“GRIDS”教學(xué)法在工程熱力學(xué)教學(xué)中的創(chuàng)新與實(shí)踐

劉 龍，劉翠浴，時(shí) 偉，王海英，徐振軍，徐愛(ài)玲，李 凱，榮 華

（1.青島理工大學(xué)，山東 青島 266520；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 青島 266109）

在高等教育專業(yè)培養(yǎng)體系中，課程的構(gòu)成主要分為四大類：通識(shí)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課和專業(yè)選修課[1-2]。其中專業(yè)基礎(chǔ)課一般是在通識(shí)課教育基礎(chǔ)上開(kāi)展的，為后續(xù)專業(yè)課程的教育提供基礎(chǔ)[3]。專業(yè)基礎(chǔ)課的任課教師就是學(xué)生的專業(yè)領(lǐng)路人，其教學(xué)效果的好與壞，直接影響到學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課的興趣和理解[4]。

專業(yè)基礎(chǔ)課在專業(yè)課學(xué)習(xí)過(guò)程中，占據(jù)重要地位，對(duì)后續(xù)課程的影響很大。以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的工程熱力學(xué)為例，焓濕圖是解決濕空氣熱濕處理過(guò)程的重要工具，是暖通空調(diào)這門課的重要工具；壓焓圖是研究制冷循環(huán)的重要工具，是空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)這門課的重要工具[5]。工程熱力學(xué)在動(dòng)力循環(huán)中所涉及到的朗肯循環(huán)、熱電聯(lián)產(chǎn)、內(nèi)燃機(jī)循環(huán)和燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)在制冷循環(huán)中所涉及到的空氣壓縮制冷循環(huán)、蒸氣壓縮制冷循環(huán)、吸收式制冷、噴射式制冷和熱泵循環(huán)等是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)[6-7]。

工科類專業(yè)基礎(chǔ)課大多具有基礎(chǔ)理論內(nèi)容多、與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合但理論偏于抽象的特點(diǎn)[8-9]，是提升專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量和效果的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)讓學(xué)生不厭其煩，很多學(xué)生不愛(ài)聽(tīng)講，學(xué)習(xí)過(guò)程沒(méi)有壓力，沒(méi)有緊迫感，學(xué)生卻收獲很少[10-11]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以教師為中心，將知識(shí)學(xué)習(xí)作為教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生處在被動(dòng)消極的地位，教學(xué)手段相對(duì)簡(jiǎn)單和刻板[12-13]；只注重知識(shí)教學(xué)而忽視了學(xué)生技能、思維、個(gè)性的發(fā)展；教師急于和盤托出學(xué)習(xí)的結(jié)果，忽視學(xué)習(xí)過(guò)程的引導(dǎo)；注重教學(xué)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化，忽視不同學(xué)生的學(xué)習(xí)差異；教師忽視學(xué)生的主體性和師生互動(dòng)的價(jià)值；課堂上對(duì)學(xué)生的評(píng)估單一[14]；專業(yè)課程與思政融合不到位，可能會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生抵觸心理。

綜上所述，開(kāi)展專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)改革研究勢(shì)在必行。本文以工程熱力學(xué)為例，闡述“GRIDS”教學(xué)法在工程熱力學(xué)教學(xué)中的創(chuàng)新與實(shí)踐。

一 工程熱力學(xué)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容

工程熱力學(xué)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、濕空氣、動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握能量轉(zhuǎn)換中的基本規(guī)律，理解實(shí)現(xiàn)濕空氣熱濕處理過(guò)程的方法，熟練熱效率、制冷系數(shù)的計(jì)算；培養(yǎng)學(xué)生人文素養(yǎng)、節(jié)能意識(shí)、科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷、精益求精的大國(guó)工匠精神、批判意識(shí)和創(chuàng)新能力。課程目標(biāo)如圖1所示。

圖1 課程目標(biāo)

工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容從簡(jiǎn)入難，從理論到實(shí)踐，圍繞“動(dòng)力循環(huán)”和“制冷循環(huán)”中的工程問(wèn)題展開(kāi)討論，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。以教材為基礎(chǔ)，還應(yīng)拓展二氧化碳跨臨界制冷、磁懸浮水冷機(jī)組、補(bǔ)氣增焓、冷熱電三聯(lián)供、多聯(lián)機(jī)和土壤源熱等學(xué)科前沿，滿足行業(yè)與社會(huì)需求。工程熱力學(xué)知識(shí)框架如圖2 所示。

