基于智慧樹平臺(tái)的“工程熱力學(xué)”混合式授課效果研究

張小彬　谷德林　王璐

［摘 要］ 在新形勢(shì)下，線上線下混合式教學(xué)已經(jīng)成為一種嶄新的授課模式，以哈爾濱工程大學(xué)航天與建筑工程學(xué)院的“工程熱力學(xué)”課程作為案例，從教改原因、教改設(shè)計(jì)、效果分析等三個(gè)方面介紹了“工程熱力學(xué)”混合式教學(xué)模式的研究與實(shí)踐。結(jié)果表明，相較于傳統(tǒng)課堂，包含課前、課中、課后的三段式線上線下混合式教學(xué)模式在明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、強(qiáng)化知識(shí)理解、鞏固課堂知識(shí)、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)能動(dòng)性等方面對(duì)學(xué)生均有較大幫助。

［關(guān)鍵詞］ 工程熱力學(xué)；線上線下混合式教學(xué)模式；調(diào)查問(wèn)卷；教學(xué)改革

［基金項(xiàng)目］ 2021年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“基于情景教學(xué)案例的‘工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革研究”（202101373005）；2021年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“虛擬仿真在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用實(shí)踐”（202101292008）；2021年度黑龍江省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于線上線下混合式授課模式的‘工程熱力學(xué)課程建設(shè)”

［作者簡(jiǎn)介］ 張小彬（1979—），男，河北廊坊人，博士，哈爾濱工程大學(xué)航天與建筑工程學(xué)院副教授（通信作者），主要從事多相流體動(dòng)力學(xué)研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）22-0124-04［收稿日期］ 2022-07-28

引言

隨著社會(huì)技術(shù)的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，新時(shí)代大學(xué)生的思維方式和接受信息的方式發(fā)生了根本性的改變，這促使高校不斷推進(jìn)在線教學(xué)改革。在近年來(lái)的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，大學(xué)生上課不愛記筆記，多數(shù)學(xué)生只是帶著耳朵來(lái)聽課，遇到重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題多采用給板書拍照、錄像等方式記錄。筆者認(rèn)為其根本原因在于新時(shí)代大學(xué)生接收信息的方式發(fā)生了改變。由于信息技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家政策的支持，高質(zhì)量慕課不再稀缺，學(xué)生可以通過(guò)各種途徑觀看國(guó)內(nèi)外大學(xué)的線上課程資源。此外，為滿足新版培養(yǎng)方案中課內(nèi)學(xué)時(shí)向課外學(xué)時(shí)延伸的要求，學(xué)校需要打破傳統(tǒng)授課模式的局限。新時(shí)代的發(fā)展要求表明，要加快一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，在更新課程教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)改進(jìn)課程教學(xué)模式［1-3］。在新形勢(shì)下，線上線下混合式教學(xué)更是已經(jīng)成為一種嶄新的授課模式［4-9］。

哈爾濱工程大學(xué)航天與建筑工程學(xué)院針對(duì)航空宇航科學(xué)與技術(shù)學(xué)科開設(shè)了“工程熱力學(xué)”這一專業(yè)核心課程，這也是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)其他專業(yè)核心課程（例如：“傳熱學(xué)”“氣體動(dòng)力學(xué)”和“航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理”）的必修課。該課程從工程熱現(xiàn)象的宏觀角度出發(fā)，結(jié)合實(shí)際工程技術(shù)學(xué)，研究各種物質(zhì)的熱力學(xué)物理性質(zhì)、建立熱能與其他能量平衡關(guān)系的科學(xué)規(guī)律和方法，以及如何更高效、更合理地提高熱能的利用率和熱功轉(zhuǎn)換率，為熱能開發(fā)提供新途徑。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解熱力學(xué)研究對(duì)象的特殊性，建立學(xué)科特有的系統(tǒng)分析及能量轉(zhuǎn)換的專業(yè)思維模式和研究方法，形成能源—工質(zhì)—系統(tǒng)—效率—環(huán)境“五位一體”的基本知識(shí)架構(gòu)和分析思路，最終達(dá)到學(xué)生能夠靈活運(yùn)用課程理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的目的。但是，根據(jù)哈爾濱工程大學(xué)航天與建筑工程學(xué)院多年來(lái)開設(shè)“工程熱力學(xué)”課程的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，達(dá)到課程預(yù)期目標(biāo)仍有一定距離；而且，雖然以往已有一些學(xué)者對(duì)線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行了探討，但結(jié)合熱力學(xué)特有的學(xué)習(xí)方式方法和通過(guò)課堂調(diào)查研究其運(yùn)行機(jī)制及影響的相對(duì)較少。因此，課程組基于在“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題，從線上線下混合式教學(xué)模式的設(shè)計(jì)方案、實(shí)現(xiàn)形式、具體效果等方面進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)“工程熱力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行了研究與實(shí)踐。

