“GRIDS”教学法在工程热力学教学中的创新与实践

刘 龙，刘翠浴，时 伟，王海英，徐振军，徐爱玲，李 凯，荣 华

（1.青岛理工大学，山东 青岛 266520；2.青岛农业大学，山东 青岛 266109）

在高等教育专业培养体系中，课程的构成主要分为四大类：通识课、专业基础课、专业核心课和专业选修课[1-2]。其中专业基础课一般是在通识课教育基础上开展的，为后续专业课程的教育提供基础[3]。专业基础课的任课教师就是学生的专业领路人，其教学效果的好与坏，直接影响到学生对后续专业课的兴趣和理解[4]。

专业基础课在专业课学习过程中，占据重要地位，对后续课程的影响很大。以建筑环境与能源应用工程专业的工程热力学为例，焓湿图是解决湿空气热湿处理过程的重要工具，是暖通空调这门课的重要工具；压焓图是研究制冷循环的重要工具，是空气调节用制冷技术这门课的重要工具[5]。工程热力学在动力循环中所涉及到的朗肯循环、热电联产、内燃机循环和燃气轮机循环，是能源与动力工程专业的重要理论基础。工程热力学在制冷循环中所涉及到的空气压缩制冷循环、蒸气压缩制冷循环、吸收式制冷、喷射式制冷和热泵循环等是建筑环境与能源应用工程专业的重要理论基础[6-7]。

工科类专业基础课大多具有基础理论内容多、与专业知识相结合但理论偏于抽象的特点[8-9]，是提升专业基础课教学质量和效果的重要环节。传统“填鸭式”教学让学生不厌其烦，很多学生不爱听讲，学习过程没有压力，没有紧迫感，学生却收获很少[10-11]。传统的课堂教学以教师为中心，将知识学习作为教学目标，学生处在被动消极的地位，教学手段相对简单和刻板[12-13]；只注重知识教学而忽视了学生技能、思维、个性的发展；教师急于和盘托出学习的结果，忽视学习过程的引导；注重教学结果的标准化，忽视不同学生的学习差异；教师忽视学生的主体性和师生互动的价值；课堂上对学生的评估单一[14]；专业课程与思政融合不到位，可能会让学生产生抵触心理。

综上所述，开展专业基础课教学改革研究势在必行。本文以工程热力学为例，阐述“GRIDS”教学法在工程热力学教学中的创新与实践。

一 工程热力学教学目标和内容

工程热力学是建筑环境与能源应用工程专业的一门专业基础课。通过热力学第一定律、热力学第二定律、湿空气、动力循环与制冷循环的学习，让学生掌握能量转换中的基本规律，理解实现湿空气热湿处理过程的方法，熟练热效率、制冷系数的计算；培养学生人文素养、节能意识、科技报国的家国情怀、精益求精的大国工匠精神、批判意识和创新能力。课程目标如图1所示。

图1 课程目标

工程热力学教学内容从简入难，从理论到实践，围绕“动力循环”和“制冷循环”中的工程问题展开讨论，培养学生解决复杂工程问题的能力。以教材为基础，还应拓展二氧化碳跨临界制冷、磁悬浮水冷机组、补气增焓、冷热电三联供、多联机和土壤源热等学科前沿，满足行业与社会需求。工程热力学知识框架如图2 所示。

图2 工程热力学知识框架图

二 教学痛点及解决方法

教学痛点有：工程热力学教学内容多且枯燥、抽象，重点难以把握，传统教学课堂沉闷、教学效率低、专业拓展少和课时吃紧；“蜻蜓点水”式思政方式“入耳不入心”，缺少考评；学生渴望参与科创比赛，但创新能力培养不足；缺乏过程监督，挂科率高，如图3 所示。

图3 教学痛点及解决方法

针对以上问题，提出了基于混合式课程的“GRIDS”教法链动模式与赛教融合模式，如图4 所示。

图4 “GRIDS”教法链动与赛教融合

“GRIDS”教法链动模式突出学生主体地位，体现“做中学，做中教”，注重互动和讨论；赛教融合模式培养学生创新能力，引导学生求真向善，用专业知识服务社会。

三 教学组织与实施

依托线上线下混合式一流课程，低阶内容线上呈现，高阶内容线下补充。课前发布学习任务单，学生线上完成低阶知识点的学习和检测。如图5 所示。

图5 教学组织与实施

课中采用“GRIDS”教法链动模式，围绕教学中经典问题、高阶性问题或内容进行针对性设计，将课程内容揉碎重组，体现学科前沿，扩展课堂广度；案例、时政话题具备新颖性、思辨性、挑战性，解决教学重难点的同时，提升课堂温度。赛教融合模式培养学生创新能力，拓展课程深度。思政融入课堂的方方面面，形成4 种范式，并借助公众号开启思政第二课堂。赛创融合模式项目逐年迭代，反哺教学。

