混合式教学在工程热力学中的效果探讨

（郑州大学 河南·郑州 450001）

1 混合式教学介绍

混合式教学是一种新型的教学方法，它将传统的线下教育模式和新兴的线上教育模式结合起来，亦可配以课堂辅助教学软件的使用，综合的对学生进行的全方位的教育。混合式教学方式具备了线下教育方式和线上教育方式的优点，线下教育方式的优点主要体现在课堂之上，是师生之间实时的互动对教学过程的优化与调整，线上教育方式的优点主要体现在课堂之下，是学习资源的充足与学习过程的方便，混合式教学方式综合采用两种教育方式对学生进行同时具备课堂上下的充分的教育。

2 工程热力学课程介绍

工程热力学教学采用的教材为严家騄、王永青编著的由高等教育出版社出版的第四版《工程热力学》。

2.1 课程目标

工程热力学是研究热能传递与能量转换规律的学科，通过学习本学科将使学生掌握热力学的基本概念，并且培养学生将热力学第一、第二定律应用于解决热机各种循环等实际工程问题的能力。

本课程的理论教学和实验实践训练的目标为：知识目标1要求学生掌握热力学基本概念，掌握气体工质及其基本热力性质与计算方法，知识目标2要求学生掌握热力学第一定律和热力学第二定律，能力目标1要求学生能够将热力学第一定律用于分析各种热力过程中工质不同状态参数的变化，深刻理解能量在转化和转移过程中的关键决定性因素；能力目标2要求学生能运用热力学第二定律对各种热力系统的热力过程进行简化分析，能够结合关键因素和关键环节提出提高热机能量转换效率的方法。

2.2 课程内容

2.2.1 第一章：基本概念

本章的主要内容是工程热力学课程中基本的参数、过程、状态等的概念，如基本状态参数、功和热量、准静态过程、可逆过程、平衡状态等的基本概念。

2.2.2 第二章：热力学第一定律

本章的主要内容是热力学第一定律的概念；各种热力系中热力学第一定律的基本能量方程式的应用形式以及方程式中涉及到的内能、焓、熵、热量、膨胀功、技术功、推动功等的基本概念。

2.2.3 第三章：气体的热力性质和热力过程

本章的主要内容分为热力性质和热力过程两部分。热力性质涉及了理想气体的性质、气体常数、通用气体常数、比热等内容的概念；热力过程包括理想气体在四种基本过程中的内能、焓、熵的计算以及四种基本热力过程在坐标图上的表示。

2.2.4 第四章：热力学第二定律

本章的主要内容为热力学第二定律的表述和实质；卡诺循环和卡诺定理的概念和在坐标图上的表示；克劳修斯积分式的含义；孤立系统熵增原理；可用能的损失及计算。

2.2.5 第五章：气体的流动和压缩

本章的主要内容为气体在喷管中作绝热流动时气流状态随喷管截面变化的关系；气体在压气机中被压缩时的状态变化规律、压气机功耗、压气机效率等。

2.2.6 第六章：气体动力循环

本章的主要内容为各种内燃机和燃气轮机动力循环的分析、计算；循环在坐标图的表示；同时应掌握提高循环效率的方法和途径。

2.2.7 第七章：水蒸气性质和蒸汽动力循环

本章的主要内容为水蒸气的性质和方程；蒸汽动力循环中郎肯循环、再热循环、回热循环过程中的图表的分析与计算。

2.2.8 第八章：制冷循环

本章的主要内容为空气压缩制冷循环的分析、计算和循环相应在坐标图的表示；蒸汽压缩式制冷循环、喷射式制冷循环。

2.2.9 实验

本学期设置的实验为三个，即制冷、热泵循环演示实验，CO2的P—V—T关系实验和饱和蒸汽P—T关系仪实验，学生做过实验后，书写实验报告，实验报告作为反映学生对实验过程掌握的情况。