圖2 工程熱力學(xué)知識(shí)框架圖

二 教學(xué)痛點(diǎn)及解決方法

教學(xué)痛點(diǎn)有：工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容多且枯燥、抽象，重點(diǎn)難以把握，傳統(tǒng)教學(xué)課堂沉悶、教學(xué)效率低、專業(yè)拓展少和課時(shí)吃緊；“蜻蜓點(diǎn)水”式思政方式“入耳不入心”，缺少考評(píng)；學(xué)生渴望參與科創(chuàng)比賽，但創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足；缺乏過(guò)程監(jiān)督，掛科率高，如圖3 所示。

圖3 教學(xué)痛點(diǎn)及解決方法

針對(duì)以上問(wèn)題，提出了基于混合式課程的“GRIDS”教法鏈動(dòng)模式與賽教融合模式，如圖4 所示。

圖4 “GRIDS”教法鏈動(dòng)與賽教融合

“GRIDS”教法鏈動(dòng)模式突出學(xué)生主體地位，體現(xiàn)“做中學(xué)，做中教”，注重互動(dòng)和討論；賽教融合模式培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生求真向善，用專業(yè)知識(shí)服務(wù)社會(huì)。

三 教學(xué)組織與實(shí)施

依托線上線下混合式一流課程，低階內(nèi)容線上呈現(xiàn)，高階內(nèi)容線下補(bǔ)充。課前發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)單，學(xué)生線上完成低階知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和檢測(cè)。如圖5 所示。

圖5 教學(xué)組織與實(shí)施

課中采用“GRIDS”教法鏈動(dòng)模式，圍繞教學(xué)中經(jīng)典問(wèn)題、高階性問(wèn)題或內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，將課程內(nèi)容揉碎重組，體現(xiàn)學(xué)科前沿，擴(kuò)展課堂廣度；案例、時(shí)政話題具備新穎性、思辨性、挑戰(zhàn)性，解決教學(xué)重難點(diǎn)的同時(shí)，提升課堂溫度。賽教融合模式培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，拓展課程深度。思政融入課堂的方方面面，形成4 種范式，并借助公眾號(hào)開(kāi)啟思政第二課堂。賽創(chuàng)融合模式項(xiàng)目逐年迭代，反哺教學(xué)。

（一）分組案例匯報(bào)（Group Case Report）

實(shí)施原則：①每組分配一個(gè)與課程緊密相關(guān)的題目；②題目緊扣時(shí)代和科技前沿，能夠充分發(fā)揮學(xué)生想象力和探索力；③主講教師和各組組長(zhǎng)根據(jù)PPT 形式、內(nèi)容、講解、論文和參考文獻(xiàn)等綜合打分。形成性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 案例匯報(bào)形成性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

此方法的優(yōu)點(diǎn)有：①學(xué)生查找大量的動(dòng)畫(huà)、視頻、案例資料，極大地豐富了教學(xué)素材，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長(zhǎng)；②科研成果引入課堂教學(xué)，科教融合；③指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用軟件模擬，加深對(duì)原理的理解，體現(xiàn)高階性和挑戰(zhàn)度；④鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感；⑤學(xué)生互評(píng)，標(biāo)準(zhǔn)明確，評(píng)價(jià)合理。

（二）雨課堂（Rain Classroom）

雨課堂作用有三：①在課堂之初檢測(cè)學(xué)生線上學(xué)習(xí)效果；②借雨課堂提出問(wèn)題，起到承上啟下的作用；③隨堂測(cè)驗(yàn)、點(diǎn)名。

（三）思政教育（Ideological and Political Education）

結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位、專業(yè)特色、課程特點(diǎn)，確定課程德育目標(biāo)[15]，并總結(jié)歸納該課程思政的4 種范式。如圖6所示。

圖6 確定德育目標(biāo)、思政范式

1 詩(shī)詞無(wú)痕思政

將專業(yè)概念賦值于詩(shī)詞，將原理升華為人生哲理，用原創(chuàng)詩(shī)詞實(shí)現(xiàn)專業(yè)與思政之間的無(wú)痕嫁接；采用唯美的詩(shī)詞解釋工科現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生人文素養(yǎng)。

2 案例時(shí)政思政

討論的案例具有啟發(fā)性、批判性、時(shí)代性、趣味性和高階性。經(jīng)典案例體現(xiàn)歷史積淀；時(shí)政案例體現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)。為解決課堂重難點(diǎn)，采用針對(duì)性案例，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，借機(jī)思政，將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)融為一體，培養(yǎng)學(xué)生的大國(guó)工匠精神、批判意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感。

