“5C”教学法在通风工程学教学中的应用研究

倪文耀教授 王 晔讲师

(华北科技学院 安全工程学院,河北 廊坊065201)

0 引言

“通风工程学”是一门专业基础必修课,是华北科技学院安全工程专业的核心主干课程之一,由原来的传统特色专业课程“矿井通风”和“工业通风与除尘”整合而成,主要包括工业生产中通风工程的空气流动规律、通风动力及通风阻力、通风工程技术和方法、通风系统设计计算等内容。该课程概念多、理论性强、注重实践,属于综合性、交叉性学科。在教学中普遍存在教师授课理论多、应用少,对理论应用把握不到位、讲不透等问题,造成学生“为了学知识而学知识”的学用分离现象,降低了学生学习的主动性和积极性[1-3]。究其原因,可能涉及教师自身的工程素养不高,学生中蔓延的厌学情绪、习惯死记硬背、不善于结合工程实践的学习方法等诸多因素,但作者认为,其中很大一部分原因在于教学方法问题,教师在教学中多照本宣科而讲工程案例很少,或者借鉴网络上的PPT课件在教学中满堂灌,势必造成学生对专业知识的理解和应用一知半解,后续的课程设计等环节普遍出现胡编乱造或抄袭复制。因此,开展教学方法的改革非常迫切。近年来,已有学者相继开展关于“通风工程学”及相关课程的教学方法研究,有的应用以问题为基础(Problem-Based Learning,PBL)的教学法,寻求理论结合实际提高“通风工程学”课程的教学质量和学生的实际应用能力[4];有的着重在课堂中引入工程实践内容,或采用项目式教学[5]、或加强案例教学[2,6];有的注重教学环节、教学内容的安排[7];有的将引导式、案例式和项目式方法相结合[8]。在其他学科课程教学方法的研究中,有的以优化课程教学内容为基础,以教师—学生双主体教学理念为指导[9];还有的将案例教学法和现场情景教学法相结合,助力学生将理论学习与实际结合[10]。以上教学方法的改进多以2-3种方法结合的方式,但总体采用的措施相对单一,对于“通风工程学”这类内容繁杂、理论基础宽泛、工程应用性强、技术方法多的综合性交叉课程力度稍显不够。在新工科建设逐步深化的趋势下,“通风工程学”等工科专业课程教学势必需要采用多种教学方法,以适应未来多元化、创新型人才培养的需要。

本文结合笔者多年的企业工作经验和高校专业课程教学实践,提出适合“通风工程学”等工程应用型专业课程的“5C”教学法,并开展研究与实践,以期提高课程教学效果与质量,也为其他工科课程建设提供参考。

1 “5C”教学法的主要理念

“5C”教学法,即课程思政(Curricular Ideology and Politics)法、案例分析(Case Analysis)法、场景切入(Cutting-in Scene)法、触类旁通(Comprehending by Analogy)法、持续改进(Continuous Improvement)法。简言之,就是在工程应用型专业课程教学中要牢固树立课程思政理念,结合典型工程实际案例分析讲解,在课堂教学中适时切入工程场景,使学生对课程理论与技术的应用做到触类旁通,最终达到课程教学持续改进的目的。“5C”教学法的逻辑关系,如图1。从图1可以看出,持续改进既是“5C”教学法的重要一环,也是课程思政、案例分析、场景切入、触类旁通等教学法的支撑目标,可以通过加强教学过程控制和改进考核方式等途径实现。“5C”教学法充分贯彻成果导向(Outcome Based Education,OBE)理念,注重“两性一度”,有助于提升学生的知识领悟与应用能力,拓展学生的知识面和工程适应性。

图1 “5C”教学法关系图Fig.1 Relationship Diagram of the "5C" Teaching Method

2 “5C”教学法在通风工程学课程教学中的实施

2.1 课程思政教学法

高等教育,德育为先。高校专业课程教学中贯彻课程思政理念是德育为先的具体体现。在“通风工程学”教学中,注重课程思政与专业知识点的有机联系,在知识点中挖掘思政元素,做到言之有物、自然引入。从弘扬爱国主义、树立正确观念、紧扣时政形势、倡导开拓创新等4个方面共总结出课程思政元素25个,限于篇幅略举几例,见表1。课程思政的有机融入,有助于学生在学习工程技术知识过程中潜移默化地树立社会主义核心价值观,树立文化自信,激发民族自豪感和爱国情操。

