā)學(xué)生主動思考內(nèi)化知識；通過作業(yè)的批改和觀察，總結(jié)學(xué)生對知識點的掌握程度，及時發(fā)現(xiàn)問題；鼓勵學(xué)生勇敢地質(zhì)疑教材和教師，深化對知識的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神，增強自信心；抓住學(xué)生的思維火花和小亮點，啟發(fā)并鼓勵他們進一步深入思考，提升綜合能力；按照劃分的知識點片段，對錄制的授課視頻和課件進行分割，并上傳至超星學(xué)習(xí)通等平臺，幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系，同時讓沒有及時上課的學(xué)生補充上課，讓沒有聽懂的學(xué)生，反復(fù)回看。

3.2 保證線下線上教學(xué)質(zhì)量實質(zhì)等效的措施

（1）基于在線教育平臺，及時發(fā)布教學(xué)預(yù)警

充分利用線上教學(xué)平臺的優(yōu)勢，基于超星學(xué)習(xí)通在線教育平臺，根據(jù)平時綜合成績來及時檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。平時綜合成績構(gòu)成包括：課程訪問次數(shù)、簽到、課程視頻任務(wù)點、討論、作業(yè)及章節(jié)測試等6 個環(huán)節(jié)，設(shè)置每一環(huán)節(jié)的分數(shù)權(quán)重，學(xué)習(xí)通平臺計算出綜合成績。針對平時綜合成績低于設(shè)定成績的同學(xué)及時發(fā)布學(xué)習(xí)預(yù)警，督促這部分同學(xué)積極參與課堂活動和及時完成作業(yè)。

（2）基于即時聊天軟件的線上答疑

線上答疑不受時間和空間的約束，實際上降低了學(xué)生提問和表達不懂的門檻。根據(jù)實際體會，基于及時聊天軟件的線上答疑的學(xué)生參與度、活躍度和問題深度明顯高于線下。教師在及時對學(xué)生進行答疑時，統(tǒng)計出學(xué)生不懂的高頻問題及知識點，總結(jié)出學(xué)生易迷惑的地方，可放在課堂上集中講解。這樣起到的教學(xué)效果甚至好于線下。

（3）基于小組討論，學(xué)生互評

本課程根據(jù)教學(xué)安排和核心知識點，可適時安排小組討論。每3-5 名同學(xué)組成一個討論組，基于在線會議軟件，一個小組開啟一個聊天室，開展討論。根據(jù)討論的內(nèi)容和結(jié)果，學(xué)生為自己打分，也為小組其他成員打分，讓學(xué)生互評，起到互相學(xué)習(xí)，取長補短的作用。

3.3 教學(xué)效果評價

本課程基于超星學(xué)習(xí)通在線教學(xué)平臺，累計發(fā)布任務(wù)數(shù)106 個，學(xué)生平均任務(wù)完成率高達98%；學(xué)生累計訪問量15130 次（學(xué)生總?cè)藬?shù)72 人，平均210 次/學(xué)生）；累計發(fā)布作業(yè)8 次，學(xué)生提交率約99%；發(fā)布了3 次教學(xué)預(yù)警；學(xué)生綜合成績分布情況如圖3所示。由圖3，約47%學(xué)生的綜合成績超過80 分，達到了良好以上，約93%學(xué)生的綜合成績超過60 分，及格率約93%。這些數(shù)據(jù)表明，本課程的線上教學(xué)基本做到了與線下課堂教學(xué)質(zhì)量的實質(zhì)等效。

圖3 學(xué)生綜合成績分布情況統(tǒng)計Fig.3 The summary about the comprehensive scores of the students

4 線上教學(xué)對教學(xué)改革的思考

（1）借力現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，開展課堂教學(xué)改革

互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，勢必會給土木類專業(yè)的教學(xué)帶來前所未有的挑戰(zhàn)和機遇?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”、“智能+”的在線教學(xué)也必將成為高等教育重要發(fā)展方向。積極推動現(xiàn)代信息技術(shù)與課程教學(xué)的深度融合，將各類現(xiàn)代信息化教學(xué)手段引入課堂，做好信息技術(shù)對傳統(tǒng)教學(xué)方法的改造，對專業(yè)體系、課程體系及內(nèi)容進行解構(gòu)與重構(gòu)，探索線上教學(xué)人才培養(yǎng)模式的改革。

（2）開展線上線下混合式教學(xué)方法探索

線上教學(xué)和線下教學(xué)都有其優(yōu)缺點，其實也不是所有的課程都適用純粹的線上教學(xué)。在開展線上教學(xué)和線下教學(xué)時，應(yīng)充分考慮到具體課程的特點，選擇更適合的教學(xué)方式。對于“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”這門理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課而言，開展線上和線下相結(jié)合的混合式教學(xué)方法應(yīng)該是更合適的。積極探索以“線下教學(xué)為主，線上教學(xué)為輔”的混合式教學(xué)模式，充分發(fā)揮線上和線下教學(xué)的組合優(yōu)勢，而這需要深入開展線上線下混合式教學(xué)模式的研究和改革。

5 結(jié)束語

本文以“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”課程為例，給出了該課程線上教學(xué)方法，具體的教學(xué)實施過程，并對其教學(xué)效果進行了評價，評價數(shù)據(jù)顯示，本課程的線上教學(xué)基本做到了與線下課堂教學(xué)質(zhì)量的實質(zhì)等效。分享的該課程線上教學(xué)經(jīng)驗與體會，可為土木類專業(yè)課程授課教師開展線上教學(xué)與教學(xué)改革提供參考與借鑒。

在未來，一方面，積極推動現(xiàn)代信息技術(shù)與課程教學(xué)的深度融合，將各類現(xiàn)代信息化教學(xué)手段引入課堂，探索“互聯(lián)網(wǎng)+”、“智能+”的在線教學(xué)，探索線上教學(xué)人才培養(yǎng)模式的改革；另一方面，結(jié)合線上教學(xué)和線下教學(xué)的優(yōu)缺點，充分考慮課程的特點，因地制宜地選擇最合適的教學(xué)方法。對于“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課而言，開展線上和線下相結(jié)合的混合式教學(xué)方法應(yīng)該是更合適的。