《流體輸配管網(wǎng)》課程線上線下混合模式教學(xué)改革的探索

劉鵬，毛瑞勇，周亞亞，于可，黃彥森，常娟娟，武寧波

（1. 貴州大學(xué) 土木工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)；2. 貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 高等教育研究與評(píng)估中心，貴州 貴陽(yáng)；3. 貴州聯(lián)建土木工程質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)控中心有限公司，貴州 貴陽(yáng)）

一 引言

《流體輸配管網(wǎng)》是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，它以流體力學(xué)的基本理論為基礎(chǔ)，涉及建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)領(lǐng)域中各類流體輸配管網(wǎng)[1]?！读黧w輸配管網(wǎng)》是一門與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系的課程，要求學(xué)生能夠利用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題，在本專業(yè)課程體系中起重要作用[2]。另外，《流體輸配管網(wǎng)》課程內(nèi)容廣泛，不僅包括通風(fēng)、供熱、給排水、燃?xì)獾裙芫W(wǎng)系統(tǒng)，還有泵與風(fēng)機(jī)的原理與應(yīng)用等內(nèi)容，這對(duì)教師的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備、工程實(shí)踐背景、講授技能提出了很高要求[3]。

對(duì)現(xiàn)代高等教育而言，傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)不能充分顧及學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，學(xué)生在學(xué)習(xí)中也無(wú)法提升對(duì)實(shí)際復(fù)雜工程問題的分析解決能力[4]；加之目前“新型冠狀病毒疫情”的影響，傳統(tǒng)模式的教學(xué)理念、教學(xué)方式、教學(xué)手段等正面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[5]。另外，隨著教育部“教育信息化行動(dòng)計(jì)劃”的逐步推進(jìn)，“互聯(lián)網(wǎng)+”數(shù)字化教學(xué)工具與在線教學(xué)資源得到長(zhǎng)足發(fā)展，從而促使線上線下混合式教學(xué)法日趨完善[6]?；旌鲜浇虒W(xué)法在一定程度上規(guī)避了線下教室的物理制約，是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充，能夠增強(qiáng)師生溝通，提高教學(xué)與學(xué)習(xí)效率，同時(shí)也倒逼教師提升自身教學(xué)技能[7]。

“雨課堂”是目前流行的線上數(shù)字化教學(xué)工具[8]，內(nèi)嵌于PPT課件，方便學(xué)生和教師使用。教師可以利用“雨課堂”完成課前、課中、課后的每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)?！坝暾n堂”還能為教師采集和歸納學(xué)生的在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，輔助教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，從而為量化學(xué)生學(xué)習(xí)效果提供依據(jù)[9]。

本論文以貴州大學(xué)土木工程學(xué)院開設(shè)的《流體輸配管網(wǎng)》課程為例，將課程特點(diǎn)與專業(yè)需求相結(jié)合，基于“雨課堂”線上數(shù)字化教學(xué)工具，開展線上線下混合式教學(xué)，力求探索教學(xué)理念、教學(xué)方式、教學(xué)手段與現(xiàn)代信息技術(shù)的有效結(jié)合方法，設(shè)計(jì)符合線上線下混合教學(xué)過程和《流體輸配管網(wǎng)》課程特點(diǎn)的評(píng)價(jià)體系，以期為后續(xù)教育改革與互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展提供參考與借鑒。

二 線上線下混合式教學(xué)實(shí)施情況

（一） 教學(xué)內(nèi)容與組織形式

《流體輸配管網(wǎng)》課程分為理論課程和實(shí)驗(yàn)課程兩部分，其中理論課程共36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程共4學(xué)時(shí)。理論課程部分使用教材為建工出版社的《流體輸配管網(wǎng)（第四版）》，涵蓋教材的8章內(nèi)容，重點(diǎn)涉及各類流體管網(wǎng)的水力特性、枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算、管網(wǎng)的動(dòng)力設(shè)備與調(diào)節(jié)裝置三大部分。實(shí)驗(yàn)課程包含兩個(gè)課程實(shí)驗(yàn)，分別為：（1）空調(diào)風(fēng)管的流速、流量、壓力測(cè)定實(shí)驗(yàn)；（2）通風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)。