表1 通风工程学课程思政元素与知识点的对应关系Tab.1 The correspondence between ideological and political elements and knowledge points in ventilation engineering courses

2.2 案例分析教学法

(1)发挥笔者在矿山工作十几年的工程经验,结合与矿山、建筑企业、设计院所的科研合作交流资料,将工程图纸带进课堂,将工程案例引入课堂。引导学生读懂通风工程图的要素、内涵,指导学生理解一个合理的通风系统应具备的特征、需符合的要求,将工程案例与课程知识点相结合,给枯燥的专业知识赋予鲜明生动的工程活力。

(2)布置课后任务,让学生分组在校园内实地考察现有的实验室通风系统、有污染物释放但未建通风系统的场所。分析现有通风系统存在的问题并提出改进意见;对有污染物释放但未建立通风系统的场所提出构建通风系统的方法。学生们带着问题和任务去探究,发现化学实验楼各实验室通风系统布置分散,共有20多台风机,布局不合理;艺术系的艺术制品加工实验室、建工学院的水泥配置实验室、印务中心的胶印室都有污染物释放,但未建立通风系统。教师对学生发现的问题逐一分析点评,让学生既有成就感、又熟悉了专业知识的工程应用,为后续的课程设计做好知识与工程案例准备。

以上做法使学生不再只是死记硬背知识点,而是将知识点与工程应用相结合,加深学生对理论知识与工程实践之间联系的理解,最终增强专业课程的教学效果。

2.3 场景切入法

综合性的通风工程分析评价通常采用案例分析教学法,而为了帮助学生更好地理解通风工程的基本概念,可以采用切入工程场景的教学法。如讲解典型的通风机分类,可切入通风机的实图;讲解通风系统附属设施可切入排风罩、除尘器、风流净化装置、阀门、风门、风窗、空气幕、反风设施等实景图或体现通风附属设施工作原理的动画;讲解压入式和抽出式通风系统概念时切入通风系统布置场景图、反映通风机运转和风流流动的动画;讲解自然通风概念时,切入古代、当代的著名通风工程图片等。

工程场景切入法让学生对工程概念和知识点建立联系,将工程背景逐步引入到学生对知识点的学习和认识中,完成整个课程教学后,给学生打下工程应用烙印。

2.4 触类旁通教学法

对典型通风工程中的通风基本理论与方程的应用进行类比归纳,演绎出其他行业领域中通风工程的应用,达到知识点的触类旁通,从而加深学生对知识点的深刻理解,同时又可以拓展专业视野。

在“通风工程学”的教学实践中,当完成通风网络部分内容的讲授后,将通风网络与供电网络的相似知识点进行归纳分析(见表2),进而演绎到供水管网、供暖管网、煤气管网、交通路网等,加深学生对通风工程3大基本方程的理解。

表2 通风网络与供电网络知识点的对应关系Tab.2 The correspondence between ventilation network and power supply network knowledge points

在完成通风方法部分内容的讲授后,将矿山通风系统与工业民用通风系统的相似知识点进行归纳分析(见表3),让学生明白,许多概念在不同通风工程中只是叫法不同,但含义相同;计算公式在不同通风工程中有所不同,但都是从3大通风基本方程转化而来,强化学生对通风系统基本概念、特点、设计计算方法的理解。

明朝时期，有一种方便食品叫“萝卜砖”，名字同样很奇怪。它的主要制作原料就是大萝卜。把萝卜洗净去根、去皮之后，放入锅里蒸煮。冷却后，倒在盆里，捣成泥糊糊。将泥糊糊灌入准备好的模子里，脱成砖坯形状，最后晾晒风干。所以说，这是名副其实的“萝卜砖”。萝卜砖还用于军事防御上来，明朝时期萝卜砖就常拿来构筑内墙。当战火一起，全城戒严，处于防御状态的时候，城里和城外隔绝，粮食短缺，这时候萝卜砖就派上了用场。从墙上取下几块萝卜砖来，搁到锅里一煮，立即成了粥，可用来充饥果腹。

表3 矿山通风系统与工业民用通风系统的对比关系Tab.3 Comparative relationship between mine ventilation system and industrial civil ventilation system

表2、3的归纳内容属于笔者原创,目前未见其他教材、文献发表相似内容,体现了课程的创新性。在以学生为中心的基础上,教师对专业知识的理解也得到了升华,实现了教学相长。

