線上線下混合式教學(xué)在“工程熱力學(xué)”課程中的探索實(shí)踐

戚素素，王爭，魏娜

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

0 引 言

2022年春季學(xué)期，受新冠肺炎疫情的影響，學(xué)校實(shí)行封閉管理。遵循疫情防控“停課不停學(xué)，停課不停教”的工作部署，授課形式從線下教學(xué)改為線上教學(xué)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+教育”成為主流上課模式。高校教師立足學(xué)科和專業(yè)特點(diǎn)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢，靈活多樣地開展線上教學(xué)。

新時代背景下，信息化教學(xué)成為高等教育的必備手段，即使如今恢復(fù)了線下教學(xué)，線上線下混合式教學(xué)也成為一種風(fēng)尚。通過線上教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，可以把學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)由淺入深地引向深度學(xué)習(xí)。以往“以教師為中心”的教學(xué)模式也隨著線上線下混合式教學(xué)模式的推行向“以學(xué)生為中心”的方向轉(zhuǎn)變。本文基于超星學(xué)習(xí)通和智慧樹兩個平臺，以“工程熱力學(xué)”課程為例，探索線上線下混合式教學(xué)新模式。

1 “工程熱力學(xué)”課程簡介

“工程熱力學(xué)”是能源與動力工程專業(yè)的一門專業(yè)核心必修課，以講述熱力學(xué)基本概念、基本原理為主，熱力學(xué)第一定律和第二定律的基本計算和分析方法則是重中之重，為后續(xù)的“制冷原理與設(shè)備”和“制冷裝置設(shè)計”等課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，起到承上啟下的作用。

教學(xué)內(nèi)容主要包括熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第三定律、氣體的熱力性質(zhì)、理想氣體的熱力過程及氣體壓縮、水蒸氣的熱力性質(zhì)、混合氣體及濕空氣、氣體和蒸汽的流動等。通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握工程熱力學(xué)的基本概念、有關(guān)物質(zhì)的熱力性質(zhì)、熱能有效利用以及熱能和其他能量轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律，并能夠靈活運(yùn)用這些規(guī)律進(jìn)行能源與動力裝置中各種熱力過程和熱力循環(huán)的分析。

2 “工程熱力學(xué)”傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

2.1 課程本身難度大

知識點(diǎn)和概念繁多是工程熱力學(xué)課程的一大難點(diǎn)。例如孤立系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)、氣體定容定壓過程等都屬于艱深晦澀、難于理解的知識點(diǎn)。從每學(xué)期的期末考試來看，由于容易混淆的知識點(diǎn)比較多，有些學(xué)生把握不住重點(diǎn)，掌握得不牢固，內(nèi)容理解上存在偏差，導(dǎo)致沒能取得好成績。加之工程熱力學(xué)貼近工程實(shí)際，在學(xué)習(xí)過程中涉及很多的推導(dǎo)計算，且推導(dǎo)公式復(fù)雜繁多、邏輯性強(qiáng)，學(xué)生理解起來有一定的困難。

2.2 教學(xué)方式存在弊端

以“班級授課制+講授法”為主要特征的傳統(tǒng)教學(xué)方式，雖然在知識教學(xué)的規(guī)模和效率上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，但是這種教學(xué)方式無法很好地針對學(xué)生的個性化特點(diǎn)因材施教，無法有效促進(jìn)學(xué)生的關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的發(fā)展，容易忽視學(xué)生的主體地位，導(dǎo)致出現(xiàn)灌輸式教學(xué)和被動學(xué)習(xí)。這些局限和弊端是傳統(tǒng)教學(xué)方式所固有的，不以教師和學(xué)生的個體情況而改變。比如，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的優(yōu)秀老師雖然可以把知識講得深入淺出、引人入勝，但課程教學(xué)的主要目標(biāo)是學(xué)生對知識的記憶和理解，無法真正培養(yǎng)學(xué)生的操作能力或者是讓學(xué)生形成深刻的情感體驗(yàn)；無法及時掌握學(xué)生的理解情況和認(rèn)知活動，不能根據(jù)學(xué)生不同的個體特征調(diào)整教學(xué)；不能做到個性化教學(xué)。

3 線上線下混合式教學(xué)模式的教學(xué)思路

3.1 確定混合式教學(xué)目標(biāo)

本課程的混合式教學(xué)目標(biāo)包括知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)3個方面：

