“5C”教學法在通風工程學教學中的應用研究

倪文耀教授 王 曄講師

(華北科技學院 安全工程學院,河北 廊坊065201)

0 引言

“通風工程學”是一門專業(yè)基礎必修課,是華北科技學院安全工程專業(yè)的核心主干課程之一,由原來的傳統(tǒng)特色專業(yè)課程“礦井通風”和“工業(yè)通風與除塵”整合而成,主要包括工業(yè)生產(chǎn)中通風工程的空氣流動規(guī)律、通風動力及通風阻力、通風工程技術和方法、通風系統(tǒng)設計計算等內(nèi)容。該課程概念多、理論性強、注重實踐,屬于綜合性、交叉性學科。在教學中普遍存在教師授課理論多、應用少,對理論應用把握不到位、講不透等問題,造成學生“為了學知識而學知識”的學用分離現(xiàn)象,降低了學生學習的主動性和積極性[1-3]。究其原因,可能涉及教師自身的工程素養(yǎng)不高,學生中蔓延的厭學情緒、習慣死記硬背、不善于結(jié)合工程實踐的學習方法等諸多因素,但作者認為,其中很大一部分原因在于教學方法問題,教師在教學中多照本宣科而講工程案例很少,或者借鑒網(wǎng)絡上的PPT課件在教學中滿堂灌,勢必造成學生對專業(yè)知識的理解和應用一知半解,后續(xù)的課程設計等環(huán)節(jié)普遍出現(xiàn)胡編亂造或抄襲復制。因此,開展教學方法的改革非常迫切。近年來,已有學者相繼開展關于“通風工程學”及相關課程的教學方法研究,有的應用以問題為基礎(Problem-Based Learning,PBL)的教學法,尋求理論結(jié)合實際提高“通風工程學”課程的教學質(zhì)量和學生的實際應用能力[4];有的著重在課堂中引入工程實踐內(nèi)容,或采用項目式教學[5]、或加強案例教學[2,6];有的注重教學環(huán)節(jié)、教學內(nèi)容的安排[7];有的將引導式、案例式和項目式方法相結(jié)合[8]。在其他學科課程教學方法的研究中,有的以優(yōu)化課程教學內(nèi)容為基礎,以教師—學生雙主體教學理念為指導[9];還有的將案例教學法和現(xiàn)場情景教學法相結(jié)合,助力學生將理論學習與實際結(jié)合[10]。以上教學方法的改進多以2-3種方法結(jié)合的方式,但總體采用的措施相對單一,對于“通風工程學”這類內(nèi)容繁雜、理論基礎寬泛、工程應用性強、技術方法多的綜合性交叉課程力度稍顯不夠。在新工科建設逐步深化的趨勢下,“通風工程學”等工科專業(yè)課程教學勢必需要采用多種教學方法,以適應未來多元化、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要。

本文結(jié)合筆者多年的企業(yè)工作經(jīng)驗和高校專業(yè)課程教學實踐,提出適合“通風工程學”等工程應用型專業(yè)課程的“5C”教學法,并開展研究與實踐,以期提高課程教學效果與質(zhì)量,也為其他工科課程建設提供參考。

1 “5C”教學法的主要理念

“5C”教學法,即課程思政(Curricular Ideology and Politics)法、案例分析(Case Analysis)法、場景切入(Cutting-in Scene)法、觸類旁通(Comprehending by Analogy)法、持續(xù)改進(Continuous Improvement)法。簡言之,就是在工程應用型專業(yè)課程教學中要牢固樹立課程思政理念,結(jié)合典型工程實際案例分析講解,在課堂教學中適時切入工程場景,使學生對課程理論與技術的應用做到觸類旁通,最終達到課程教學持續(xù)改進的目的?！?C”教學法的邏輯關系,如圖1。從圖1可以看出,持續(xù)改進既是“5C”教學法的重要一環(huán),也是課程思政、案例分析、場景切入、觸類旁通等教學法的支撐目標,可以通過加強教學過程控制和改進考核方式等途徑實現(xiàn)?！?C”教學法充分貫徹成果導向(Outcome Based Education,OBE)理念,注重“兩性一度”,有助于提升學生的知識領悟與應用能力,拓展學生的知識面和工程適應性。

