疫情防控下工科專業(yè)課云課堂實踐探索

張東 南軍虎 安周建 侯宏藝

[關(guān)鍵詞]云課堂;流體力學(xué);混合式教學(xué)平臺;疫情

針對新型冠狀病毒肺炎疫情對高校的課堂教學(xué)和正常開學(xué)造成的影響，《教育部應(yīng)對疫情工作領(lǐng)導(dǎo)小組工作方案（試行）》要求，面對延遲開學(xué)，采取政府主導(dǎo)、高校主體以及社會參與的方式，面向?qū)W生開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、線上答疑等活動，共同實施并保障在疫情防控期間高校的在線教學(xué)。鼓勵各高校充分利用上線的優(yōu)質(zhì)在線課程教學(xué)資源和實驗資源平臺。依托各類校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間、在線課程平臺等，積極開展線上學(xué)習(xí)和線上授課等在線教學(xué)活動，保證疫情防控期間的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)進度，實現(xiàn)“停課不停學(xué)、停課不停教”。

由于流體力學(xué)課程理論性強、邏輯嚴密、公式繁多和線上教學(xué)互動不便的特殊性，流體力學(xué)線上教學(xué)要借助混合式教學(xué)平臺、直播平臺等，增強課程教學(xué)過程中的師生活動，讓每位學(xué)生都能全面理解流體力學(xué)的基本概念、理論和方法，能夠運用流體力學(xué)的知識，并對流體機械的基本流動問題進行正確表達，獨立建立數(shù)學(xué)模型進行求解，同時通過分析獲得有效結(jié)論。應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從流體的宏觀和微觀、運動和靜止等辯證角度認識客觀世界，激發(fā)和增強學(xué)生的科學(xué)興趣和創(chuàng)新意識，讓流體力學(xué)內(nèi)容形象化、直觀化、具體化。應(yīng)結(jié)合工程實踐和學(xué)科前沿，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜流動工程問題的能力。

流體力學(xué)課程的線上教學(xué)設(shè)計采用“多措并舉、三位一體”的形式：“視頻+直播+討論”多措并舉，“課前+課中+課后”三位一體。結(jié)合混合式教學(xué)平臺，盡可能增強課程教學(xué)過程中的師生活動與學(xué)生的學(xué)習(xí)效果?；谠普n堂的混合式教學(xué)模式不僅能發(fā)揮云課堂的優(yōu)勢，還能有效彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺陷。

一、云課堂與流體力學(xué)課程特點

流體力學(xué)課程具有涉及的基礎(chǔ)知識面廣、內(nèi)容多、知識體系復(fù)雜、理論性和實踐性強等特點，包含許多公式和理論。本課程的教學(xué)應(yīng)使學(xué)生通過學(xué)習(xí)流體力學(xué)的基本概念、理論和應(yīng)用，能夠運用流體力學(xué)的知識對流體機械的基本流動問題進行正確表達，建立數(shù)學(xué)模型進行求解，并通過分析獲得有效結(jié)論;結(jié)合工程實踐和學(xué)科前沿，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜流動工程問題的能力，有效提升學(xué)生在宏觀尺度水力機械、微米一毫秒時空尺度液壓元件、新能源開發(fā)等方面的專業(yè)核心能力和綜合素質(zhì)，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和實際流體力學(xué)問題的解決奠定基礎(chǔ)。同時，在課程教學(xué)過程中，應(yīng)特別注重融入課程思政元素，引導(dǎo)學(xué)生從流體的宏觀和微觀、運動和靜止等辯證角度認識客觀世界，激發(fā)和增強學(xué)生的科學(xué)興趣與創(chuàng)新意識。

在疫情防控期間教師運用云存儲技術(shù)，上傳PPT、視頻資源、討論話題、作業(yè)等相關(guān)資料到平臺上，非常方便教師對學(xué)習(xí)資源進行分配、管理、訪問。學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)，自主分配學(xué)習(xí)時間，這使學(xué)生從知識的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c者。同時，云計算可以運用大數(shù)據(jù)分析，為教師提供學(xué)生學(xué)習(xí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，教師可依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄及時針對課程內(nèi)容、課程活動以及課程策略進行相應(yīng)的改變和調(diào)整。這樣既能發(fā)揮教師監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。云課堂中教師還能通過直播方式“面對面”進行知識傳授與能力培養(yǎng)，及時解決學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中遇到的問題，增加課堂互動性，鼓勵學(xué)生積極思考、勇于表達，從而產(chǎn)生良好的學(xué)習(xí)氛圍。云課堂這種開放的學(xué)習(xí)空間能有效地實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的合理配置以及學(xué)習(xí)者之間的思維碰撞。

二、流體力學(xué)線上教學(xué)設(shè)計

（一）線上教學(xué)設(shè)計解決的問題

為實現(xiàn)高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標，教師須在云課堂上把握教學(xué)工作的重難點，從“授之以魚”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆谥詽O”。流體力學(xué)云課堂教學(xué)過程中同樣要注意以下重點問題：

