新媒體結(jié)合工科教學(xué)的探索

李文強 馮喜平 惠衛(wèi)華

摘 要：在新工科建設(shè)和發(fā)展的背景下，本文針對線下課堂授課模式單一以及理論與實驗脫節(jié)的問題，創(chuàng)新性提出了通過新媒體技術(shù)將前沿科學(xué)實驗引入線下理論課堂的教學(xué)改革方式。例如：通過“直播”的方法，及時將科學(xué)實驗及時帶入理論課堂，提升課堂氣氛的同時，利用實驗對學(xué)生進行深度啟發(fā)。本教改方法實現(xiàn)了將理論、實驗與創(chuàng)新在一堂課中融為一體。通過對西北工業(yè)大學(xué)“傳熱學(xué)”課程的改革實踐，發(fā)現(xiàn)該授課模式可極大激發(fā)學(xué)生的課堂熱情和創(chuàng)新思維，大幅提升了理論學(xué)習(xí)的效率。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;新媒體;實驗;理論;創(chuàng)新

中圖分類號：G642 ?文獻標(biāo)識碼：A

Abstract：Under the background of construction of the new engineering curriculum of the Ministry of education，the present study proposes a teaching reform method that integrates new-media tool and theoretical curriculum，aiming to solve the problems existing in the traditional teaching mode，that is，monotonous and detachment of experiment and theory.By innovatively introducing cutting-edge experiment into class through direct-broadcast media，we have realized the integration of theory，experiment and innovation in one class.Through the reform of course of "Heat Transfer" in Northwestern Polytechnic University，it is found that this teaching mode can greatly stimulate students’ classroom enthusiasm and innovative thinking and improve the efficiency of theoretical learning.

Keywords：teaching reform;new media;experiment;theory;innovation

一、概述

隨著我國向著創(chuàng)新型工業(yè)的邁進，對人才的要求也從掌握知識技能向?qū)嵺`創(chuàng)新能力進行轉(zhuǎn)變。但是，目前的課堂模式大多是延續(xù)傳統(tǒng)老舊的教學(xué)方法。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)課堂的興起和數(shù)字傳媒的發(fā)展，傳統(tǒng)線下課堂已不再成為獲取知識的唯一途徑。例如：斯坦福大學(xué)和麻省理工大學(xué)公開課、國內(nèi)MOOC課堂、網(wǎng)易公開課等優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)教育資源正在逐步取代線下老舊的“老師臺上教，學(xué)生底下學(xué)”授課模式，而且，目前的線下課堂還是以PPT結(jié)合板書的授課方式，與線上教育日益新型化和多元化的模式相比，傳統(tǒng)授課模式難以激發(fā)學(xué)生的積極性。

除此之外，對于一些工科類別的專業(yè)基礎(chǔ)課程，例如“傳熱學(xué)”，是工程熱物理專業(yè)方向的必修課程，也是一門理論和實驗并重的學(xué)科。該學(xué)科涉及的概念和理論公式較多，學(xué)生在課上容易出現(xiàn)專注力下降的問題。為此，本學(xué)科配套增設(shè)了8個實驗學(xué)時，但是，二者并未起到互補遞進的作用。原因是實驗教學(xué)與理論教學(xué)是分開的，即：理論教學(xué)結(jié)束后再進行單獨實驗教學(xué)。這種模式帶來兩個問題：

（1）理論和實踐存在非時效性。理論學(xué)習(xí)效率不高的問題依然存在，這也導(dǎo)致學(xué)生無法運用所學(xué)理論對實驗數(shù)據(jù)進行解釋;

（2）實驗課并未在理論課的基礎(chǔ)上形成遞進關(guān)系。即：無法通過實驗對學(xué)生進行深度啟發(fā)和思考，鞏固和加深理論學(xué)習(xí)。

再者，學(xué)生在傳統(tǒng)教學(xué)模式的培養(yǎng)下，只是被動獲取知識，甚至只以獲取學(xué)分和考試分數(shù)為目標(biāo)，不明白如何將所學(xué)知識運用到科學(xué)研究和創(chuàng)新生產(chǎn)當(dāng)中，考試結(jié)束便很快忘記所學(xué)，創(chuàng)新思維嚴重不足，這也是多年應(yīng)試教育的最大弊端。因此，一味地追求對知識點的準(zhǔn)確掌握忽略了批判性思維的培養(yǎng)，這與我國創(chuàng)新型科技的發(fā)展趨勢是不相符合的。

因此，如何在新工科課程改革和創(chuàng)新型工業(yè)推動的背景下，針對教學(xué)模式老套、實驗與理論分割以及創(chuàng)新乏力的問題進行教學(xué)改革，是目前理論課堂亟待解決的問題。