（1）知識目標(biāo)。通過智慧樹中的學(xué)習(xí)視頻，以及線下教師的課堂講解，使學(xué)生能夠深入理解工程熱力學(xué)的基本概念，掌握有關(guān)物質(zhì)的熱力性質(zhì)、熱能有效利用以及熱能和其他能量轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律，能夠進(jìn)行能源與動力裝置中各種熱力過程和熱力循環(huán)的全面分析。

（2）能力目標(biāo)。 培養(yǎng)學(xué)生利用線上平臺自主學(xué)習(xí)的能力，在自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上形成分析和處理汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、換熱器等熱工設(shè)備熱工問題的科學(xué)抽象能力，培養(yǎng)學(xué)生在工程設(shè)計中獲取物性參數(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生在復(fù)雜的實(shí)際問題中提煉主要矛盾的能力。

（3）素質(zhì)目標(biāo)。通過在超星學(xué)習(xí)通中發(fā)布的課程思政案例，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)素養(yǎng)，構(gòu)建學(xué)生提高能源轉(zhuǎn)換效率的思維模式，培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識，使學(xué)生能夠自覺主動地承擔(dān)相應(yīng)的社會責(zé)任。

3.2 準(zhǔn)備線上教學(xué)資源

創(chuàng)建整合線上教學(xué)資源是實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)的前提。教師在“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)中使用超星學(xué)習(xí)通+智慧樹作為輔助工具。線上學(xué)習(xí)資源包括：課程視頻、課堂練習(xí)、作業(yè)、測試題等，如圖1、圖2、圖3所示。

整體來看，城市水系統(tǒng)水—能關(guān)系研究還處于起步階段?，F(xiàn)有研究在研究方法上可以分為兩類：一類是通過分析、計算水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)（如圖1所示）的能源強(qiáng)度掌握某一特定水系統(tǒng)的能源消耗情況，這種方法可稱之為過程分析法，其優(yōu)點(diǎn)在于它能針對一個特定的水系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，分析水系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的能耗和影響因素。另一類是通過投入產(chǎn)出表計算各行業(yè)（包含水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）的能源投入，屬于經(jīng)濟(jì)學(xué)上的投入—產(chǎn)出分析法。投入產(chǎn)出法能提供宏觀結(jié)果，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析，但是該方法受限于統(tǒng)計資料，不能針對特定的水系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。目前，大多數(shù)水系統(tǒng)水—能關(guān)系研究采用的是過程分析方法。

圖1 智慧樹視頻資源

圖2 智慧樹題庫資源

圖3 超星學(xué)習(xí)通課件資源

3.3 明確混合式教學(xué)設(shè)計思路

教師課前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過智慧樹和超星學(xué)習(xí)通中的視頻資源進(jìn)行知識點(diǎn)的預(yù)習(xí)，教師及時給予在線答疑，學(xué)生通過在線學(xué)習(xí)參與討論。課中利用超星學(xué)習(xí)通開展課堂活動，將問題導(dǎo)入課堂，以教師歸納分析、學(xué)生合作探究的方式解決問題，教師進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)，通過隨堂測試完成鞏固練習(xí)。課后教師在超星學(xué)習(xí)通上發(fā)布在線測試題，要求學(xué)生進(jìn)行課上所學(xué)知識的思維導(dǎo)圖展示。通過現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式與個性化學(xué)習(xí)，如圖4所示。

圖4 教學(xué)設(shè)計思路

下面將以“工程熱力學(xué)”中的“熱力學(xué)第二定律”這一知識點(diǎn)為例，進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)方案設(shè)計。

3.3.1 課前布置任務(wù)

課前要求學(xué)生找出生活及工程中存在哪些不可逆過程，并要求學(xué)生通過智慧樹與超星學(xué)習(xí)通對“熱力學(xué)第二定律”一節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。

首先提出問題：“滿足熱一律的熱力過程都能實(shí)現(xiàn)嗎？”，并解答學(xué)生預(yù)習(xí)中遺留的疑難問題（15分鐘），講解“熱力學(xué)第二定律”的相關(guān)概念及理論知識（45分鐘），組織學(xué)生就課前找出的生活及工程中存在的不可逆過程展開討論，加深學(xué)生對熱力學(xué)第二定律的理解（20分鐘），最后，教師進(jìn)行歸納總結(jié)，讓學(xué)生完成隨堂測試（15分鐘）。通過以上教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)師生互動、生生互動。