一、傳統(tǒng)“工程熱力學(xué)”教學(xué)中存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的“工程熱力學(xué)”教學(xué)存在一些問(wèn)題。一方面，在傳統(tǒng)的教育體制下，課程教學(xué)模式主要以課堂教學(xué)為主，課后布置習(xí)題鞏固，學(xué)生比較被動(dòng)地接受或吸收知識(shí)，學(xué)生的創(chuàng)新能力沒(méi)有得到有效的培養(yǎng)和鍛煉；而且“工程熱力學(xué)”理論課程不僅抽象的數(shù)學(xué)概念多，還包含許多難以準(zhǔn)確理解的數(shù)學(xué)過(guò)程［10］。另一方面，“工程熱力學(xué)”課程在課堂講解時(shí)會(huì)列舉一些工程應(yīng)用實(shí)例，學(xué)生由于無(wú)法親自感知，體會(huì)和認(rèn)知效果不明顯，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣及主觀能動(dòng)性較差。另外，由于傳統(tǒng)的工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)存在設(shè)備體積大、占地面積多、資源緊缺等諸多客觀限制因素，往往導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想。

二、“工程熱力學(xué)”課程線上線下混合式教學(xué)模式的設(shè)計(jì)方案

“工程熱力學(xué)”課程總共64學(xué)時(shí)，其中包括基礎(chǔ)理論知識(shí)講授43學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)和學(xué)術(shù)專題研討13學(xué)時(shí)。整個(gè)授課環(huán)節(jié)均采用三段式線上線下混合式教學(xué)模式來(lái)進(jìn)行，筆者對(duì)教學(xué)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)研究［11］。學(xué)生的課堂理論學(xué)習(xí)教育活動(dòng)工作成效始終為整個(gè)教師課堂教學(xué)活動(dòng)的根本內(nèi)在出發(fā)點(diǎn)和最終的落腳點(diǎn)。本課程的網(wǎng)絡(luò)資源基于智慧樹平臺(tái)，課程主頁(yè)建于2022年3月，目前已運(yùn)行1個(gè)完整學(xué)期，師生互動(dòng)3 880次。

課前，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)明確本次課程的學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)，并自主進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，師生通過(guò)線上平臺(tái)進(jìn)行交流。課中，首先采用智慧樹教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行課堂測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)內(nèi)容包括上次課程內(nèi)容和本次課程的預(yù)習(xí)內(nèi)容兩部分。教師會(huì)根據(jù)綜合測(cè)驗(yàn)的情況，對(duì)課程的各個(gè)重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容分別進(jìn)行針對(duì)性的講解，并對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用與學(xué)生的拓展技能進(jìn)行重點(diǎn)引導(dǎo)，幫助廣大學(xué)生快速完成對(duì)基本知識(shí)的基礎(chǔ)內(nèi)化和基本建構(gòu)。在課中和課后環(huán)節(jié)，教師和學(xué)生都有總結(jié)與反思，并反饋到下一輪的教學(xué)中進(jìn)行迭代，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。課后，學(xué)生通過(guò)習(xí)題練習(xí)可以鞏固知識(shí)并順利完成本次習(xí)題作業(yè)，教師則可以在線上及時(shí)進(jìn)行習(xí)題輔導(dǎo)和答疑。在課程改革教學(xué)方案設(shè)計(jì)中，將知識(shí)建構(gòu)、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造統(tǒng)一到課程教學(xué)活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程育人。

三、“工程熱力學(xué)”課程線上線下混合式教學(xué)模式的效果初探

（一）研究對(duì)象及方法

本研究以哈爾濱工程大學(xué)航天與建筑工程學(xué)院（下文簡(jiǎn)稱“案例學(xué)院”）中“工程熱力學(xué)”課程的全體學(xué)生作為研究對(duì)象，采用課程問(wèn)卷調(diào)查的手段對(duì)學(xué)生樣本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，共發(fā)放100份問(wèn)卷，回收100份，問(wèn)卷回收率為100%。其中有效問(wèn)卷98份，問(wèn)卷有效率為98%。問(wèn)卷由三部分構(gòu)成，第一部分是“工程熱力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)模式的基本信息及學(xué)生所反饋的授課效果；第二部分是“工程熱力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)；第三部分是“工程熱力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)模式的缺點(diǎn)。