3 賽教融合思政

通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生參與科創(chuàng)項(xiàng)目和比賽的方式進(jìn)行思政。所有項(xiàng)目來(lái)源于課程，經(jīng)過(guò)數(shù)年迭代，最終作為教學(xué)素材反饋于課程；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、社會(huì)責(zé)任感、精益求精的大國(guó)工匠精神和科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷。以賽教融合的方式考評(píng)思政，納入期末考評(píng)。

4 第二課堂思政

（四）討論式互動(dòng)（Discussion Interaction）

討論式互動(dòng)教學(xué)模式有三種。

1 借助模型、圖板討論

自制教學(xué)模型、圖板，模型現(xiàn)場(chǎng)展示，課堂互動(dòng)小實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)習(xí)興趣，易于學(xué)生理解原理，效果事半功倍。

2 借助案例討論

根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)從生活現(xiàn)象到專業(yè)知識(shí)再到學(xué)科前沿的分級(jí)遞進(jìn)式教學(xué)。以實(shí)際工程案例為依托，采用類比法解釋抽象概念，采用對(duì)比法分析復(fù)雜工程問(wèn)題；拓展專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。

3 結(jié)合時(shí)政熱點(diǎn)討論

如圍繞煤改電、煤改氣等政策是否合理，展開(kāi)討論，培養(yǎng)學(xué)生批判意識(shí)。

（五）學(xué)習(xí)卡片（Study Card）

學(xué)習(xí)卡片內(nèi)容設(shè)置原則：①精煉核心內(nèi)容；②與教學(xué)內(nèi)容同向而行，不能具有跳躍性。

學(xué)習(xí)卡片使用方法：①上課前，將助教批改過(guò)的學(xué)習(xí)卡片下發(fā)學(xué)生；②課下收回批改，將學(xué)習(xí)卡片成績(jī)及時(shí)反饋到課程網(wǎng)站上。

學(xué)習(xí)卡片優(yōu)點(diǎn)是讓學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí)，更容易把握課堂重難點(diǎn)；教師根據(jù)學(xué)習(xí)卡片作答情況，在下一次課中可以有的放矢去回顧；結(jié)課后，卡片可作為復(fù)習(xí)資料，也是期末考評(píng)的依據(jù)之一。

四 過(guò)程化考核

“GRIDS”教法鏈動(dòng)的每一項(xiàng)均是過(guò)程化考核依據(jù)；以賽教融合作為思政考核依據(jù)，占總成績(jī)的5%（圖7）；作品、成績(jī)、點(diǎn)評(píng)和答案等在線上學(xué)習(xí)平臺(tái)上留痕，體現(xiàn)信息技術(shù)與教學(xué)方法的深度融合。

圖7 總評(píng)成績(jī)構(gòu)成

五 效果檢驗(yàn)

線上線下混合式教學(xué)解決了課時(shí)吃緊、學(xué)習(xí)效率低的問(wèn)題；線下融入了更多高階知識(shí)點(diǎn)，有針對(duì)性地討論案例、時(shí)政熱點(diǎn)，培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，拓展了更多的學(xué)科前沿，符合社會(huì)需求；討論式教學(xué)提高了學(xué)生參與度，提高了課堂溫度，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣明顯提高；學(xué)習(xí)卡片幫助學(xué)生把握課堂重難點(diǎn)。

無(wú)痕思政范式讓思政“銘于心而踐于行”，且不受地點(diǎn)、時(shí)間、人群限制。

分組案例匯報(bào)、賽教融合模式增加了學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感，在課堂中更容易碰撞出科技創(chuàng)新火花，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。各教學(xué)方法的形成性評(píng)價(jià)是過(guò)程化考核的依據(jù)。如圖8 所示。

圖8 效果檢驗(yàn)，持續(xù)改進(jìn)

六 結(jié)束語(yǔ)

“GRIDS”教學(xué)法針對(duì)性地解決了工程熱力學(xué)教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題?！胺纸M案例匯報(bào)、討論式互動(dòng)”重方法，組成教學(xué)緯線；“學(xué)習(xí)卡片、雨課堂”重考評(píng)，組成教學(xué)經(jīng)線；“思政教育”貫穿課堂內(nèi)外?！癎RIDS”教法鏈動(dòng)模式環(huán)環(huán)相扣，形成一張無(wú)形的網(wǎng)，旨在將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)問(wèn)題一網(wǎng)打盡。