工程熱力學(xué)教學(xué)方法問(wèn)卷調(diào)查分析

張舸　苗文帥　楊啟凡

摘 要： 本文以能源類(lèi)170名本科生為樣本，在教學(xué)期間針對(duì)教學(xué)方法、節(jié)奏、形式等進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查。通過(guò)對(duì)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)督促學(xué)生做筆記、合理安排作業(yè)量及答疑和講解作業(yè)題的時(shí)間、在課堂教學(xué)中引入MOOC和研究性課題等方式，加強(qiáng)師生和學(xué)生之間的交流，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而增強(qiáng)工程熱力學(xué)的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 工程熱力學(xué) 教學(xué)方法 問(wèn)卷調(diào)查 教學(xué)效果

1.引言

教學(xué)質(zhì)量取決于教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是具體的教學(xué)形式和教學(xué)方法。盡管基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的MOOC（Massive Open Online Course，大規(guī)模在線(xiàn)開(kāi)放課程）模式受到了廣泛關(guān)注[1，2]，目前課堂講授仍是最廣泛的教學(xué)方式。課堂講授的缺點(diǎn)是互動(dòng)性不強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)性比較大而主觀能動(dòng)性比較弱。為此，許多教育工作研究者針對(duì)課堂教學(xué)方法進(jìn)行了多方面多層次的研究和探討，提出了案例教學(xué)[3]、互動(dòng)教學(xué)[4]、情景教學(xué)[5]等模式，力求克服其缺點(diǎn)。

教學(xué)方法的研究對(duì)高等學(xué)校中抽象、晦澀的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)尤其重要。能源類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課是工程熱力學(xué)[6]。工程熱力學(xué)是熱力學(xué)的一個(gè)重要分支，主要研究熱能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及其具體應(yīng)用。工程熱力學(xué)是一門(mén)比較抽象的學(xué)科，特點(diǎn)是抽象概念多，對(duì)高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，學(xué)生難以在課堂上對(duì)課程內(nèi)容有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)并掌握分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力[7]。本研究認(rèn)為，課堂安排、課后作業(yè)及考前復(fù)習(xí)等環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)習(xí)效果均有重要作用，并針對(duì)北京科技大學(xué)能源類(lèi)專(zhuān)業(yè)的工程熱力學(xué)教學(xué)在學(xué)生中進(jìn)行了匿名問(wèn)卷調(diào)查，獲得了熱能與動(dòng)力工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)熱能）和建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)建環(huán)）兩個(gè)開(kāi)設(shè)了工程熱力學(xué)課程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生關(guān)于教學(xué)方法和教學(xué)效果的基本數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上分析兩個(gè)課堂在工程熱力學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，以探索我校能源類(lèi)各專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)形式及方法，提高教學(xué)質(zhì)量。本研究一些結(jié)論對(duì)其他類(lèi)似基礎(chǔ)課程教學(xué)應(yīng)該有參考價(jià)值。

2.研究方法

針對(duì)工程熱力學(xué)的教學(xué)形式和方法，本研究在課堂教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。調(diào)查對(duì)象涉及北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的熱能與動(dòng)力工程和建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的本科生。調(diào)查問(wèn)卷分為教學(xué)方法和教學(xué)效果兩部分。由于教學(xué)效果有一定的滯后性，兩批問(wèn)卷在不同時(shí)期發(fā)放，其中教學(xué)方法問(wèn)卷共發(fā)放130份，收回128份，有效率為98.46%。該問(wèn)卷共設(shè)置題目18個(gè)，選項(xiàng)有2～6個(gè)不等，13個(gè)單項(xiàng)選擇題，4個(gè)多項(xiàng)選擇，1個(gè)開(kāi)放性文字題。教學(xué)效果問(wèn)卷共發(fā)放170份，收回164份，有效率為96.47%。該問(wèn)卷共設(shè)置題目12個(gè)，選項(xiàng)有2～6個(gè)不等，10個(gè)單項(xiàng)選擇題，1個(gè)多項(xiàng)選擇，1個(gè)填空題。

