流体力学线上线下混合教学实践与启发

岳建芝 徐桂转 李 刚 马晓然 党钾涛

（河南农业大学机电工程学院，河南 郑州 450002）

目前，我国在大力发展新工科，加强工科一流专业建设，推进“十百万”计划[1]，在这个背景下很多课程都开始尝试新的教学模式[2]。流体力学课程是很多工科的专业基础课，在工科专业中具有承上启下的作用。这门课程理论推导内容很多，有着很强的理论性；应用领域也很广泛，包括航空航天、热能动力、化工、环境工程、气象，甚至生物领域，所以又有着很强的工程实践意义。在很多学生论坛上都可以发现学生吐槽流体力学难学难懂，这就让很多初学者滋生了学习该课程的恐惧心理[3]。为了改变这种状况，河南农业大学流体力学课程开始探索实行线上线下混合式教学模式。该课程自2019年开始在中国大学MOOC上开设SPOC课程，至今已经运行两个学期。从学生的学习热情、在线学习数据和期末考试来看，流体力学线上线下混合教学模式可以解决传统教学中的一些问题，提高教学质量和教学效果，但同时也还存在着一些问题。本文归纳总结流体力学课程线上线下混合教学实施过程，分析教学效果，以期为工科类专业基础课拟实行线上线下混合教学的课程提供一定参考。

1 流体力学线上线下混合式教学

1.1 多样化的授课方式

流体力学的抽象难学、理论性强，知识点多的特点是学生自主学习的障碍。有研究表明，成人高度集中完成一件枯燥的任务，注意力只能维持20分钟左右[4]，如何在20分钟临界点出现时避免注意力下降就显得非常重要。根据内容的难易程度和20分钟的注意力临界点规律，采取不同的教学方式显得非常有必要。例如，在流体静力学部分，流体静压强的特性相对容易理解，就可以采用“翻转课堂”的形式进行教学，也就是要求学生在课前或者课外观看教师的视频进行自主学习，教师不再占用课堂时间讲授，课堂变成学生和学生之间合作探究、学生和老师之间的答疑解惑的互动场所；流体平衡微分方程部分，采用板书和多媒体结合的方式，多媒体主要显示需要用到的图，公式推导采用板书，以讲授为主；重力场中流体的平衡部分，采用板书和多媒体结合，并在课堂上加入慕课堂小程序进行课堂测试，整个教学过程注意控制时间节奏，每个环节尽量控制在20分钟之内。实践结果表明这种根据课程内容和注意力变化规律采取不同的授课模式比传统课堂教师授课“单声道”和“满堂灌”的教学方式极大地提高了学生的学习效率。

1.2 便捷沟通的学习群

中国大学MOOC上有一个模块是讨论区，第一个学期实行线上线下混合教学采用的是教师在讨论区发布题目，或者学生把观看视频自学中碰到的问题发布到讨论区供大家讨论的模式，但一个学期后的线上数据显示参与的学生非常少。2020年春季，由于新型冠状病毒肺炎疫情，高校开始在线直播授课，流体力学课程采用的是建立QQ学习群，利用群进行直播授课。授课的过程采用QQ群里的分享屏幕功能分享PPT，当需要推导讲解的时候采用分享白板的功能，利用荧光笔进行书写。通过疫情直播授课发现，由于QQ应用的广泛性和普遍性，学生经常会在学习群里把有疑惑的问题直接发布在班级群里，参与讨论的同学非常多，老师也随时都可以发布自己的解答。还有一些学生课下对不会的内容拍照上传，寻求老师讲解，老师则采用语音的方式在群里解答，其他有同类问题的学生也去主动收听语音得到了答疑解惑。一个学期的授课效果显示，随课程建立学习群会加强师生之间和学生之间的沟通互动，提高学习效果。这个授课过程和效果说明在未来教学过程，随课堂建立学习群将会有力弥补课下中国大学MOOC讨论区活跃度不够的不足之处，有效提高学生之间和师生之间沟通、答疑解惑的效率和效果。

1.3 多元动态的考核体系

没有实行线上线下混合式教学的流体力学课程采用的评价方法是闭卷考试（70%）和课程作业（30%）两部分组成。实行线上线下混合式教学后，为了充分调动学生的在线学习积极性，采用了多元动态考核评价体系，将线上学习数据、线下课堂授课和期末闭卷考试有效的融合起来，具体考核的单元模块和占比如图1所示。

图1 课程综合成绩构成

传统教学中的平时成绩主要从课堂签到和课堂表现两个方面考察。经常出现平时成绩与期末成绩无明显关联的情况，主要原因是传统的课堂表现经常是从提问考评，但是往往课堂提问都是识记内容，学生通过突击看书或者领座同学提示帮忙应对，难以达到考核目标[5]。从图1中可以看出，混合教学的课程考核兼顾了线上学习和线下学习，其中闭卷考试依然占主要部分，因为闭卷考试依然是科学考察学习效果的有效手段。学习群发帖体现的是学生主动学习能力，作业、单元测试、慕课堂测试和线上考试都属于促进学生养成良好学习习惯、帮助学生内化知识的有效手段。应用多元动态考核手段后，增强了学生对知识的掌握，激发了学生的学习主动性。

2 教学效果对比分析

为了分析实行线上线下混合式教学与传统教学方法对学生满意度、学习效果等方面的影响，对实行传统教学的河南农业大学热能动力和农业建筑环境和能源工程2015级和2016级和实行线上线下混合式教学的2017级和2018级的学生进行网络问卷调查和成绩分析。

问卷调查表采用匿名5分李克特量表（Likert scale）。2015级和2016级共有93个学生回复了问卷调查，2017级和2018级共有148个同学回复了问卷调查，调查结果见表1。

成绩分析并不采用综合成绩，而是采用卷面成绩。这是由于学生的综合成绩由平时成绩和卷面成绩加权合成，改革前后的权重不同，没有可比性，因此，学习效果的衡量选取闭卷考试卷面成绩。选取2015级和2016级的实行传统教学的新能源专业和热能动力专业133人的卷面成绩和2017级和2018级实行混合式教学的热能动力和农业建筑环境和能源工程的151个学生的卷面成绩进行统计分析，结果见表2。在分析的过程中把2015级和2016级定义为传统组，2017级和2018级定义为混合组。

从表1可以看出，混合组学生“非常满意”选项对比传统组有较大提高，但是“非常不满意”选项比传统组有小幅增加。调查发现这部分学生选择“非常不满意”是因为他们认为线上学习占用了较多课余时间，由于大学二年级课程多，很多专业基础课都开在这个学期，而且都比较难，加上很多课程都开始线上线下混合教学，导致学生花费在课下的时间比较多，因此比较排斥线上学习。从表2可以看出，对比传统教学模式，混合教学模式的平均成绩和及格率都有提升，说明混合教学效果要优于传统教学。

表1 匿名问卷调查结果

表2 试卷成绩统计结果

3 结语

相比传统教学法，流体力学线上线下混合式教学模式的课堂活跃度增大，随课建立的学习群增大了学生之间、师生之间的直接沟通，多元动态的考核方法增强了学生对知识的掌握，也激发了学生的学习主动性。根据问卷调查和卷面成绩分析，线上线下混合教学提高了学生的学习效果。但是由于开课学期实行线上线下的课程比较多，学生课下线上学习时间占用较多，造成一些学生的抵触和不满情绪，因此，在未来的教学中会根据同期开课情况制定线上学习任务。