1.如何將專業(yè)基礎(chǔ)課的繁雜內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻恼w——建立流體力學(xué)的內(nèi)容體系。以不可壓縮流體的連續(xù)性方程、伯努利方程及動量方程等三個方程為主線，建立流體力學(xué)的內(nèi)容體系，將無序零碎的內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻恼w，形成模塊化、葡萄串式的課程知識體系，讓學(xué)生形成對流體力學(xué)相關(guān)內(nèi)容觸類旁通的認識。如圖1所示，流體力學(xué)課程以流體靜力學(xué)、流體運動學(xué)及動力學(xué)、管流損失和管路計算四部分內(nèi)容為基礎(chǔ)，這四部分內(nèi)容又以三大方程為基礎(chǔ)，進行拓展運用即可獲得相似理論及量綱分析、一元氣體動力學(xué)基礎(chǔ)、漩渦理論、粘性流體力學(xué)、明渠恒定均勻流等內(nèi)容，形成清晰的流體力學(xué)知識體系。

2.如何在專業(yè)基礎(chǔ)課中注重發(fā)展學(xué)生的工程應(yīng)用能力，實現(xiàn)高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標——從“人生無處不流體”實際出發(fā)，將形象化教學(xué)融入線上教學(xué)的各環(huán)節(jié)，從發(fā)展思維能力人手培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。為提高學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力，激發(fā)學(xué)生的思維興趣，應(yīng)注重教學(xué)邏輯，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力;應(yīng)理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力;應(yīng)強調(diào)歸納總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的分析思維能力，如圖2所示。

（二）線上教學(xué)資源建設(shè)與有機整合

由蘭州理工大學(xué)流體力學(xué)教學(xué)團隊精心打造的流體力學(xué)MOOC在線課程于2020年2月21日提前在智慧樹平臺發(fā)布。流體力學(xué)MOOC在線課程共分為6章，有3-15分鐘的小視頻共51個片段，350分鐘，里面包含視頻彈題59道，測試題161道，章節(jié)討論題18道，另外有期末考試題260道。通過生動的動畫演示、豐富的視頻素材、直觀的實驗操作，將情景劇、教學(xué)道具、電影片段、學(xué)科前沿紀錄片等素材穿插其中，力求課程內(nèi)容的趣味性、專業(yè)知識的系統(tǒng)性、教學(xué)方式的多元性，體現(xiàn)不一樣的流體力學(xué)線上教學(xué)資源。本課程資源不僅可以作為線上教學(xué)平臺按計劃開展教學(xué)工作，而且可以作為輔助教學(xué)資源進行學(xué)生自主學(xué)習(xí)和單元測驗等活動。

我們在超星學(xué)習(xí)通上建成流體力學(xué)課程混合式教學(xué)平臺，現(xiàn)有教學(xué)視頻52節(jié)段、教學(xué)PPT47節(jié)、習(xí)題1500道，已完整運行6輪，18萬余人次應(yīng)用，能夠很好地發(fā)揮輔教輔學(xué)功能，滿足教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。流體力學(xué)MOOC在線課程按選擇題、判斷題、填空題、簡答題、計算題等題型對每章的知識點進行了歸類，共收集各類考試題1000余道，按章節(jié)上傳到學(xué)習(xí)通平臺，建立了教學(xué)習(xí)題庫及試題庫。

我們將實踐教學(xué)創(chuàng)新整合，建設(shè)部分流體力學(xué)基礎(chǔ)實驗與創(chuàng)新性實驗線上教學(xué)實驗項目，形成流體力學(xué)線上虛擬仿真實驗平臺，利用學(xué)校虛擬仿真中心開設(shè)了“流體管流虛擬仿真模擬實驗”“流動演示實驗”“伯努利方程實驗”“動量方程實驗”等實驗。充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，激發(fā)了學(xué)生潛能，提高了其學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了其創(chuàng)新能力和科研能力，同時服務(wù)了流體力學(xué)系列課程建設(shè)。

（三）線上教學(xué)設(shè)計

結(jié)合以上流體力學(xué)線上資源，流體力學(xué)線上教學(xué)借助智慧樹、超星學(xué)習(xí)通和釘釘群來實現(xiàn)，教學(xué)采用釘釘群網(wǎng)絡(luò)直播、超星學(xué)習(xí)通平臺討論和釘釘群答疑的形式，如圖3所示。流體力學(xué)與葉柵理論課程的線上教學(xué)設(shè)計采用“多措并舉、三位一體”的形式：