為保證調(diào)查結(jié)果的客觀真實(shí)性，采用的是無(wú)記名問(wèn)卷方式。

3.結(jié)果與分析

3.1課堂情況

課堂授課方式在很大程度上會(huì)影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與吸收，課堂授課的方方面面都會(huì)影響課程教學(xué)質(zhì)量。對(duì)于工程熱力學(xué)課堂教學(xué)情況，本次教學(xué)方法調(diào)查問(wèn)卷包括學(xué)生的上課狀態(tài)、授課形式采用板書(shū)還是PPT、對(duì)授課節(jié)奏的感覺(jué)、使用教材還是講義和課堂互動(dòng)方式這五個(gè)方面。教學(xué)效果調(diào)查問(wèn)卷包括學(xué)生課堂小練習(xí)的完成情況、是否記筆記、學(xué)生高效聽(tīng)講時(shí)間百分?jǐn)?shù)、每堂課能夠吸收的課堂知識(shí)容量及對(duì)課堂氛圍的感覺(jué)這五個(gè)方面。調(diào)查結(jié)果如圖1、圖2和圖3所示。

從圖1到圖3的數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，記筆記的學(xué)生完成課堂小練習(xí)的情況明顯好于不記筆記的學(xué)生，而且他們的課堂效率和吸收課堂知識(shí)的百分比高于不記筆記的學(xué)生。

調(diào)查分析了學(xué)生對(duì)教師講授形式的偏好，發(fā)現(xiàn)偏好PPT的人數(shù)略多于偏好板書(shū)的人數(shù)，然而絕大部分人認(rèn)為二者的結(jié)合更合理。使用PPT的好處是知識(shí)點(diǎn)連貫性好，學(xué)生基本可以不記筆記。板書(shū)的優(yōu)勢(shì)在于可以根據(jù)學(xué)生的反映情況隨時(shí)控制進(jìn)度和講解內(nèi)容，但需要學(xué)生做較多的筆記。參考前文筆記對(duì)課堂效果的影響和學(xué)生的反映，可以說(shuō)板書(shū)在課堂講授中仍然具有非常重要的地位，應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)?shù)丶右赃\(yùn)用，尤其是推導(dǎo)過(guò)程較多和理論性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在課堂上僅通過(guò)講授與練習(xí)就想達(dá)到掌握知識(shí)并運(yùn)用知識(shí)是比較困難的。從調(diào)查結(jié)果看，僅有5.5%的學(xué)生認(rèn)為在課堂上能夠聽(tīng)懂課堂教授內(nèi)容，但是課后發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有聽(tīng)懂或者理解有限。一方面是因?yàn)楣こ虩崃W(xué)是一門(mén)比較抽象的學(xué)科，對(duì)學(xué)生的理解能力和想象能力要求較高，學(xué)生在課上老師的講解和幫助下大致理解，但是課后復(fù)習(xí)時(shí)往往發(fā)現(xiàn)自己理解得不夠全面。另一方面是因?yàn)榻處熢谡n上講解的知識(shí)比較基礎(chǔ)，學(xué)生理解起來(lái)難度較小，但是課后復(fù)習(xí)時(shí)會(huì)對(duì)一些比較深入的問(wèn)題束手無(wú)策。說(shuō)明通過(guò)科技創(chuàng)新等方式實(shí)現(xiàn)學(xué)與用的結(jié)合對(duì)掌握工程熱力學(xué)這樣的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)非常重要。

圖4反映了學(xué)生對(duì)于授課節(jié)奏的偏好。喜歡“老師講，學(xué)生聽(tīng)”和“邊講邊穿插提問(wèn)，隨堂小作業(yè)等”的人數(shù)相同，這些人占75%以上的比例，只有很少部分人選擇“由教師提出問(wèn)題，主要靠小組討論解決老師的問(wèn)題”。值得注意的是，根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，授課節(jié)奏和學(xué)生性別顯著相關(guān)：男生更傾向于“邊講邊穿插提問(wèn)和隨堂小作業(yè)”，女生則更傾向于“老師講，學(xué)生聽(tīng)”。說(shuō)明女生比男生更能長(zhǎng)時(shí)間地保持對(duì)聽(tīng)課的專(zhuān)注。然而，大部分工科院校男生人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于女生，所以學(xué)練結(jié)合對(duì)整體課堂效果更有利。