3.3.3 課下發(fā)布測試題

課下在超星學(xué)習(xí)通上發(fā)布測試題，并要求學(xué)生將所繪制的關(guān)于熱力學(xué)第二定律的思維導(dǎo)圖上傳到超星學(xué)習(xí)通，如圖5所示。

圖5 學(xué)生思維導(dǎo)圖成果展示

3.4 實(shí)行翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”

3.4.1 課堂知識競賽

基于“以賽促學(xué)”的教學(xué)理念，參照“全國高等院校人工環(huán)境學(xué)科獎學(xué)金”往年的試題，每學(xué)期結(jié)束時在超星學(xué)習(xí)通上發(fā)布試題庫，線下課堂中組織開展“工程熱力學(xué)”的知識競賽，旨在增強(qiáng)課堂的趣味性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，針對概念性較多的章節(jié)進(jìn)行課堂知識競賽，將學(xué)生分成若干組進(jìn)行比賽。培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)、隨機(jī)應(yīng)變的邏輯思維能力，如圖6所示。

圖6 課堂知識競賽

3.4.2 課堂辯論賽

對于和工程實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密的知識點(diǎn)，結(jié)合社會能源熱點(diǎn)問題、學(xué)術(shù)研究和科技前沿成果等提出辯論論題，學(xué)生線上查找資料，線下參與課堂辯論賽。讓學(xué)生自由結(jié)組，在課堂上以辯論的形式進(jìn)行正反兩方的辯論，在條件允許的情況下，借助直播平臺進(jìn)行直播，由網(wǎng)絡(luò)投票與現(xiàn)場投票相結(jié)合的方式來定勝負(fù)，并選出全場最佳辯手。讓學(xué)生突破習(xí)慣性認(rèn)知模式，培養(yǎng)學(xué)生深度分析、大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神，如圖7所示。

圖7 課堂辯論賽

3.5 深挖思政元素實(shí)現(xiàn)“三全教育”

深度挖掘思想政治教育元素，將專業(yè)知識與思政元素有機(jī)融合，建立思政案例庫并不斷更新完善，如表1所示。

表1 部分思政案例

續(xù)表

3.6 線上發(fā)布作業(yè)供學(xué)生鞏固練習(xí)

教師在超星學(xué)習(xí)通上發(fā)布作業(yè)，使學(xué)生在鞏固所學(xué)知識的同時，隨時可對所做作業(yè)進(jìn)行查看復(fù)習(xí)，也便于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，由此進(jìn)行全盤分析，如圖8所示。

圖8 學(xué)生作業(yè)完成情況

3.7 及時進(jìn)行線上調(diào)查掌握學(xué)生評價

通過線上發(fā)布調(diào)查問卷，了解學(xué)生對線上線下混合式教學(xué)的滿意度以及學(xué)習(xí)中存在的問題及困難。從調(diào)查結(jié)果中可以看出：有90%的學(xué)生認(rèn)為這種混合式教學(xué)方式比傳統(tǒng)教學(xué)方式更好，如圖9所示；有83%的學(xué)生認(rèn)為這種線上線下混合式教學(xué)模式方便快捷，不受時間空間的限制，如圖10所示。

圖9 學(xué)生滿意度調(diào)查結(jié)果

圖10 學(xué)生對混合式教學(xué)的評價調(diào)查結(jié)果

4 結(jié) 論

線上線下混合式教學(xué)要秉承“以學(xué)生為中心”的教育理念，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性與創(chuàng)新性，教師大部分情況下起到引領(lǐng)、答疑的作用，真正把自主權(quán)交給學(xué)生，教師要仔細(xì)分析學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)鍵特征，根據(jù)學(xué)生知識水平的差異，有針對性地進(jìn)行混合式教學(xué)設(shè)計，這樣才能取得事半功倍的教學(xué)效果。

積極探索線上線下混合式教學(xué)模式，通過靈活多樣的教學(xué)手段和方法，以易于接受的方式把知識傳授給學(xué)生，這樣才能打破傳統(tǒng)“以教師為中心”的教學(xué)模式，探索出一種可以真正培養(yǎng)學(xué)生思辨能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的教學(xué)方法，煥發(fā)大學(xué)教育的活力青春，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。