触类旁通教学法的运用既有助于学生对知识点的融会贯通,又提升了课程的广度和深度,对学生具有挑战性,激发了学生的学习兴趣。

2.5 持续改进教学法

(1)建立课程教学目标与毕业要求指标之间的对应关系。“通风工程学”课程教学大纲中,共设置66个教学目标(在表4课程目标列中分别以数字1-6表示,限于篇幅,不在此详细列出),依据工程教育认证标准,本课程支撑的毕业要求、指标点有3个。课程目标与毕业要求、指标点之间的对应关系,见表4。

表4 通风工程学课程目标与指标点对应关系Tab.4 Correspondence between objectives and index points of ventilation engineering course

(2)建立并完善评分标准。本课程的考核由期末考试与平时考核组成,其中,平时考核包括课堂提问与表现、实验、作业。考勤因为与毕业要求指标点的对应关系不明显,故不计入平时成绩,但依据学校教学管理制度,考勤为否决项,如果缺勤课时达到总学时的30%,取消期末考试资格。

依据设定的总成绩和各考核环节成绩构成比例,确定课程指标点的标准分值(见表5);将各考核环节实际成绩转化为指标点的实际分值。比较课程指标点的标准分值和实际分值,并计算课程对毕业要求指标点达成度得分,最后确定相应的达成度等级,见表6。

表5 2019级学生通风工程学成绩评定构成表(考核年度2021年)Tab.5 Composition of ventilation engineering score assessment for 2019 students(assessment year 2021)

表6 达成度判定标准Tab.6 Achievement criteria

本评价体系既可测评单个学生对课程教学目标的达成度,也可评定班级、年级全体学生对课程教学目标的达成度。本文仅以2019年入学的某个班级为例说明课程目标达成度的评价情况,见表7。

表7 通风工程学课程目标达成度班级综合测评表(安全B19-2班)Tab.7 Class comprehensive evaluation form for achieving the objectives of ventilation engineering course (safety B19-2 class)

由表4、7计算得到安全B19-2班通风工程学课程目标的达成对毕业要求指标点1.4、3.1、5.1的支撑度分别为0.048、0.062、0.088。通过课程目标达成度评价,可以分析课程教学中的主要问题,在今后的教学中逐年改进教学方法,提升教学效果。结合专业培养计划中其他课程对上述3个毕业要求指标点的支撑度计算,可分析教学计划总体上对毕业要求指标点达成方面存在的问题,进而改进教学计划,实现对学生毕业要求达成度的持续改进和提高。

(3)加强课程教学的过程考核。主要举措是改进考核方法。在对近3届学生的通风工程学课程考核中,期末考试成绩从占总成绩的60%下降到50%,增加了平时考核的成绩占比,加强了过程考核。

课堂提问以对学过知识点的复习理解、案例分析教学过程中的学生表现为主进行打分。学生平时作业从提交纸质版的1次大作业改为在网络学习平台提交电子版分章节的3次小作业;对学生作业的批阅从助教的简单评阅改进为主讲教师在网络学习平台对每个学生每道题目的逐一评阅;每次作业评阅后在学习平台对每个学生都有一个总体评语,有助于学生了解对知识点掌握的不足之处;实验成绩从学生实验课表现、实验报告完成情况2方面综合考核。以上举措强化了过程考核,提升了课程的整体教学效果。

3 结论

(1)为提高“通风工程学”教学质量,提出“5C”教学法。该方法以学生为中心,围绕国家和社会经济发展、工科学生的知识需求特点,着力在坚持大国文化自信、树立正确工程观、提升工程素养、强化工程应用能力、注重教学过程控制、提高教学目标达成度等方面下功夫。

(2)将“5C”教学法应用于“通风工程学”教学实践,结果表明,该方法中“5C”相辅相成,取得了良好的教学效果。其中,通过知识点跨学科类比引导学生触类旁通的方法、基于课程教学效果对毕业目标达成度评价的教学全过程评价方法在实践中的效果较为显著,该方法还可为其他高等工科专业课程教学改革提供借鉴。

(3)“5C”教学法在学习效果的评价方法中,没有考虑到每届学生的学情差异、期末考试教师出题难度的差异对课程目标达成度和毕业要求指标点达成度的影响。在今后的教学过程中,还需要进一步强化因材施教、完善考核方法,将OBE理念更加深入贯穿于教学中。