在課堂互動(dòng)方面，選擇“A.教師提問(wèn)，某一學(xué)生回答；B.教師提出問(wèn)題，小組討論，派代表回答；C.教師設(shè)問(wèn)，全班共同響應(yīng)”的人數(shù)分別為31、56和58。其中B、C兩項(xiàng)選擇的人數(shù)較多，說(shuō)明學(xué)生愿意有更多機(jī)會(huì)參與課堂互動(dòng)活動(dòng)。

從圖5可以看出，上課所用的參考資料與專(zhuān)業(yè)顯著相關(guān)。熱能學(xué)生更傾向于使用教材，而建環(huán)專(zhuān)業(yè)學(xué)生更傾向于使用講義。究其原因，可能是熱能專(zhuān)業(yè)學(xué)生更重視知識(shí)的權(quán)威性和系統(tǒng)性，所以愿意使用比較成熟的教材；而建環(huán)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生更重視知識(shí)與實(shí)踐的結(jié)合，所以更傾向于參考老師編排的帶有較多衍生知識(shí)和應(yīng)用案例的講義。

3.2課后自覺(jué)和作業(yè)情況

由于工程熱力學(xué)的概念繁多，抽象而復(fù)雜，布置課后自學(xué)和作業(yè)是讓學(xué)生鞏固知識(shí)和檢查知識(shí)掌握情況的重要手段。為了解學(xué)生的課后學(xué)習(xí)和作業(yè)情況，對(duì)學(xué)生如何補(bǔ)足在課堂上沒(méi)有及時(shí)解決的疑問(wèn)、作業(yè)量和作業(yè)上交時(shí)間、習(xí)題何時(shí)講解及課后每天用于工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)的時(shí)間進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6、圖7和圖8所示。

調(diào)查結(jié)果顯示，66%的學(xué)生在課堂上有疑問(wèn)沒(méi)及時(shí)解決時(shí)，會(huì)通過(guò)課后自己看書(shū)思考彌補(bǔ)，90%以上的學(xué)生每次課后用于工程熱力學(xué)的平均學(xué)習(xí)時(shí)間在1小時(shí)以?xún)?nèi)。說(shuō)明學(xué)生對(duì)于課程學(xué)習(xí)具有一定的主動(dòng)性，有利于知識(shí)掌握。但反映出學(xué)生之間及師生之間交流不充分的問(wèn)題，不利于教師了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況和學(xué)生的共同提高。

關(guān)于習(xí)題講解，83%的學(xué)生選擇每學(xué)完一章講解，這樣可以在學(xué)完每一章節(jié)后做一個(gè)階段性的總結(jié)和鞏固，更有助于工程熱力學(xué)的學(xué)習(xí)。

作業(yè)內(nèi)容和交作業(yè)時(shí)間的差異化設(shè)置可以滿(mǎn)足不同學(xué)習(xí)能力學(xué)生的需求，并降低學(xué)生之間抄作業(yè)的可能性。在關(guān)于課后作業(yè)的調(diào)查中，大多數(shù)人選擇“教師對(duì)所有學(xué)生都留同樣的作業(yè)”和“多次課后作業(yè)在某一特定時(shí)間統(tǒng)一上交”。據(jù)調(diào)查后的私下了解，有學(xué)生認(rèn)為布置同樣的作業(yè)，學(xué)生之間可以互相交流探討，增進(jìn)對(duì)知識(shí)的理解。因此，作業(yè)布置方式哪一種更有利需要單獨(dú)進(jìn)一步考查。