《流體輸配管網(wǎng)》的36學(xué)時(shí)理論課程采用線上線下混合式教學(xué)，其中線上環(huán)節(jié)10學(xué)時(shí)、線下環(huán)節(jié)26學(xué)時(shí)。在教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容突出重點(diǎn)與難點(diǎn)，在保留傳統(tǒng)線下教學(xué)精華的前提下，結(jié)合線上數(shù)字化教學(xué)工具——雨課堂，將線下學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)和線上教學(xué)優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，把握學(xué)科前沿，將理論知識(shí)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。同時(shí)，教師利用“雨課堂”采集和歸納學(xué)生在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，從而掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)效果。

（二） 教學(xué)方法與手段

1. 線下授課環(huán)節(jié)

本次教改線下授課環(huán)節(jié)的重點(diǎn)任務(wù)在于講授課程內(nèi)重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程案例，使學(xué)生構(gòu)筑完整的《流體輸配管網(wǎng)》知識(shí)體系。教師利用PPT教學(xué)課件授課，與教材內(nèi)容互為補(bǔ)充，把教材與規(guī)范、圖集、工程圖紙等不同教學(xué)資料組成一個(gè)有機(jī)整體，通過計(jì)算機(jī)使教材中原本抽象的理論、靜態(tài)的圖片變得豐富多彩起來(lái)。

《流體輸配管網(wǎng)》課程與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，教材中有大量的工程計(jì)算案例，筆者作為授課教師，在線下授課時(shí)將課本理論知識(shí)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范結(jié)合在一起，讓學(xué)生能把教材中的流體管網(wǎng)計(jì)算案例準(zhǔn)確用于解決工程實(shí)際問題。例如，在講授液體輸配管網(wǎng)水力特性時(shí)，以實(shí)際工程中的熱水采暖水系統(tǒng)圖為基礎(chǔ)，介紹液體管網(wǎng)與氣體管網(wǎng)的根本區(qū)別，重點(diǎn)講解閉式液體管網(wǎng)水力特性以及水力計(jì)算的方法與步驟；然后，利用線下授課面對(duì)面交流的優(yōu)勢(shì)，指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自身所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出合理的冬季采暖循環(huán)熱水管網(wǎng)系統(tǒng)，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用，使其將知識(shí)轉(zhuǎn)化成能力。通過各種流體管網(wǎng)具體案例的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠逐漸掌握假定流速法、壓損平均法、靜壓復(fù)得法等管網(wǎng)水力計(jì)算方法和步驟，從而形成對(duì)流體輸配系統(tǒng)的整體認(rèn)知，加深對(duì)課程知識(shí)體系的理解。

2. 線上授課環(huán)節(jié)

本次教改線上授課環(huán)節(jié)的重點(diǎn)任務(wù)在于解決學(xué)生作業(yè)中遇到的問題、回答學(xué)生自學(xué)知識(shí)點(diǎn)時(shí)的疑問。線上授課環(huán)節(jié)采用雨課堂，把以往傳統(tǒng)模式下的“溫故知新”環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中，使得學(xué)生能夠多途徑聯(lián)系授課教師，其學(xué)習(xí)熱情和參與度有效提高；同時(shí)也縮短教師和學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的距離，增強(qiáng)了教與學(xué)雙方的互動(dòng)。另外，教師在課后可由雨課堂服務(wù)器下載詳細(xì)的課堂情況報(bào)告，針對(duì)學(xué)生提問內(nèi)容再次講解或補(bǔ)充教學(xué)公告；學(xué)生通過手機(jī)客戶端即可反復(fù)觀看或閱讀；這種反饋機(jī)制可以將線上、線下的“預(yù)習(xí)、授課、作業(yè)”全過程教學(xué)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)課程的全周期把控和數(shù)據(jù)量化。

