线上线下混合式教学在“工程热力学”课程中的探索实践

2022-08-26戚素素王争魏娜

现代信息科技 2022年11期

戚素素，王争，魏娜

（山东华宇工学院，山东德州 253034）

0 引言

2022年春季学期，受新冠肺炎疫情的影响，学校实行封闭管理。遵循疫情防控“停课不停学，停课不停教”的工作部署，授课形式从线下教学改为线上教学。“互联网+教育”成为主流上课模式。高校教师立足学科和专业特点，充分利用网络资源优势，灵活多样地开展线上教学。

新时代背景下，信息化教学成为高等教育的必备手段，即使如今恢复了线下教学，线上线下混合式教学也成为一种风尚。通过线上教学和传统教学的有机结合，可以把学习者的学习由浅入深地引向深度学习。以往“以教师为中心”的教学模式也随着线上线下混合式教学模式的推行向“以学生为中心”的方向转变。本文基于超星学习通和智慧树两个平台，以“工程热力学”课程为例，探索线上线下混合式教学新模式。

1 “工程热力学”课程简介

“工程热力学”是能源与动力工程专业的一门专业核心必修课，以讲述热力学基本概念、基本原理为主，热力学第一定律和第二定律的基本计算和分析方法则是重中之重，为后续的“制冷原理与设备”和“制冷装置设计”等课程打下坚实的基础，起到承上启下的作用。

教学内容主要包括热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、气体的热力性质、理想气体的热力过程及气体压缩、水蒸气的热力性质、混合气体及湿空气、气体和蒸汽的流动等。通过对本课程的学习，使学生掌握工程热力学的基本概念、有关物质的热力性质、热能有效利用以及热能和其他能量转换的基本规律，并能够灵活运用这些规律进行能源与动力装置中各种热力过程和热力循环的分析。

2 “工程热力学”传统教学中存在的问题

2.1 课程本身难度大

知识点和概念繁多是工程热力学课程的一大难点。例如孤立系统、绝热系统、气体定容定压过程等都属于艰深晦涩、难于理解的知识点。从每学期的期末考试来看，由于容易混淆的知识点比较多，有些学生把握不住重点，掌握得不牢固，内容理解上存在偏差，导致没能取得好成绩。加之工程热力学贴近工程实际，在学习过程中涉及很多的推导计算，且推导公式复杂繁多、逻辑性强，学生理解起来有一定的困难。

2.2 教学方式存在弊端

以“班级授课制+讲授法”为主要特征的传统教学方式，虽然在知识教学的规模和效率上表现出明显的优势，但是这种教学方式无法很好地针对学生的个性化特点因材施教，无法有效促进学生的关键能力和核心素养的发展，容易忽视学生的主体地位，导致出现灌输式教学和被动学习。这些局限和弊端是传统教学方式所固有的，不以教师和学生的个体情况而改变。比如，教学经验丰富的优秀老师虽然可以把知识讲得深入浅出、引人入胜，但课程教学的主要目标是学生对知识的记忆和理解，无法真正培养学生的操作能力或者是让学生形成深刻的情感体验；无法及时掌握学生的理解情况和认知活动，不能根据学生不同的个体特征调整教学；不能做到个性化教学。

3 线上线下混合式教学模式的教学思路

3.1 确定混合式教学目标

本课程的混合式教学目标包括知识目标、能力目标和素质目标3个方面：

（1）知识目标。通过智慧树中的学习视频，以及线下教师的课堂讲解，使学生能够深入理解工程热力学的基本概念，掌握有关物质的热力性质、热能有效利用以及热能和其他能量转换的基本规律，能够进行能源与动力装置中各种热力过程和热力循环的全面分析。

（2）能力目标。培养学生利用线上平台自主学习的能力，在自主学习的基础上形成分析和处理汽轮机、内燃机、换热器等热工设备热工问题的科学抽象能力，培养学生在工程设计中获取物性参数的能力，培养学生在复杂的实际问题中提炼主要矛盾的能力。