圖1 “5C”教學法關系圖Fig.1 Relationship Diagram of the "5C" Teaching Method

2 “5C”教學法在通風工程學課程教學中的實施

2.1 課程思政教學法

高等教育,德育為先。高校專業(yè)課程教學中貫徹課程思政理念是德育為先的具體體現(xiàn)。在“通風工程學”教學中,注重課程思政與專業(yè)知識點的有機聯(lián)系,在知識點中挖掘思政元素,做到言之有物、自然引入。從弘揚愛國主義、樹立正確觀念、緊扣時政形勢、倡導開拓創(chuàng)新等4個方面共總結(jié)出課程思政元素25個,限于篇幅略舉幾例,見表1。課程思政的有機融入,有助于學生在學習工程技術知識過程中潛移默化地樹立社會主義核心價值觀,樹立文化自信,激發(fā)民族自豪感和愛國情操。

表1 通風工程學課程思政元素與知識點的對應關系Tab.1 The correspondence between ideological and political elements and knowledge points in ventilation engineering courses

2.2 案例分析教學法

(1)發(fā)揮筆者在礦山工作十幾年的工程經(jīng)驗,結(jié)合與礦山、建筑企業(yè)、設計院所的科研合作交流資料,將工程圖紙帶進課堂,將工程案例引入課堂。引導學生讀懂通風工程圖的要素、內(nèi)涵,指導學生理解一個合理的通風系統(tǒng)應具備的特征、需符合的要求,將工程案例與課程知識點相結(jié)合,給枯燥的專業(yè)知識賦予鮮明生動的工程活力。

(2)布置課后任務,讓學生分組在校園內(nèi)實地考察現(xiàn)有的實驗室通風系統(tǒng)、有污染物釋放但未建通風系統(tǒng)的場所。分析現(xiàn)有通風系統(tǒng)存在的問題并提出改進意見;對有污染物釋放但未建立通風系統(tǒng)的場所提出構(gòu)建通風系統(tǒng)的方法。學生們帶著問題和任務去探究,發(fā)現(xiàn)化學實驗樓各實驗室通風系統(tǒng)布置分散,共有20多臺風機,布局不合理;藝術系的藝術制品加工實驗室、建工學院的水泥配置實驗室、印務中心的膠印室都有污染物釋放,但未建立通風系統(tǒng)。教師對學生發(fā)現(xiàn)的問題逐一分析點評,讓學生既有成就感、又熟悉了專業(yè)知識的工程應用,為后續(xù)的課程設計做好知識與工程案例準備。

以上做法使學生不再只是死記硬背知識點,而是將知識點與工程應用相結(jié)合,加深學生對理論知識與工程實踐之間聯(lián)系的理解,最終增強專業(yè)課程的教學效果。

2.3 場景切入法

綜合性的通風工程分析評價通常采用案例分析教學法,而為了幫助學生更好地理解通風工程的基本概念,可以采用切入工程場景的教學法。如講解典型的通風機分類,可切入通風機的實圖;講解通風系統(tǒng)附屬設施可切入排風罩、除塵器、風流凈化裝置、閥門、風門、風窗、空氣幕、反風設施等實景圖或體現(xiàn)通風附屬設施工作原理的動畫;講解壓入式和抽出式通風系統(tǒng)概念時切入通風系統(tǒng)布置場景圖、反映通風機運轉(zhuǎn)和風流流動的動畫;講解自然通風概念時,切入古代、當代的著名通風工程圖片等。