以《流體輸配管網(wǎng)》課程的泵與風(fēng)機(jī)部分舉例，此部分內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，對(duì)學(xué)生而言是全新的內(nèi)容，且涉及的概念多、計(jì)算公式多，大部分同學(xué)學(xué)習(xí)起來(lái)較為困難，無(wú)法在線下課程中完全掌握課程內(nèi)容。因此，教師提前發(fā)布線上資源——湖南大學(xué)龔光彩教授開設(shè)的《流體輸配管網(wǎng)》公開課程，讓學(xué)生通過線上平臺(tái)先進(jìn)行預(yù)習(xí)加自學(xué)，提前了解流體管網(wǎng)動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行原理、結(jié)構(gòu)特征、性能參數(shù)和基本方程（歐拉方程）。其次教師在線下課程中展示離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪、電機(jī)等實(shí)體模型，讓學(xué)生產(chǎn)生有關(guān)泵與風(fēng)機(jī)的直觀認(rèn)知，強(qiáng)化有關(guān)泵與風(fēng)機(jī)能量損失及其效率的概念、公式等內(nèi)容。然后在線上授課環(huán)節(jié)中，教師針對(duì)學(xué)生課后習(xí)題完成情況，著重講解易混淆知識(shí)點(diǎn)，例如，泵與風(fēng)機(jī)的理論性能曲線與實(shí)際性能曲線、有效功率與軸功率等；同時(shí)布置線上基礎(chǔ)練習(xí)題和進(jìn)階練習(xí)題，其中基礎(chǔ)練習(xí)以客觀題為主，要求學(xué)生讀題后馬上作答，而進(jìn)階練習(xí)以主觀題為主，需要學(xué)生思考并結(jié)合線下課程知識(shí)點(diǎn)發(fā)布課堂彈幕、匿名反饋，教師通過課堂情況數(shù)據(jù)報(bào)告，全面了解學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的掌握情況。這種線上線下混合教學(xué)模式，強(qiáng)化了教師的引導(dǎo)作用，突顯了學(xué)生在教學(xué)中的中心作用。

3. 實(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié)

《流體輸配管網(wǎng)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，由專業(yè)實(shí)驗(yàn)教師在貴州大學(xué)土木工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)中心授課。實(shí)驗(yàn)課程包含兩個(gè)課程實(shí)驗(yàn)，分別為：（1）空調(diào)風(fēng)管的流速、流量、壓力測(cè)定實(shí)驗(yàn)；（2）通風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)參考科學(xué)出版社《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)》（楊春英主編）的相關(guān)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)設(shè)備選自“哈爾濱努謝爾特教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司”的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

4.考核方式

《流體輸配管網(wǎng)》教改課程，采用線上線下混合教學(xué)模式，特別注重學(xué)生線上線下學(xué)習(xí)的過程考核。線上過程考核內(nèi)容主要包括：雨課堂在線課程學(xué)習(xí)效果、線上資源自學(xué)完成度；線下過程考核內(nèi)容主要包括：課堂參與度、出勤率、課后作業(yè)成績(jī)、課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)。除線上線下過程考核之外，課程總成績(jī)還包括期末考試成績(jī)，課程期末考試采取閉卷考試，主要考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況以及綜合應(yīng)用能力。流體輸配管網(wǎng)課程總成績(jī)?yōu)?00分，各項(xiàng)考核指標(biāo)的權(quán)重如下表所示。

表1 考核指標(biāo)權(quán)重分配表

三 線上線下混合式教學(xué)效果

《流體輸配管網(wǎng)》課程的內(nèi)容廣泛，且與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，本次課程改革采用了線上線下混合教學(xué)模式，在一定程度上規(guī)避了線下教室的物理制約，是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充。相比于單純線下課堂教學(xué)，《流體輸配管網(wǎng)》課程采用線上線下混合教學(xué)模式的特色與效果如下：

（一） 實(shí)現(xiàn)高效課程管理

線上課程采用雨課堂提供的二維碼考勤方式進(jìn)行課堂出勤率統(tǒng)計(jì)，極大簡(jiǎn)化學(xué)生的課堂出勤管理。學(xué)生通過二維碼或直播鏈接進(jìn)入課堂，自動(dòng)完成出勤登記。針對(duì)學(xué)生個(gè)體，課堂大數(shù)據(jù)可給出詳細(xì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)，包含了彈幕提問情況、難懂PPT標(biāo)記情況等。教師在課后可由雨課堂服務(wù)器下載詳細(xì)的課堂情況報(bào)告，針對(duì)學(xué)生提問內(nèi)容再次講解或補(bǔ)充教學(xué)公告；學(xué)生通過手機(jī)客戶端即可觀看或閱讀。此外，教師也可實(shí)時(shí)查詢到每個(gè)人的觀看或閱讀情況。