1.“視頻+直播+討論”多措并舉。以葡萄串式知識點制作的教學(xué)視頻，每個視頻10分鐘左右，在智慧樹MOOC平臺發(fā)布，適合學(xué)生進行知識回顧和課前預(yù)習(xí)，學(xué)生可以根據(jù)自己的需求隨時多次點播學(xué)習(xí)視頻。正式線上教學(xué)采用釘釘群直播，教師制作了精美的PPT，準備了豐富的視頻素材，設(shè)計了諸多的互動討論問題，通過視頻連線、問答題信息板作答的形式進行師生互動，每次課的互動次數(shù)保持在3次以上。課后在超星學(xué)習(xí)通討論版塊布置了豐富有趣的討論話題，并提供了豐富的課外閱讀素材，方便學(xué)習(xí)者進行課后互動。

2.“課前+課中+課后”三位一體。教師課前發(fā)布課程信息及相關(guān)的有趣問題，學(xué)生在智慧樹平臺和超星學(xué)習(xí)通通過視頻、PPT等對課程學(xué)習(xí)內(nèi)容進行簡要預(yù)習(xí)，并對課前問題進行充分思考。教師首先對上次課發(fā)布的課后討論話題進行點評和總結(jié)，對個別學(xué)生的討論觀點進行肯定，隨之通過課前問題引入本次課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，此時往往播放2分鐘左右網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)視頻，使學(xué)生迅速進入學(xué)習(xí)狀態(tài)。教師在每一個重點知識點講解后會設(shè)置1～2個選擇題，并與學(xué)生互動。教師課后及時發(fā)布作業(yè)及有趣的討論話題，學(xué)生可以對此自由發(fā)表觀點，以增強學(xué)習(xí)興趣和延伸知識點，教師也會在討論區(qū)與學(xué)生互動，實現(xiàn)教學(xué)相長。

三、流體力學(xué)云課堂特色與實效

流體力學(xué)課程的線上教學(xué)可以總結(jié)為：一個直播、兩個平臺、三位一體、多措并舉，如圖4所示。由于云課堂交互性更強，課中需要更多的時間進行廣泛討論，直播中教師對知識的單純講授會顯著減少，此時需要課堂教學(xué)效率做加法，教學(xué)內(nèi)容的講解做減法。因此，只能對課前、課后進行教學(xué)設(shè)計，學(xué)生充分利用線上教學(xué)資源，課前帶著疑問預(yù)習(xí)，課后帶著知識討論，真正實現(xiàn)以學(xué)生為中心。而具體每個學(xué)生學(xué)了什么，大數(shù)據(jù)會定量化準確地統(tǒng)計學(xué)生的狀況，使教師有的放矢地進加法和減法，具體表現(xiàn)為：

1.以釘釘群直播為線上教學(xué)主陣地，智慧樹+超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺相互補充，一個擁有豐富短視頻教學(xué)資源，一個可進行PPT預(yù)習(xí)、作業(yè)及課后討論。從學(xué)生端采集他們的行為反饋到計算機，實現(xiàn)信息投遞，通過平臺可以檢測到學(xué)生學(xué)習(xí)的次數(shù)和時間，有利于教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。同時，釘釘群直播具有回放功能，可以滿足學(xué)生查漏補缺的需求，同時可以在群里隨時點名提問，實現(xiàn)答疑與互動。

2.課前、課中、課后三位一體的閉環(huán)學(xué)習(xí)過程和多舉措保證了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課程的教學(xué)始于教師提出問題，學(xué)生了解及思考問題并產(chǎn)生自己的想法，直播教學(xué)中解決疑惑、傳授新知，課后通過有趣的問題（例如：馬赫數(shù)及高超音速論題——世界各國在陸續(xù)研制高超音速武器，學(xué)生閱讀附件資料后，簡單討論如何才能達到高超音速）進一步鞏固和延伸知識，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

根據(jù)學(xué)生對教師云課堂的評價和對教師期望的調(diào)查，我們在線上課程教學(xué)建設(shè)中不斷探索和改革教學(xué)方法和手段，建立了較為完善的流體力學(xué)的云課程教學(xué)體系，理論聯(lián)系實際，注重歸納總結(jié)等具體解決措施，得到了學(xué)生的認可，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，教學(xué)互動顯著增強，話題討論更為積極，取得了不錯的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

由于流體力學(xué)課程理論性強、邏輯嚴密、公式繁多和線上教學(xué)互動不便的特殊性，為了在疫情期間達到“停課不停學(xué)”的最佳教學(xué)效果，我們對流體力學(xué)云課堂進行了設(shè)計。教師在流體力學(xué)課程線上教學(xué)中采用了“一個直播、兩個平臺、多措并舉、三位一體”的形式：“視頻+直播+討論”多措并舉，“課前+課中+課后”三位一體?；谠普n堂的混合式教學(xué)模式不僅能發(fā)揮云課堂的優(yōu)勢，還能有效彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺陷。我們盡可能增加課程教學(xué)過程中的師生互動與提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，結(jié)合云課堂的特點進行教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)會在思考、探索、協(xié)作和討論中進行自主學(xué)習(xí)，真正實現(xiàn)“以學(xué)生為中心，產(chǎn)出導(dǎo)向，持續(xù)改進”的工科教育理念。