二、教學(xué)改革方法

針對傳統(tǒng)課堂授課模式單一化問題，出現(xiàn)了線下翻轉(zhuǎn)課堂[1-3]、MOOC課堂[4-6]、KAPI課程體系[7]等豐富的教學(xué)方式，針對理論和實踐脫節(jié)的問題，高校通過開設(shè)實驗實踐課程、工程訓(xùn)練課程[8]、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽[9-10]等方式來解決。但是，上述這些實驗實踐方法與理論課堂教學(xué)始終都是分割開來的，存在非時效性，無法及時在課堂上引發(fā)學(xué)生對科學(xué)的深度思考和對前沿創(chuàng)新的啟發(fā)。因此，本文采用將科研實驗搬進理論課堂的方法。需要注意的是，雖然該方案已經(jīng)在理論課堂中經(jīng)常被采用[11]，但課堂實驗適用于易攜帶的裝置，有很強的局限性，并且，簡易的初級裝置并不能體現(xiàn)科研前沿進展。因此，還需要將最近的知識和科學(xué)融入實驗當(dāng)中，進而引發(fā)學(xué)生對科學(xué)的深度思考和對前沿創(chuàng)新的渴望，而前沿的實驗裝置和設(shè)備的體積和重量往往較大，無法進行現(xiàn)場演示和講解。

針對這一問題，本文創(chuàng)新性地通過新媒體技術(shù)，通過直播等新興方式，將前沿科學(xué)實驗帶入理論課堂，提出了理論—實驗—創(chuàng)新一體化培養(yǎng)的課堂教學(xué)改革方案。教學(xué)改革的最終目的是激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣、引發(fā)學(xué)生的深度思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。本次教改思路的最大特點是它不同于傳統(tǒng)課程群模式，即將理論、實驗和創(chuàng)新科研項目分割開來，而是將三者融合在一堂課中，形成多功能教學(xué)課堂。例如，通過新媒體技術(shù)將實驗以現(xiàn)場直播的方式呈現(xiàn)給學(xué)生。實驗人員將實驗過程進行壓縮并進行簡短的演示，讓學(xué)生可以在理論學(xué)習(xí)過程中“現(xiàn)場體驗”實驗過程，并與實驗人員進行交流。通過上述方法，既可實現(xiàn)實驗與理論之間的“無縫連接”，又能解決傳統(tǒng)課堂授課單一化問題，增加了學(xué)生的課堂興趣，強化了理論學(xué)習(xí)效率。

三、改革實踐

教學(xué)改革的對象選擇了西北工業(yè)大學(xué)飛行器動力專業(yè)方向的基礎(chǔ)課程“傳熱學(xué)”，包括該專業(yè)的兩個班級的50名學(xué)生。下面以“傳熱學(xué)”中“大空間沸騰傳熱”教學(xué)內(nèi)容為例說明課堂設(shè)計和教改實施方案。

首先，以5人為一組將學(xué)生分為10個討論小組。在上課過程中，將以小組為單位進行課上的討論，完成課程創(chuàng)新作業(yè)等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。這樣做的目的是以小組為引導(dǎo)，督促組員積極參與學(xué)習(xí)和討論，磨煉意志品質(zhì)，培養(yǎng)團隊精神。

課堂伊始，擬根據(jù)教學(xué)內(nèi)容在開場時拋出以下兩個生活問題引發(fā)學(xué)生思考。例如，雞蛋在燒紅的鐵鍋中不粘是因為不粘鍋嗎？鍋中沸騰的水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下是100℃嗎？通過這種開場形式引出本章中的兩個核心教學(xué)內(nèi)容“大空間沸騰傳熱曲線”，同時可以增加課堂的趣味性，初步帶動學(xué)生的積極性。

然后，針對“大空間沸騰傳熱”進行理論講解，該部分為理論教學(xué)，理論教學(xué)中，多媒體教學(xué)手段如PPT適用于概念性較強的內(nèi)容或者圖形的講解，而針對理論性較強的內(nèi)容，傳統(tǒng)的板書或者線上線下結(jié)合的混合教學(xué)更為適用?？紤]到本章內(nèi)容理論性較強，作者采用板書形式進行講解。講解時間大致控制在三分之一課堂時間左右，時間過長容易導(dǎo)致學(xué)生注意力分散。然后，作者將與之相關(guān)的“霧化冷卻”科學(xué)實驗穿插進理論教學(xué)中，進而詮釋“沸騰曲線”的理論規(guī)律?！办F化冷卻”是一種新型的高效冷卻方式，近年來在電子器件冷卻、發(fā)動機防護等領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。但是，實驗系統(tǒng)體積較大，無法現(xiàn)場演示。作者創(chuàng)新性的采用“直播”的方式，通過直播軟件現(xiàn)場連線至實驗室科研人員。與此同時，科研人員將現(xiàn)場的實驗畫面同步傳遞給教室的學(xué)生，對實驗過程和實驗結(jié)果進行簡短地介紹和講解，并通過直播跟學(xué)生進行在線交流，進一步對“大空間沸騰傳熱曲線”的理論內(nèi)容進行詮釋，強化了理論學(xué)習(xí)。通過理論與直播實驗這種新穎的授課形式，點燃學(xué)生的課堂熱情，牢牢抓住學(xué)生的專注力。在直播結(jié)束后，提出問題啟發(fā)學(xué)生思考。前面的實驗“直播”將課堂的氣氛推向了高潮。直播結(jié)束后，應(yīng)趁熱打鐵，適時拋出相關(guān)問題引發(fā)學(xué)生思考。例如，在霧化冷卻過程中，哪些因素和機制發(fā)揮作用？還存在哪些可以強化沸騰傳熱的方式？然后，按組進行討論和發(fā)言。討論采用開放和自由的形式。此時，學(xué)生學(xué)習(xí)和探索的熱情高漲，學(xué)習(xí)效率大幅提高。

