流體力學(xué)線上線下混合教學(xué)實(shí)踐與啟發(fā)

岳建芝 徐桂轉(zhuǎn) 李 剛 馬曉然 黨鉀濤

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

目前，我國在大力發(fā)展新工科，加強(qiáng)工科一流專業(yè)建設(shè)，推進(jìn)“十百萬”計(jì)劃[1]，在這個(gè)背景下很多課程都開始嘗試新的教學(xué)模式[2]。流體力學(xué)課程是很多工科的專業(yè)基礎(chǔ)課，在工科專業(yè)中具有承上啟下的作用。這門課程理論推導(dǎo)內(nèi)容很多，有著很強(qiáng)的理論性；應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，包括航空航天、熱能動力、化工、環(huán)境工程、氣象，甚至生物領(lǐng)域，所以又有著很強(qiáng)的工程實(shí)踐意義。在很多學(xué)生論壇上都可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生吐槽流體力學(xué)難學(xué)難懂，這就讓很多初學(xué)者滋生了學(xué)習(xí)該課程的恐懼心理[3]。為了改變這種狀況，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)流體力學(xué)課程開始探索實(shí)行線上線下混合式教學(xué)模式。該課程自2019年開始在中國大學(xué)MOOC上開設(shè)SPOC課程，至今已經(jīng)運(yùn)行兩個(gè)學(xué)期。從學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和期末考試來看，流體力學(xué)線上線下混合教學(xué)模式可以解決傳統(tǒng)教學(xué)中的一些問題，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，但同時(shí)也還存在著一些問題。本文歸納總結(jié)流體力學(xué)課程線上線下混合教學(xué)實(shí)施過程，分析教學(xué)效果，以期為工科類專業(yè)基礎(chǔ)課擬實(shí)行線上線下混合教學(xué)的課程提供一定參考。

1 流體力學(xué)線上線下混合式教學(xué)

1.1 多樣化的授課方式

流體力學(xué)的抽象難學(xué)、理論性強(qiáng)，知識點(diǎn)多的特點(diǎn)是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的障礙。有研究表明，成人高度集中完成一件枯燥的任務(wù)，注意力只能維持20分鐘左右[4]，如何在20分鐘臨界點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)避免注意力下降就顯得非常重要。根據(jù)內(nèi)容的難易程度和20分鐘的注意力臨界點(diǎn)規(guī)律，采取不同的教學(xué)方式顯得非常有必要。例如，在流體靜力學(xué)部分，流體靜壓強(qiáng)的特性相對容易理解，就可以采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式進(jìn)行教學(xué)，也就是要求學(xué)生在課前或者課外觀看教師的視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師不再占用課堂時(shí)間講授，課堂變成學(xué)生和學(xué)生之間合作探究、學(xué)生和老師之間的答疑解惑的互動場所；流體平衡微分方程部分，采用板書和多媒體結(jié)合的方式，多媒體主要顯示需要用到的圖，公式推導(dǎo)采用板書，以講授為主；重力場中流體的平衡部分，采用板書和多媒體結(jié)合，并在課堂上加入慕課堂小程序進(jìn)行課堂測試，整個(gè)教學(xué)過程注意控制時(shí)間節(jié)奏，每個(gè)環(huán)節(jié)盡量控制在20分鐘之內(nèi)。實(shí)踐結(jié)果表明這種根據(jù)課程內(nèi)容和注意力變化規(guī)律采取不同的授課模式比傳統(tǒng)課堂教師授課“單聲道”和“滿堂灌”的教學(xué)方式極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1.2 便捷溝通的學(xué)習(xí)群

中國大學(xué)MOOC上有一個(gè)模塊是討論區(qū)，第一個(gè)學(xué)期實(shí)行線上線下混合教學(xué)采用的是教師在討論區(qū)發(fā)布題目，或者學(xué)生把觀看視頻自學(xué)中碰到的問題發(fā)布到討論區(qū)供大家討論的模式，但一個(gè)學(xué)期后的線上數(shù)據(jù)顯示參與的學(xué)生非常少。2020年春季，由于新型冠狀病毒肺炎疫情，高校開始在線直播授課，流體力學(xué)課程采用的是建立QQ學(xué)習(xí)群，利用群進(jìn)行直播授課。授課的過程采用QQ群里的分享屏幕功能分享PPT，當(dāng)需要推導(dǎo)講解的時(shí)候采用分享白板的功能，利用熒光筆進(jìn)行書寫。通過疫情直播授課發(fā)現(xiàn)，由于QQ應(yīng)用的廣泛性和普遍性，學(xué)生經(jīng)常會在學(xué)習(xí)群里把有疑惑的問題直接發(fā)布在班級群里，參與討論的同學(xué)非常多，老師也隨時(shí)都可以發(fā)布自己的解答。還有一些學(xué)生課下對不會的內(nèi)容拍照上傳，尋求老師講解，老師則采用語音的方式在群里解答，其他有同類問題的學(xué)生也去主動收聽語音得到了答疑解惑。一個(gè)學(xué)期的授課效果顯示，隨課程建立學(xué)習(xí)群會加強(qiáng)師生之間和學(xué)生之間的溝通互動，提高學(xué)習(xí)效果。這個(gè)授課過程和效果說明在未來教學(xué)過程，隨課堂建立學(xué)習(xí)群將會有力彌補(bǔ)課下中國大學(xué)MOOC討論區(qū)活躍度不夠的不足之處，有效提高學(xué)生之間和師生之間溝通、答疑解惑的效率和效果。