3.3考前復(fù)習(xí)情況

考試成績(jī)對(duì)學(xué)生而言是非常重要的，對(duì)于長(zhǎng)期教學(xué)質(zhì)量考察可以作為一個(gè)重要指標(biāo)。但是對(duì)于本次調(diào)查而言，由于采用的是匿名調(diào)查，難以將學(xué)生成績(jī)與學(xué)生各種表現(xiàn)關(guān)聯(lián)起來(lái)。此外，本次調(diào)查只是針對(duì)2012級(jí)本科生一個(gè)年級(jí)，與其他年級(jí)學(xué)生在基礎(chǔ)上也許不同，將期末考試成績(jī)與其他學(xué)年的成績(jī)比較意義不大。因此，本次研究調(diào)查學(xué)生用于期末復(fù)習(xí)的時(shí)間，并將學(xué)生對(duì)考試的信心作為考察指標(biāo)，問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果如圖9和圖10所示。調(diào)查結(jié)果表明，84%的學(xué)生復(fù)習(xí)時(shí)間為1到2周?？记皬?fù)習(xí)時(shí)間越長(zhǎng)的學(xué)生，對(duì)考試的信心指數(shù)越強(qiáng)，二者呈正相關(guān)。

調(diào)查結(jié)果說(shuō)明，積極引導(dǎo)學(xué)生制訂復(fù)習(xí)計(jì)劃，要求學(xué)生提前一兩周對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行認(rèn)真的、系統(tǒng)的綜合復(fù)習(xí)，對(duì)提高學(xué)生掌握知識(shí)的水平和考試成績(jī)有重要的作用。同時(shí)，任課教師應(yīng)該重視考前答疑，相對(duì)集中地解決平時(shí)積累的問(wèn)題，配合學(xué)生做好考前復(fù)習(xí)。

3.4MOOC和研究型教學(xué)的采用意見(jiàn)

在工程熱力學(xué)教學(xué)中引入MOOC，不僅能夠讓學(xué)生接觸到高水平的教育資源，還由于多元化教學(xué)模式能夠幫助學(xué)生更好地理解工程熱力學(xué)的有關(guān)知識(shí)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，21%的學(xué)生非常希望引入MOOC，但有32%的學(xué)生并不希望將MOOC作為主要的教學(xué)方式。因此，在開(kāi)始階段，將MOOC作為平時(shí)課堂教學(xué)的補(bǔ)充也許有一種更好的選擇。

對(duì)于將研究性教學(xué)引入工程熱力學(xué)的教學(xué)形式，近100%的學(xué)生表示樂(lè)于接受。其中83%的學(xué)生希望以團(tuán)隊(duì)形式完成，每個(gè)研究性課題小組的人數(shù)為三五人，自由或隨機(jī)分組，由教師給出選題范圍，學(xué)生在給定范圍內(nèi)自由選題。說(shuō)明學(xué)生難以單獨(dú)承擔(dān)研究性教學(xué)課題的壓力，并且無(wú)論是分組方式還是課題的選定，都希望有更大的自由和發(fā)揮空間。

4.結(jié)論與建議

工程熱力學(xué)是一門(mén)十分重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，提高工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量有十分重要的意義。本研究通過(guò)對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)效果的問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)通過(guò)督促學(xué)生做筆記，合理安排作業(yè)量及答疑和講解作業(yè)題的時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生做好考前復(fù)習(xí)，引入MOOC和研究性課題等方式，加強(qiáng)師生之間和學(xué)生之間的交流，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而增強(qiáng)工程熱力學(xué)教學(xué)效果。如果將板書(shū)和PPT結(jié)合，就能最大限度地保證課堂上的教學(xué)質(zhì)量。

一些教學(xué)方式有明顯的群體相關(guān)性。參考資料的選擇和專(zhuān)業(yè)相關(guān)，熱能專(zhuān)業(yè)學(xué)生喜歡用正規(guī)教材，而建環(huán)專(zhuān)業(yè)學(xué)生傾向于用講義。課堂教學(xué)節(jié)奏和性別相關(guān)，男生課上保持專(zhuān)注的時(shí)長(zhǎng)比女生短。因此，對(duì)于男生為主的院校，課上采用學(xué)練結(jié)合的節(jié)奏效果會(huì)更好。

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本研究獲得了北京科技大學(xué)“研究型教學(xué)示范課程建設(shè)項(xiàng)目”（2013年）的資助。