（二）研究結(jié)果

圖1至圖3是采用線上線下混合式教學(xué)模式后，對(duì)“工程熱力學(xué)”課程授課班級(jí)進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查所得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表1為問(wèn)卷的具體項(xiàng)目及結(jié)果。從中可以看出，相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，班級(jí)學(xué)生中將近80%的學(xué)生更傾向于“課前線上大綱梳理+MOOC自學(xué)—課中線下智慧樹教學(xué)+課堂測(cè)驗(yàn)—課后線下做題+線上答疑”的三段式線上線下混合式教學(xué)模式，更有超過(guò)90%的學(xué)生認(rèn)為線上線下混合式教學(xué)模式對(duì)提高課堂參與性及師生、生生互動(dòng)交流，強(qiáng)化知識(shí)理解，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)能動(dòng)性，擴(kuò)展專業(yè)知識(shí)，積累理論經(jīng)驗(yàn)，提高對(duì)專業(yè)實(shí)際的了解等方面均有幫助。圖1為對(duì)線上線下混合式教學(xué)模式的喜愛度的調(diào)查結(jié)果，從中可以看出，學(xué)生中超過(guò)83%的人喜歡這種新型的教學(xué)模式，然而約10%的人表示一般，經(jīng)調(diào)查了解，較大原因在于部分學(xué)生不了解這種線上線下混合式教學(xué)模式，在此前的學(xué)習(xí)生涯中也未有過(guò)相似模式的課程經(jīng)歷，可見對(duì)這種線上線下混合式教學(xué)模式普及的重要程度。

（三）“工程熱力學(xué)”課程線上線下混合式教學(xué)模式的利弊分析

本研究分析了線上線下混合式教學(xué)模式存在的利弊。其中圖2列出了其優(yōu)點(diǎn)，能夠發(fā)現(xiàn)83.7%的學(xué)生認(rèn)為該模式聽課更為便捷，何時(shí)何地都可以獲取知識(shí)；81.6%的學(xué)生認(rèn)為可以更容易地了解MOOC上名師專家的授課，得到更多優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源和經(jīng)驗(yàn)以開闊視野；同時(shí)從課程心理的角度來(lái)說(shuō)，只有35.7%的學(xué)生感受到了教師和學(xué)生的動(dòng)態(tài)多向結(jié)合。這意味著混合式教學(xué)模式在以學(xué)生為中心的授課理念和設(shè)計(jì)方面，還需進(jìn)一步加強(qiáng)。圖3列出了其缺點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的線上線下混合式教學(xué)模式仍然有很大的改進(jìn)空間。比如：在線上線下混合式教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)的線上線下間的疏離感、缺乏課堂氣氛、課堂交流不易實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，這是由于在高校數(shù)字教改的前中期，技術(shù)等方面還無(wú)法達(dá)到師生的預(yù)期目標(biāo)，甚至有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接問(wèn)題。但筆者相信隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的持續(xù)提高，這些問(wèn)題會(huì)逐漸得到解決。值得關(guān)注的是，筆者團(tuán)隊(duì)正在打造線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所營(yíng)造的多維度教學(xué)環(huán)境來(lái)解決上述的線上線下間的疏離感、缺乏課堂氣氛、課堂交流不易實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，雖然目前還處于過(guò)渡期，但隨著對(duì)線上線下混合式教學(xué)方法和運(yùn)行機(jī)制的不斷探究，終將會(huì)為高效授課帶來(lái)新的機(jī)遇。

（四）未來(lái)授課重點(diǎn)

“工程熱力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)模式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)技術(shù)。課程調(diào)查問(wèn)卷顯示，超過(guò)九成的學(xué)生對(duì)本課程的授課方式較為滿意；但仍有一些學(xué)生認(rèn)為課程還存在可以改進(jìn)的地方，比如在線上線下間的疏離感、缺乏課堂氣氛、無(wú)法專注聽講等方面。未來(lái)筆者團(tuán)隊(duì)將在對(duì)“工程熱力學(xué)”課程相關(guān)教學(xué)方法進(jìn)行改革的過(guò)程中，深入分析課程教學(xué)改革中的問(wèn)題，系統(tǒng)總結(jié)線上線下混合式課程運(yùn)行的規(guī)律及本科生培養(yǎng)體系與授課成效的影響因素，力圖打造一門有特色、有價(jià)值的一流課程，并且創(chuàng)建顯性課堂與隱性課堂相結(jié)合的思想政治融入式全過(guò)程育人模式，為提高本科生培養(yǎng)質(zhì)量提供助力。