工程場景切入法讓學生對工程概念和知識點建立聯(lián)系,將工程背景逐步引入到學生對知識點的學習和認識中,完成整個課程教學后,給學生打下工程應用烙印。

2.4 觸類旁通教學法

對典型通風工程中的通風基本理論與方程的應用進行類比歸納,演繹出其他行業(yè)領域中通風工程的應用,達到知識點的觸類旁通,從而加深學生對知識點的深刻理解,同時又可以拓展專業(yè)視野。

在“通風工程學”的教學實踐中,當完成通風網(wǎng)絡部分內(nèi)容的講授后,將通風網(wǎng)絡與供電網(wǎng)絡的相似知識點進行歸納分析(見表2),進而演繹到供水管網(wǎng)、供暖管網(wǎng)、煤氣管網(wǎng)、交通路網(wǎng)等,加深學生對通風工程3大基本方程的理解。

表2 通風網(wǎng)絡與供電網(wǎng)絡知識點的對應關系Tab.2 The correspondence between ventilation network and power supply network knowledge points

在完成通風方法部分內(nèi)容的講授后,將礦山通風系統(tǒng)與工業(yè)民用通風系統(tǒng)的相似知識點進行歸納分析(見表3),讓學生明白,許多概念在不同通風工程中只是叫法不同,但含義相同;計算公式在不同通風工程中有所不同,但都是從3大通風基本方程轉(zhuǎn)化而來,強化學生對通風系統(tǒng)基本概念、特點、設計計算方法的理解。

明朝時期，有一種方便食品叫“蘿卜磚”，名字同樣很奇怪。它的主要制作原料就是大蘿卜。把蘿卜洗凈去根、去皮之后，放入鍋里蒸煮。冷卻后，倒在盆里，搗成泥糊糊。將泥糊糊灌入準備好的模子里，脫成磚坯形狀，最后晾曬風干。所以說，這是名副其實的“蘿卜磚”。蘿卜磚還用于軍事防御上來，明朝時期蘿卜磚就常拿來構(gòu)筑內(nèi)墻。當戰(zhàn)火一起，全城戒嚴，處于防御狀態(tài)的時候，城里和城外隔絕，糧食短缺，這時候蘿卜磚就派上了用場。從墻上取下幾塊蘿卜磚來，擱到鍋里一煮，立即成了粥，可用來充饑果腹。

表3 礦山通風系統(tǒng)與工業(yè)民用通風系統(tǒng)的對比關系Tab.3 Comparative relationship between mine ventilation system and industrial civil ventilation system

表2、3的歸納內(nèi)容屬于筆者原創(chuàng),目前未見其他教材、文獻發(fā)表相似內(nèi)容,體現(xiàn)了課程的創(chuàng)新性。在以學生為中心的基礎上,教師對專業(yè)知識的理解也得到了升華,實現(xiàn)了教學相長。

觸類旁通教學法的運用既有助于學生對知識點的融會貫通,又提升了課程的廣度和深度,對學生具有挑戰(zhàn)性,激發(fā)了學生的學習興趣。

2.5 持續(xù)改進教學法

(1)建立課程教學目標與畢業(yè)要求指標之間的對應關系?！巴L工程學”課程教學大綱中,共設置66個教學目標(在表4課程目標列中分別以數(shù)字1-6表示,限于篇幅,不在此詳細列出),依據(jù)工程教育認證標準,本課程支撐的畢業(yè)要求、指標點有3個。課程目標與畢業(yè)要求、指標點之間的對應關系,見表4。

表4 通風工程學課程目標與指標點對應關系Tab.4 Correspondence between objectives and index points of ventilation engineering course

(2)建立并完善評分標準。本課程的考核由期末考試與平時考核組成,其中,平時考核包括課堂提問與表現(xiàn)、實驗、作業(yè)?？记谝驗榕c畢業(yè)要求指標點的對應關系不明顯,故不計入平時成績,但依據(jù)學校教學管理制度,考勤為否決項,如果缺勤課時達到總學時的30%,取消期末考試資格。