1.3 多元動態(tài)的考核體系

沒有實(shí)行線上線下混合式教學(xué)的流體力學(xué)課程采用的評價(jià)方法是閉卷考試（70%）和課程作業(yè)（30%）兩部分組成。實(shí)行線上線下混合式教學(xué)后，為了充分調(diào)動學(xué)生的在線學(xué)習(xí)積極性，采用了多元動態(tài)考核評價(jià)體系，將線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、線下課堂授課和期末閉卷考試有效的融合起來，具體考核的單元模塊和占比如圖1所示。

圖1 課程綜合成績構(gòu)成

傳統(tǒng)教學(xué)中的平時(shí)成績主要從課堂簽到和課堂表現(xiàn)兩個(gè)方面考察。經(jīng)常出現(xiàn)平時(shí)成績與期末成績無明顯關(guān)聯(lián)的情況，主要原因是傳統(tǒng)的課堂表現(xiàn)經(jīng)常是從提問考評，但是往往課堂提問都是識記內(nèi)容，學(xué)生通過突擊看書或者領(lǐng)座同學(xué)提示幫忙應(yīng)對，難以達(dá)到考核目標(biāo)[5]。從圖1中可以看出，混合教學(xué)的課程考核兼顧了線上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)，其中閉卷考試依然占主要部分，因?yàn)殚]卷考試依然是科學(xué)考察學(xué)習(xí)效果的有效手段。學(xué)習(xí)群發(fā)帖體現(xiàn)的是學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力，作業(yè)、單元測試、慕課堂測試和線上考試都屬于促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成良好學(xué)習(xí)習(xí)慣、幫助學(xué)生內(nèi)化知識的有效手段。應(yīng)用多元動態(tài)考核手段后，增強(qiáng)了學(xué)生對知識的掌握，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

2 教學(xué)效果對比分析

為了分析實(shí)行線上線下混合式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方法對學(xué)生滿意度、學(xué)習(xí)效果等方面的影響，對實(shí)行傳統(tǒng)教學(xué)的河南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱能動力和農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境和能源工程2015級和2016級和實(shí)行線上線下混合式教學(xué)的2017級和2018級的學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查和成績分析。

問卷調(diào)查表采用匿名5分李克特量表（Likert scale）。2015級和2016級共有93個(gè)學(xué)生回復(fù)了問卷調(diào)查，2017級和2018級共有148個(gè)同學(xué)回復(fù)了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見表1。

成績分析并不采用綜合成績，而是采用卷面成績。這是由于學(xué)生的綜合成績由平時(shí)成績和卷面成績加權(quán)合成，改革前后的權(quán)重不同，沒有可比性，因此，學(xué)習(xí)效果的衡量選取閉卷考試卷面成績。選取2015級和2016級的實(shí)行傳統(tǒng)教學(xué)的新能源專業(yè)和熱能動力專業(yè)133人的卷面成績和2017級和2018級實(shí)行混合式教學(xué)的熱能動力和農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境和能源工程的151個(gè)學(xué)生的卷面成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2。在分析的過程中把2015級和2016級定義為傳統(tǒng)組，2017級和2018級定義為混合組。

從表1可以看出，混合組學(xué)生“非常滿意”選項(xiàng)對比傳統(tǒng)組有較大提高，但是“非常不滿意”選項(xiàng)比傳統(tǒng)組有小幅增加。調(diào)查發(fā)現(xiàn)這部分學(xué)生選擇“非常不滿意”是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為線上學(xué)習(xí)占用了較多課余時(shí)間，由于大學(xué)二年級課程多，很多專業(yè)基礎(chǔ)課都開在這個(gè)學(xué)期，而且都比較難，加上很多課程都開始線上線下混合教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生花費(fèi)在課下的時(shí)間比較多，因此比較排斥線上學(xué)習(xí)。從表2可以看出，對比傳統(tǒng)教學(xué)模式，混合教學(xué)模式的平均成績和及格率都有提升，說明混合教學(xué)效果要優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)。

表1 匿名問卷調(diào)查結(jié)果

表2 試卷成績統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 結(jié)語

相比傳統(tǒng)教學(xué)法，流體力學(xué)線上線下混合式教學(xué)模式的課堂活躍度增大，隨課建立的學(xué)習(xí)群增大了學(xué)生之間、師生之間的直接溝通，多元動態(tài)的考核方法增強(qiáng)了學(xué)生對知識的掌握，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。根據(jù)問卷調(diào)查和卷面成績分析，線上線下混合教學(xué)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。但是由于開課學(xué)期實(shí)行線上線下的課程比較多，學(xué)生課下線上學(xué)習(xí)時(shí)間占用較多，造成一些學(xué)生的抵觸和不滿情緒，因此，在未來的教學(xué)中會根據(jù)同期開課情況制定線上學(xué)習(xí)任務(wù)。