結(jié)語(yǔ)

“工程熱力學(xué)”作為航空宇航科學(xué)與技術(shù)學(xué)科開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，是從事航空航天類研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)等相關(guān)工作必不可少的理論基礎(chǔ)。本文通過(guò)不斷改進(jìn)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，深入淺出地進(jìn)行教學(xué)改革，通過(guò)結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，運(yùn)用線上線下混合式互動(dòng)教學(xué)模式實(shí)施新型動(dòng)態(tài)課改。以哈爾濱工程大學(xué)航天與建筑工程學(xué)院的“工程熱力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)課程作為典型案例進(jìn)行探究，根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查所得到的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)課堂，學(xué)生認(rèn)為課前、課中、課后的三段式線上線下混合式教學(xué)模式在明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、強(qiáng)化知識(shí)理解、鞏固課堂知識(shí)、調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)能動(dòng)性、提高對(duì)專業(yè)實(shí)際的了解等方面均有幫助。同時(shí)分析了混合式教學(xué)模式所存在優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)除了授課便捷等優(yōu)點(diǎn)外，還存在線上線下間的疏離感、缺乏課堂氣氛、課堂交流不易實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)需要進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

［1］楊向衛(wèi)，朱小芳，孫冰紅.“雙一流”背景下地方行業(yè)高校特色發(fā)展實(shí)證研究：以陜西8所行業(yè)高校為例［J］.中國(guó)高校科技，2020（7）：13-17.

［2］王偉剛.基于統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的數(shù)學(xué)分析課堂教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新［C］//人才培養(yǎng)與教學(xué)改革-浙江工商大學(xué)教學(xué)改革論文集，2018：81-84.

［3］蔡文璇，汪瓊.2012：MOOC元年［J］.中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)，2013（4）：16-18.

［4］李曉娜.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐研究［J］.吉林農(nóng)業(yè)，2019（12）：83.

［5］張清，郝瑞麗.新時(shí)代背景下大英教改要素探析：中國(guó)政法大學(xué)大英教學(xué)改革探索實(shí)錄［J］.中國(guó)法學(xué)教育研究，2012（4）：124-133+218.

［6］張其亮，王愛春.基于“翻轉(zhuǎn)課堂”的新型混合式教學(xué)模式研究［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2014，24（4）：27-32.

［7］李逢慶.混合式教學(xué)的理論基礎(chǔ)與教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2016，26（9）：18-24.

［8］文靜.線上線下混合式教學(xué)模式在《機(jī)械制圖》課程中的研究與實(shí)踐［J］.內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（22）：218-220.

［9］習(xí)慧丹，譚一曲，陳果，等.基于在線教學(xué)平臺(tái)的線上教學(xué)探索與實(shí)踐［J］.計(jì)算機(jī)時(shí)代，2020（11）：120-123.

［10］沈維道，童鈞耕.工程熱力學(xué)［M］.5版.北京： 高等教育出版社，2016：43+155-157.

［11］張小彬，王璐，谷德林，等.“工程熱力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)改革研究［J］.教育教學(xué)論壇，2022（6）：77-80.

Research on Blended Teaching Effect of Engineering Thermodynamics Based on Smart Tree Platform

ZHANG Xiao-bin， GU De-lin， WANG Lu

（College of Aerospace and Civil Engineering， Harbin Engineering University， Harbin，

Heilongjiang 150001， China）

Abstract：In the outbreak era， online and offline blended teaching has become a new teaching mode. Taking engineering thermodynamics course in College of Aerospace and Civil Engineering of Harbin Engineering University as an example， from three aspects of educational reform， teaching design and effect analysis the research and practice of blended teaching mode is introduced. The results show that， compared with the traditional classroom， the three-stage online and offline teaching mode including pre-class， in-class and after-class is of great help to students in clarifying learning objectives， strengthening knowledge understanding， consolidating classroom knowledge， and mobilizing learning interest and learning initiative.

Key words： engineering thermodynamics; online and offline mixed teaching mode; questionnaire; teaching reform