（一）分组案例汇报（Group Case Report）

实施原则：①每组分配一个与课程紧密相关的题目；②题目紧扣时代和科技前沿，能够充分发挥学生想象力和探索力；③主讲教师和各组组长根据PPT 形式、内容、讲解、论文和参考文献等综合打分。形成性评价标准见表1。

表1 案例汇报形成性评价标准

此方法的优点有：①学生查找大量的动画、视频、案例资料，极大地丰富了教学素材，实现了教学相长；②科研成果引入课堂教学，科教融合；③指导学生应用软件模拟，加深对原理的理解，体现高阶性和挑战度；④锻炼了学生的表达能力、团队合作能力，培养了学生的专业认同感；⑤学生互评，标准明确，评价合理。

（二）雨课堂（Rain Classroom）

雨课堂作用有三：①在课堂之初检测学生线上学习效果；②借雨课堂提出问题，起到承上启下的作用；③随堂测验、点名。

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

结合学校办学定位、专业特色、课程特点，确定课程德育目标[15]，并总结归纳该课程思政的4 种范式。如图6所示。

图6 确定德育目标、思政范式

1 诗词无痕思政

将专业概念赋值于诗词，将原理升华为人生哲理，用原创诗词实现专业与思政之间的无痕嫁接；采用唯美的诗词解释工科现象，培养学生人文素养。

2 案例时政思政

讨论的案例具有启发性、批判性、时代性、趣味性和高阶性。经典案例体现历史积淀；时政案例体现与时俱进。为解决课堂重难点，采用针对性案例，培养学生解决复杂工程问题的能力，借机思政，将价值塑造、知识传授、能力培养融为一体，培养学生的大国工匠精神、批判意识、社会责任感。

3 赛教融合思政

通过指导学生参与科创项目和比赛的方式进行思政。所有项目来源于课程，经过数年迭代，最终作为教学素材反馈于课程；培养学生创新能力、社会责任感、精益求精的大国工匠精神和科技报国的家国情怀。以赛教融合的方式考评思政，纳入期末考评。

4 第二课堂思政

（四）讨论式互动（Discussion Interaction）

讨论式互动教学模式有三种。

1 借助模型、图板讨论

自制教学模型、图板，模型现场展示，课堂互动小实验，提升学习兴趣，易于学生理解原理，效果事半功倍。

2 借助案例讨论

根据不同的教学内容，实现从生活现象到专业知识再到学科前沿的分级递进式教学。以实际工程案例为依托，采用类比法解释抽象概念，采用对比法分析复杂工程问题；拓展专业知识，培养学生学以致用的能力。

3 结合时政热点讨论

如围绕煤改电、煤改气等政策是否合理，展开讨论，培养学生批判意识。

（五）学习卡片（Study Card）

学习卡片内容设置原则：①精炼核心内容；②与教学内容同向而行，不能具有跳跃性。

学习卡片使用方法：①上课前，将助教批改过的学习卡片下发学生；②课下收回批改，将学习卡片成绩及时反馈到课程网站上。

学习卡片优点是让学生带着任务学习，更容易把握课堂重难点；教师根据学习卡片作答情况，在下一次课中可以有的放矢去回顾；结课后，卡片可作为复习资料，也是期末考评的依据之一。

四 过程化考核

“GRIDS”教法链动的每一项均是过程化考核依据；以赛教融合作为思政考核依据，占总成绩的5%（图7）；作品、成绩、点评和答案等在线上学习平台上留痕，体现信息技术与教学方法的深度融合。

图7 总评成绩构成

五 效果检验

线上线下混合式教学解决了课时吃紧、学习效率低的问题；线下融入了更多高阶知识点，有针对性地讨论案例、时政热点，培养了学生解决复杂工程问题的能力，拓展了更多的学科前沿，符合社会需求；讨论式教学提高了学生参与度，提高了课堂温度，学生学习兴趣明显提高；学习卡片帮助学生把握课堂重难点。

无痕思政范式让思政“铭于心而践于行”，且不受地点、时间、人群限制。

分组案例汇报、赛教融合模式增加了学生的专业认同感，在课堂中更容易碰撞出科技创新火花，培养了学生的创新能力。各教学方法的形成性评价是过程化考核的依据。如图8 所示。

图8 效果检验，持续改进

六 结束语

“GRIDS”教学法针对性地解决了工程热力学教学过程中的问题。“分组案例汇报、讨论式互动”重方法，组成教学纬线；“学习卡片、雨课堂”重考评，组成教学经线；“思政教育”贯穿课堂内外。“GRIDS”教法链动模式环环相扣，形成一张无形的网，旨在将教学内容、教学目标、教学问题一网打尽。