2.3 课时数分配

章节 课时数第一章 2第二章 4第三章 8第四章 8第五章 4第六章 4第七章 4第八章 4

课程共有48个课时。每一章节课时数如上图所示，所有章节累计课时数为38课时，另有4个课时的习题课和6个课时的实验。

2.4 授课对象

授课班级为2个班，分别采用了混合式教学和非混合式教学。混合式教学的班级，具体授课形式为线下教学方式和线上教学方式的结合，并使用辅助教学软件——雨课堂进行辅助教学。线下教学方式的应用体现在教师和学生在课堂上实时的授课与听讲的过程；线上教学方式的应用体现在学生利用网课资源进行的课前预习以及课后复习；辅助教学软件的应用体现在教师与学生课上的互动以及学生课后的复习。非混合式教学的授课形式为纯粹的线下课堂教学及解答。

3 混合式教学在工程热力学中的效果

工程热力学的最终考评结果由三部分组成，分别为期末考试、实验报告和平时作业，其中期末考试占比80%，实验报告占比10%，平时作业占比10%。本文从这三个方面进行分析，将应用混合式教育的班级和非混合式教育的班级之间对考评结果进行对比，即可表现混合式教学是否在本学期工程热力学课程中起到了的良好作用。

3.1 期末考试

期末考试中，课程目标达成度评价值为样本学生相关考核结果平均分与相应目标的考核观测点总分的比值。

期末考试结果如下图表。

混合式教学班级结果

非混合式教学班级结果

对应用了混合式教学的班级与未应用混合式教学的班级的课程目标达成度评价值进行分析，可以发现，在本学期工程热力学的教学过程中，应用了混合式教学的班级的期末考试成绩相对较好。期末考试对知识目标1、知识目标2、能力目标1、能力目标2共四个方面进行考评，在这四个方面，混合式教学班级的课程目标达成度评价值均比非混合式教学班级的课程目标达成度评价值高些。这些数据表明了，接受混合式教学方式的学生，无论是在基础理论知识的掌握方面，还是在将知识运用于实际模型的能力上面，都比接受非混合式教学方式的学生的表现好一些，故混合式教学的应用在本学期的工程热力学课程的教学过程中，实现了使学生对所学知识掌握的更好的目的。

3.2 实验报告

对设置的三个实验即制冷、热泵循环演示实验、CO2的P—V—T关系实验和饱和蒸汽P—T关系仪实验，接受混合式教学班级的学生的实验平均成绩为95.20分，说明了学生对实验掌握的很好，能够熟练地将理论知识应用于实践过程中。

3.3 平时作业

平时作业成绩是指课堂上教师使用雨课堂小程序对学生提问的成绩，本学期混合式教学班级学生的平时作业平均成绩为96.56分，这说明了在课堂上学生对理论知识理解得很透彻，而这得益于混合式教学方式中辅助教学软件雨课堂小程序的使用，师生之间实时的沟通，使学生更快速的、牢固的记忆了理论知识。

4 未来教学改进方案

分析上部分的数据可以看出混合式教学方式对于学生学习起到了一些作用，学生在能力目标1，尤其是能力目标2的掌握均不太理想，说明较多的学生在如何将理论知识在实际模型中加以运用这一方面，仍是存在一些问题的，故应该继续改进混合式教学方式在工程热力学中的应用模式。

4.1 线下教学方式的改进

在课堂上，教师在讲完基础理论知识后，应更注重讲解习题，尤其是对于热力学第一定律和热力学第二定律在热力系统中的热力过程变化的习题，使学生在熟悉了基础知识后，能够快速的了解到概念、公式，是如何在习题中使用的，这种趁热打铁的方法，会使学生对于知识的应用有初步体会，十分有助于学生的学习。

4.2 线上教学方式的改进

在课堂前后，学生要积极的主动学习。在学习过程中，大部分学生认为与热力学第一定律和热力学第二定律相关的习题是有难度的，因此，学生要投入更多的时间，观看教师规定观看的网课资源，切实做到课前观看视频进行预习，课后观看视频再次复习，理清知识之间的关系，才能做到熟练的应用。

5 总结

通过对达成度的分析来看，采用混合式教学的班级，学生对该学科的掌握情况要好一些，说明了混合式教学对教师的授课和学生的学习要优于非混合式教学。较多学生对知识的应用能力仍不太熟练，故应该继续对混合式教学进行优化，对其中的各个教学方式进一步调整，则会更有助于学生对工程热力学的学习。