（3）素质目标。通过在超星学习通中发布的课程思政案例，培养学生严谨求实的科学素养，构建学生提高能源转换效率的思维模式，培养学生的节能环保意识，使学生能够自觉主动地承担相应的社会责任。

3.2 准备线上教学资源

创建整合线上教学资源是实现线上线下混合式教学的前提。教师在“工程热力学”课程教学中使用超星学习通+智慧树作为辅助工具。线上学习资源包括：课程视频、课堂练习、作业、测试题等，如图1、图2、图3所示。

整体来看，城市水系统水—能关系研究还处于起步阶段。现有研究在研究方法上可以分为两类：一类是通过分析、计算水系统各环节（如图1所示）的能源强度掌握某一特定水系统的能源消耗情况，这种方法可称之为过程分析法，其优点在于它能针对一个特定的水系统进行深入研究，分析水系统各个环节的能耗和影响因素。另一类是通过投入产出表计算各行业（包含水的生产和供应业）的能源投入，属于经济学上的投入—产出分析法。投入产出法能提供宏观结果，进行经济指标的分析，但是该方法受限于统计资料，不能针对特定的水系统进行深入研究。目前，大多数水系统水—能关系研究采用的是过程分析方法。

图1 智慧树视频资源

图2 智慧树题库资源

图3 超星学习通课件资源

3.3 明确混合式教学设计思路

教师课前布置预习任务，学生通过智慧树和超星学习通中的视频资源进行知识点的预习，教师及时给予在线答疑，学生通过在线学习参与讨论。课中利用超星学习通开展课堂活动，将问题导入课堂，以教师归纳分析、学生合作探究的方式解决问题，教师进行有针对性的指导，通过随堂测试完成巩固练习。课后教师在超星学习通上发布在线测试题，要求学生进行课上所学知识的思维导图展示。通过现代信息技术与教学的深度融合，积极引导学生进行探究式与个性化学习，如图4所示。

图4 教学设计思路

下面将以“工程热力学”中的“热力学第二定律”这一知识点为例，进行线上线下混合式教学方案设计。

3.3.1 课前布置任务

课前要求学生找出生活及工程中存在哪些不可逆过程，并要求学生通过智慧树与超星学习通对“热力学第二定律”一节的内容进行预习。

首先提出问题：“满足热一律的热力过程都能实现吗？”，并解答学生预习中遗留的疑难问题（15分钟），讲解“热力学第二定律”的相关概念及理论知识（45分钟），组织学生就课前找出的生活及工程中存在的不可逆过程展开讨论，加深学生对热力学第二定律的理解（20分钟），最后，教师进行归纳总结，让学生完成随堂测试（15分钟）。通过以上教学过程，实现师生互动、生生互动。

3.3.3 课下发布测试题

课下在超星学习通上发布测试题，并要求学生将所绘制的关于热力学第二定律的思维导图上传到超星学习通，如图5所示。

图5 学生思维导图成果展示

3.4 实行翻转课堂实现“以学生为中心”

3.4.1 课堂知识竞赛

基于“以赛促学”的教学理念，参照“全国高等院校人工环境学科奖学金”往年的试题，每学期结束时在超星学习通上发布试题库，线下课堂中组织开展“工程热力学”的知识竞赛，旨在增强课堂的趣味性，提高学生的学习兴趣，针对概念性较多的章节进行课堂知识竞赛，将学生分成若干组进行比赛。培养学生归纳总结、随机应变的逻辑思维能力，如图6所示。

图6 课堂知识竞赛

3.4.2 课堂辩论赛

对于和工程实际应用联系紧密的知识点，结合社会能源热点问题、学术研究和科技前沿成果等提出辩论论题，学生线上查找资料，线下参与课堂辩论赛。让学生自由结组，在课堂上以辩论的形式进行正反两方的辩论，在条件允许的情况下，借助直播平台进行直播，由网络投票与现场投票相结合的方式来定胜负，并选出全场最佳辩手。让学生突破习惯性认知模式，培养学生深度分析、大胆质疑、勇于创新的精神，如图7所示。