依據(jù)設定的總成績和各考核環(huán)節(jié)成績構(gòu)成比例,確定課程指標點的標準分值(見表5);將各考核環(huán)節(jié)實際成績轉(zhuǎn)化為指標點的實際分值。比較課程指標點的標準分值和實際分值,并計算課程對畢業(yè)要求指標點達成度得分,最后確定相應的達成度等級,見表6。

表5 2019級學生通風工程學成績評定構(gòu)成表(考核年度2021年)Tab.5 Composition of ventilation engineering score assessment for 2019 students(assessment year 2021)

表6 達成度判定標準Tab.6 Achievement criteria

本評價體系既可測評單個學生對課程教學目標的達成度,也可評定班級、年級全體學生對課程教學目標的達成度。本文僅以2019年入學的某個班級為例說明課程目標達成度的評價情況,見表7。

表7 通風工程學課程目標達成度班級綜合測評表(安全B19-2班)Tab.7 Class comprehensive evaluation form for achieving the objectives of ventilation engineering course (safety B19-2 class)

由表4、7計算得到安全B19-2班通風工程學課程目標的達成對畢業(yè)要求指標點1.4、3.1、5.1的支撐度分別為0.048、0.062、0.088。通過課程目標達成度評價,可以分析課程教學中的主要問題,在今后的教學中逐年改進教學方法,提升教學效果。結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)計劃中其他課程對上述3個畢業(yè)要求指標點的支撐度計算,可分析教學計劃總體上對畢業(yè)要求指標點達成方面存在的問題,進而改進教學計劃,實現(xiàn)對學生畢業(yè)要求達成度的持續(xù)改進和提高。

(3)加強課程教學的過程考核。主要舉措是改進考核方法。在對近3屆學生的通風工程學課程考核中,期末考試成績從占總成績的60%下降到50%,增加了平時考核的成績占比,加強了過程考核。

課堂提問以對學過知識點的復習理解、案例分析教學過程中的學生表現(xiàn)為主進行打分。學生平時作業(yè)從提交紙質(zhì)版的1次大作業(yè)改為在網(wǎng)絡學習平臺提交電子版分章節(jié)的3次小作業(yè);對學生作業(yè)的批閱從助教的簡單評閱改進為主講教師在網(wǎng)絡學習平臺對每個學生每道題目的逐一評閱;每次作業(yè)評閱后在學習平臺對每個學生都有一個總體評語,有助于學生了解對知識點掌握的不足之處;實驗成績從學生實驗課表現(xiàn)、實驗報告完成情況2方面綜合考核。以上舉措強化了過程考核,提升了課程的整體教學效果。

3 結(jié)論

(1)為提高“通風工程學”教學質(zhì)量,提出“5C”教學法。該方法以學生為中心,圍繞國家和社會經(jīng)濟發(fā)展、工科學生的知識需求特點,著力在堅持大國文化自信、樹立正確工程觀、提升工程素養(yǎng)、強化工程應用能力、注重教學過程控制、提高教學目標達成度等方面下功夫。

(2)將“5C”教學法應用于“通風工程學”教學實踐,結(jié)果表明,該方法中“5C”相輔相成,取得了良好的教學效果。其中,通過知識點跨學科類比引導學生觸類旁通的方法、基于課程教學效果對畢業(yè)目標達成度評價的教學全過程評價方法在實踐中的效果較為顯著,該方法還可為其他高等工科專業(yè)課程教學改革提供借鑒。

(3)“5C”教學法在學習效果的評價方法中,沒有考慮到每屆學生的學情差異、期末考試教師出題難度的差異對課程目標達成度和畢業(yè)要求指標點達成度的影響。在今后的教學過程中,還需要進一步強化因材施教、完善考核方法,將OBE理念更加深入貫穿于教學中。