“雙碳”背景下混合式一流課程探索與實(shí)踐
——以工程熱力學(xué)為例

于靜梅，董金玲，王 芳，旺冠宇

（遼寧工程技術(shù)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000）

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們已經(jīng)習(xí)慣快節(jié)奏的生活模式，而高校目前的教學(xué)模式如果還是維持現(xiàn)狀，勢必跟不上時(shí)代變化、與時(shí)代脫節(jié)，創(chuàng)新的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法顯得尤為重要和迫切。

高等教育司司長吳巖提出了“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)，而目前的教學(xué)資源匱乏單一、教學(xué)內(nèi)容多年不變、教師滿堂灌，與此同時(shí)，學(xué)生的思維也在發(fā)生著變化，獲取知識的渠道很多，其更喜歡主動的、片段式、靈活多樣的教學(xué)模式，教學(xué)過程也不能延續(xù)傳統(tǒng)的、循序漸進(jìn)的、由淺入深的教學(xué)形式，而是過渡到斷點(diǎn)式教育。老師教授的知識有時(shí)是不連續(xù)的、有斷點(diǎn)的，需要學(xué)生課后把斷點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充。此時(shí)，補(bǔ)充到什么程度，需要學(xué)生掌握什么？是不是需要達(dá)到高階性的程度？這些變化都要求對教學(xué)模式進(jìn)行改變。

一 課程建設(shè)與發(fā)展歷程

工程熱力學(xué)是遼寧省一流專業(yè)——能源與動力工程專業(yè)的主干核心課，是一門綜合知識性和工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，為學(xué)生學(xué)習(xí)其他能源與動力工程類課程奠定重要基礎(chǔ)，起著非常重要的承上啟下作用。

1996 年建專業(yè)以來，就設(shè)置了工程熱力學(xué)課程，經(jīng)過了多輪校內(nèi)課程改革，依托“動力工程及工程熱物理”一級碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)。2014—2015 年工程熱力學(xué)課程在學(xué)校立項(xiàng)進(jìn)行教與學(xué)教學(xué)模式改革，2017 年獲批校級精品資源共享課，在“學(xué)堂在線”網(wǎng)站向各大學(xué)校師生開放。2020 年成為校級“金課”建設(shè)項(xiàng)目，2021 年獲批遼寧省一流課程。同年，本課程作為重要的支撐成果，獲遼寧省教學(xué)成果三等獎。

二 課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)

在OBE 教學(xué)理念影響下，課程團(tuán)隊(duì)教師在教學(xué)大綱、教學(xué)方法、教學(xué)方式和教材建設(shè)等方面均進(jìn)行了建設(shè)。多年來，團(tuán)隊(duì)教師賦能發(fā)展，通過以研促教等多種形式使教師賦能發(fā)展，建立高校與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)模式，校企協(xié)同實(shí)踐育人，同時(shí)，“學(xué)術(shù)科研團(tuán)隊(duì)和教學(xué)團(tuán)隊(duì)合一”的創(chuàng)新建設(shè)模式，實(shí)行“學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)課程負(fù)責(zé)制”。在平臺建設(shè)方面，構(gòu)建全程化、遞進(jìn)式學(xué)科競賽訓(xùn)練體系，支持本科生創(chuàng)新實(shí)踐的完整訓(xùn)練平臺。從大學(xué)一年級校級大賽到大二、大三年級的國家級節(jié)能減排大賽，構(gòu)成支持本科生創(chuàng)新實(shí)踐的完整訓(xùn)練平臺；支持教師出國訪學(xué)、進(jìn)修和參加學(xué)術(shù)會議進(jìn)行賦能發(fā)展，加強(qiáng)教師師德師風(fēng)建設(shè)，加強(qiáng)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)，形成了一只專業(yè)特色鮮明、知識底蘊(yùn)深厚、科研能力強(qiáng)勁、年齡結(jié)構(gòu)合理的課程團(tuán)隊(duì)。

三 教學(xué)模式的構(gòu)建及實(shí)施

（一）模式構(gòu)建

自Marton 等提出深度學(xué)習(xí)概念后，后人又提出了多種實(shí)施策略，但是實(shí)際應(yīng)用效果好的范例很少，本文根據(jù)深度學(xué)習(xí)模型、學(xué)習(xí)框架及實(shí)施策略，再結(jié)合工程熱力學(xué)課程實(shí)際情況，經(jīng)過實(shí)施改進(jìn)后提出新的深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式，其是在學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)形成了已知專業(yè)知識點(diǎn)的累積和新知識提取的基礎(chǔ)上，在線下通過問題式課堂、翻轉(zhuǎn)課堂和綜合訓(xùn)練形成認(rèn)知的融合和知識結(jié)構(gòu)的形成，對各種知識點(diǎn)進(jìn)行組合、對接和遷移，將已有知識應(yīng)用到新的工程環(huán)境，能形成解決復(fù)雜工程問題的一種學(xué)習(xí)方式的模式，以學(xué)生為中心，加強(qiáng)能力培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（二）實(shí)施流程