（二） 實(shí)現(xiàn)多樣化的教學(xué)互動(dòng)

長(zhǎng)江雨課堂的直播功能，可以讓教師在線講授PPT的時(shí)候向?qū)W生推送實(shí)時(shí)問題。這種實(shí)時(shí)問答環(huán)節(jié)本質(zhì)上是一種課堂實(shí)時(shí)互動(dòng)方法，使教師了解學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的掌握程度。教師在準(zhǔn)備PPT時(shí)，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度和重難點(diǎn)知識(shí)插入若干選擇題或者主觀題。在線直播時(shí)將測(cè)試題直接推送至學(xué)生觀看界面，要求在限定時(shí)間內(nèi)作答。教師可實(shí)時(shí)獲取學(xué)生答題情況，并及時(shí)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行再次說明和強(qiáng)調(diào)。

筆者在線上教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江雨課堂直播時(shí)的實(shí)時(shí)彈幕功能，十分迎合當(dāng)代大學(xué)生的喜好，他們樂于使用這種方式發(fā)表自己的想法，并在一定程度上鼓勵(lì)了那些不善開口的學(xué)生加入課堂討論。

（三） 在線學(xué)習(xí)不受課堂時(shí)限

傳統(tǒng)的線下授課一般不具備再現(xiàn)性，教師的授課PPT信息量大且因?yàn)榘鏅?quán)問題也不能直接提供給學(xué)生，這不利于學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的反復(fù)思考與學(xué)習(xí)。線上線下混合教學(xué)模式，把部分重難點(diǎn)知識(shí)通過線上網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行講解，學(xué)生通過手機(jī)客戶端即可反復(fù)觀看教學(xué)視頻和閱讀授課PPT，把學(xué)習(xí)時(shí)間化整為零，方便學(xué)生自學(xué)，提高學(xué)習(xí)效率。另外，學(xué)生還可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)將不懂知識(shí)點(diǎn)反饋給教師，從而將線上、線下的“預(yù)習(xí)、授課、作業(yè)”全過程教學(xué)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)。

（四） 具有教學(xué)全周期把控和數(shù)據(jù)量化特性

教師提前把PPT課件和在線開放課程發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生需要在上課前完成相應(yīng)的預(yù)習(xí)和自習(xí)任務(wù)，并將遇到的問題發(fā)布在教學(xué)平臺(tái)，老師則在上課前就能查看學(xué)生線上預(yù)習(xí)和自習(xí)任務(wù)完成情況；上課時(shí)，教師有針對(duì)性地講解重難點(diǎn)問題；課后，教師可在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)隨時(shí)訪問學(xué)生學(xué)習(xí)的所有行為數(shù)據(jù)，從而把控“課前、課中、課后”全周期教學(xué)情況。另外，教師可根據(jù)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)量化數(shù)據(jù)，客觀、全面地評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

四 結(jié)語(yǔ)

《流體輸配管網(wǎng)》課程與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，在本專業(yè)課程體系中起重要作用。針對(duì)該課程內(nèi)容多、難度大等問題，本文將線下多媒體授課與線上雨課堂授課相結(jié)合；線下授課在理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生多接觸流體管網(wǎng)實(shí)際工程案例，形成對(duì)流體輸配系統(tǒng)的整體認(rèn)知，加深對(duì)課程知識(shí)體系的理解；線上授課則重點(diǎn)解決作業(yè)問題、回答自學(xué)疑問。通過這種線上線下混合教學(xué)模式，提升了學(xué)生的課堂參與度，突出了學(xué)生在教學(xué)時(shí)的中心作用，同時(shí)教師通過平臺(tái)數(shù)據(jù)報(bào)告，充分把控“課前、課中、課后”全周期教學(xué)情況，并根據(jù)量化數(shù)據(jù)客觀、全面的評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在今后的《流體輸配管網(wǎng)》課程教學(xué)中，要不斷汲取各種教學(xué)理念、教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，突出學(xué)生在教學(xué)中的中心作用，為國(guó)家培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才。