最后，在講授完書本知識點之后，還可以進一步將本節(jié)課知識點拓展至與之相關(guān)的學(xué)科前沿中，將前沿基礎(chǔ)研究和成果介紹給學(xué)生。還是以“大空間沸騰”內(nèi)容為例，氣泡初始生成機理一直以來懸而未決，作者在課堂最后針對該問題組織學(xué)生進行了分組討論。目的是讓學(xué)生不再孤立和生硬的學(xué)習(xí)知識，而是在科學(xué)前沿的大背景下讓學(xué)生對所學(xué)知識進行更深層次的思考，進而激勵學(xué)生進行科研創(chuàng)新。

四、展望

本次教改創(chuàng)新性將新媒體方法引入教學(xué)課堂，通過直播的方法將前沿的學(xué)科實驗與理論知識和科研創(chuàng)新有機地融合在一節(jié)課中。使得學(xué)生從過去的被動接受知識向主動和創(chuàng)新型學(xué)習(xí)的模式進行轉(zhuǎn)變。對本次教改的展望和建議如下：

（一）提升教改模式的適應(yīng)性

本文提出的教改方法首先應(yīng)用于本學(xué)科基礎(chǔ)課程“傳熱學(xué)”的教學(xué)中，并取得了良好的效果。但是，不同學(xué)科課程體系和培養(yǎng)方案存在差異。因此，需要針對不同學(xué)科對實驗內(nèi)容和形式進行調(diào)整，以完善該教學(xué)模式在多學(xué)科中的應(yīng)用。此外，實驗的選擇非常關(guān)鍵，既要能夠與理論學(xué)習(xí)形成互補，又要有趣味性，不能太過復(fù)雜。

（二）加入線上優(yōu)質(zhì)教育資源

線上教育資源應(yīng)該與線下課堂教學(xué)形成互補和拓展關(guān)系，不應(yīng)簡單的重復(fù)。優(yōu)先選擇更先進和有趣的高質(zhì)量在線課程材料，材料形式可以是大學(xué)生MOOC課堂、網(wǎng)絡(luò)視頻、講座以及圖片等。采用線上教育資源可以增加課堂的趣味性，進一步提高學(xué)生的積極性。應(yīng)注意的是，在線課程的時間應(yīng)占總課堂時間的1/3以內(nèi)，在播放過程中可對重點和難點內(nèi)容進行補充解釋。

（三）教學(xué)過程中加入思政元素

課堂教學(xué)不應(yīng)忽視思想道德修養(yǎng)的教育和培養(yǎng)?？梢赃m時在培養(yǎng)環(huán)節(jié)中加入思政元素[12-13]，通過課堂對學(xué)生進行思政教育，提高學(xué)生的思想道德修養(yǎng)，更好發(fā)揮其在“立德樹人”教育中的作用。

（四）改善考核評價體系

除了基本的作業(yè)習(xí)題之外，學(xué)生以小組為單位，根據(jù)課上所討論前沿科學(xué)自行擬定創(chuàng)新題目或針對已存在問題給出解決方案，題目不要求難度，但要具有創(chuàng)新性，以此鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，并計入最終考核成績，避免“平時不作為，一考定終身”的現(xiàn)象。

結(jié)語

在新工科建設(shè)和發(fā)展的背景下，本教改以解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式單一、理論與實驗分割和學(xué)生缺乏創(chuàng)新問題為目標(biāo)，創(chuàng)新性地通過新媒體技術(shù)，將前沿科學(xué)實驗引入理論課堂，實現(xiàn)了科研實驗、理論教學(xué)和創(chuàng)新培養(yǎng)的有機融合。使得實驗和理論形成了即時互補和強化關(guān)系，為課堂融入了更多功能和內(nèi)涵，實現(xiàn)了從理論知識向?qū)嶒瀸嵺`和科研創(chuàng)新的轉(zhuǎn)化，獲得了“一加一遠大于二”的教學(xué)效果。前沿實驗的“直播”效應(yīng)極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，引發(fā)學(xué)生的深度思考。

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作者簡介：李文強（1985— ），男，漢族，陜西西安人，博士，高級職稱，研究方向：高等教育。