應(yīng)用到遼寧工程技術(shù)大學(xué)能源與動力工程專業(yè)工程熱力學(xué)課程，參與的學(xué)生從15 至19 級各兩個(gè)班的同學(xué)，每屆50 人左右，這次分析以18 級學(xué)生為例，共52人，全部學(xué)生在大一時(shí)使用過在線學(xué)習(xí)平臺。

1）線上知識輸入。首先老師做好教學(xué)設(shè)計(jì)，明確每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，在上課前，教師要給學(xué)生發(fā)送下節(jié)課的知識點(diǎn)清單、視頻資源、拓展資源等，學(xué)生進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，進(jìn)行知識點(diǎn)累積，激活已有知識點(diǎn)進(jìn)行融合，提取新知識點(diǎn)。為檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，預(yù)習(xí)后進(jìn)行線上測試（每個(gè)視頻后面都有6～8 道題），同時(shí)進(jìn)行線上的討論環(huán)節(jié)，由老師控制討論的具體內(nèi)容和方向。同時(shí)，老師通過學(xué)生的視頻資源學(xué)習(xí)情況、做題情況，跟蹤掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，進(jìn)而進(jìn)行線下的教學(xué)設(shè)計(jì)，針對重點(diǎn)、難點(diǎn)采取措施進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

2）線下問題式教學(xué)。為了實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，無論是否采用翻轉(zhuǎn)課堂，是否需要進(jìn)行問題式課堂教學(xué)，混合式教學(xué)的線下學(xué)習(xí)并不是把預(yù)習(xí)的知識點(diǎn)重新講解一遍，需要老師把重點(diǎn)和難點(diǎn)的知識點(diǎn)進(jìn)行梳理、最重要的是學(xué)生問題的收集，做好教學(xué)設(shè)計(jì)，以學(xué)生為中心，讓學(xué)生能自己通過討論深入提取知識，對于比較重要的知識點(diǎn)，可以找學(xué)習(xí)思路比較清晰的學(xué)生來講解，學(xué)生站在自己的角度對知識進(jìn)一步整理后講解出來更有說服力。

3）線下翻轉(zhuǎn)課堂。經(jīng)過問題式教學(xué)后，學(xué)生已經(jīng)做到知識點(diǎn)的融會貫通，但是對于實(shí)際的工程應(yīng)用能力還有所欠缺，設(shè)置工程應(yīng)用類討論題，將所學(xué)知識應(yīng)用到復(fù)雜工程應(yīng)用中去，積極解決問題。同時(shí)為了吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，每15～20min，可以插入1～2 個(gè)小題，把學(xué)生已經(jīng)分散的注意力集中起來。

4）線上、線下鞏固反思。通過線上和線下的學(xué)習(xí)，學(xué)生對知識點(diǎn)已經(jīng)有深入了解。這時(shí)通過做題進(jìn)行鞏固知識點(diǎn)（每章設(shè)置作業(yè)一個(gè)），為了檢測階段性學(xué)習(xí)程度，設(shè)置檢測（每章），學(xué)生通過線上、線下學(xué)習(xí)反思已有知識，進(jìn)行知識點(diǎn)的深度融合。

四 課程內(nèi)容與資源建設(shè)

（一）構(gòu)建達(dá)成“深度學(xué)習(xí)”的線上線下混合式教學(xué)體系

在實(shí)踐應(yīng)用到工程熱力學(xué)課程時(shí)，形成“N+6+3+2”的混合式教學(xué)模式，以N 個(gè)線上理論知識點(diǎn)＋6 次翻轉(zhuǎn)課堂+3 次帶有思政元素專題+2 個(gè)綜合訓(xùn)練為框架，這些環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)既能避免知識的重復(fù)講解，又能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性。

在教學(xué)環(huán)境和教學(xué)平臺方面，打造了全方位、多平臺教學(xué)環(huán)境，提供多類型、多層次的教學(xué)資源。依托學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、超星、學(xué)堂在線、騰訊會議等多個(gè)線上教學(xué)平臺，充分利用信息教學(xué)手段學(xué)習(xí)通、雨課堂等教學(xué)工具，在超星平臺完成了工程熱力學(xué)課程建設(shè)、試題庫的建設(shè)、在學(xué)堂云SPOC 完成了課程的建設(shè)等課程資源，如圖1 所示。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，進(jìn)行表層學(xué)習(xí)。

圖1 教學(xué)內(nèi)容組織與資源體系

（二）推進(jìn)“5+x”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，解決學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、教師滿堂灌的問題，培養(yǎng)學(xué)生從表層學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)的能力

以目標(biāo)為根本，以學(xué)生為中心，逐步形成“5+x”的翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，“5”是5 個(gè)環(huán)節(jié)，分別是線上學(xué)習(xí)、線下問題式課堂、線上討論、線下翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)總結(jié)與分享；“x”是x 個(gè)學(xué)時(shí)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施是在充分進(jìn)行線上學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，線下翻轉(zhuǎn)，即利用原有學(xué)時(shí)+線上基礎(chǔ)知識，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、深度學(xué)習(xí)，同時(shí)并不是課程全部翻轉(zhuǎn)，只有某幾次和工程聯(lián)系緊密、需要進(jìn)行拓展的環(huán)節(jié)進(jìn)行“2+2+1”的翻轉(zhuǎn)，而基礎(chǔ)知識、基本理論等環(huán)節(jié)不適合翻轉(zhuǎn)進(jìn)行問題式課堂學(xué)習(xí)。

（三）引入“目標(biāo)教學(xué)”法搭建教學(xué)內(nèi)容框架

工程熱力學(xué)課程的根本研究目的——提高“熱機(jī)循環(huán)熱效率”。課程都是圍繞循環(huán)進(jìn)行的，“工質(zhì)→過程→循環(huán)”構(gòu)成了一個(gè)模塊的知識構(gòu)架，在具體構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容框架時(shí)，把知識點(diǎn)分成幾個(gè)模塊，在整個(gè)課程的教學(xué)中引入“目標(biāo)教學(xué)”法，明確每一部分知識要解決的問題、整個(gè)模塊要解決的問題，以及其之間內(nèi)在的聯(lián)系，不斷幫學(xué)生梳理目標(biāo)、工程方法及理論之間的關(guān)系，如圖2 所示，可以有效解決內(nèi)容多而繁的難題。形成了“兩種工質(zhì)、四個(gè)過程、兩個(gè)定律”+“循環(huán)”為主線的教學(xué)內(nèi)容框架。

圖2 “兩種工質(zhì)、四個(gè)過程、兩個(gè)定律”+“循環(huán)”教學(xué)內(nèi)容框架

（四）推進(jìn)低碳教育進(jìn)行，打造“思政+理論+競賽”的實(shí)施策略

面向低碳人才培養(yǎng)的教學(xué)理念創(chuàng)新，以“能力產(chǎn)出為導(dǎo)向”引入“思政+理論+競賽”相結(jié)合的教學(xué)模式，提出了低碳生活、低碳技術(shù)、低碳競賽三結(jié)合促學(xué)，融入混合式教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)理念。如圖3 所示。

圖3 “思政+理論+競賽”實(shí)施低碳目標(biāo)

（五）完善“多元、過程性考核與終結(jié)性評價(jià)相結(jié)合”的課程考核方案，為教師提供教學(xué)反思和持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)過程管理和學(xué)習(xí)成效考核的方法手段

過程性評價(jià)包括雨課堂平臺的課堂測試、討論等環(huán)節(jié)和學(xué)堂云SPOC 平臺的視頻學(xué)習(xí)、預(yù)習(xí)測驗(yàn)、討論參與度和作業(yè)完成情況等；包括翻轉(zhuǎn)課堂的表現(xiàn)分和小組得分；訓(xùn)練平臺上的表現(xiàn)得分、實(shí)驗(yàn)等。利用這種課程考核方式，通過線上平臺跟蹤每個(gè)學(xué)生，收集和監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，為教師提供教學(xué)反思、持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)；為學(xué)生提供自我調(diào)整、自我優(yōu)化的機(jī)會。

五 結(jié)束語

通過對工程熱力學(xué)課程的建設(shè)和實(shí)施，同學(xué)們的各方面能力都得到了提高。

1）獨(dú)立分析問題能力。在線下課堂環(huán)節(jié)中，設(shè)置跟教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的探究題目，相對分析步驟比較多，需要學(xué)生先進(jìn)行獨(dú)立的研究探索，可以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立分析問題的能力。

2）協(xié)作學(xué)習(xí)的能力。在線下教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生按照小組學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了合作能力。

3）批判思維能力。在教學(xué)中可以設(shè)置辯論環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生對熱工問題的判斷、估計(jì)和綜合分析能力等創(chuàng)新思維目標(biāo)，提高學(xué)生的邏輯思維能力，掌握能源與動力工程領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)前沿及發(fā)展趨勢。

4）應(yīng)用信息技術(shù)能力。目前教學(xué)平臺非常多，雨課堂、學(xué)習(xí)通、智慧樹、慕課大學(xué)等，要想組織一節(jié)非常成功的線下翻轉(zhuǎn)課堂，需要老師和學(xué)生的高度配合，各個(gè)環(huán)節(jié)都離不開電腦軟件的應(yīng)用，通過混合式教學(xué)可以充分開發(fā)學(xué)生的信息技術(shù)能力。