熱工學(xué)課程混合式教學(xué)成效調(diào)查與改革實(shí)踐

馮俊軍，黃琪嵩，林曉飛，丁厚成，許 波，鄧權(quán)龍

(安徽工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032)

當(dāng)前，全球新冠肺炎疫情仍然充滿巨大的不確定性，疫情防控隔離措施使得在線學(xué)習(xí)成為教育教學(xué)的重要手段，成為推動(dòng)線上教學(xué)普及的重要力量[1]。在這場(chǎng)線上教學(xué)潮流中，不同的學(xué)校和教師建立了課程在線教學(xué)平臺(tái)，依托不同的線上教學(xué)平臺(tái)開展停課不停學(xué)教學(xué)活動(dòng)，有力保障了疫情期間教學(xué)工作順利進(jìn)行[2]。在疫情防控逐漸步入常態(tài)化的背景下，隨著大量學(xué)生返校復(fù)課，傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)開始步入正軌，線上和線下兩類教學(xué)方式在實(shí)際教學(xué)工作中如何銜接和互補(bǔ)，成為當(dāng)前教育工作者面臨的新挑戰(zhàn)[3]。線上教學(xué)如果無法與線下課堂教學(xué)活動(dòng)有機(jī)結(jié)合，將造成大量在線教育資源的閑置和浪費(fèi)。

混合式教學(xué)是當(dāng)前解決線上教學(xué)與線下課堂之間的銜接問題的有效途徑[4]。大量學(xué)者對(duì)混合式教學(xué)開展了研究和分析，普遍認(rèn)同混合式教學(xué)是線上教學(xué)與課堂面授教學(xué)的有機(jī)結(jié)合[5]。對(duì)于不同層次的學(xué)生，混合式教學(xué)充分滿足了學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，使得學(xué)生能夠保持對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣[6]。此外，在工程教育認(rèn)證理念下，混合式教學(xué)模式可以更好地培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[7]。對(duì)于教師而言，線上線下混合教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的教學(xué)手段和教學(xué)組織方式；對(duì)于學(xué)生而言，混合式教學(xué)模式與傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式顯著不同，新穎的學(xué)習(xí)體驗(yàn)有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而促進(jìn)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式從“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變。

本文以安全工程專業(yè)熱工學(xué)課程為例，以疫情常態(tài)化后混合式教學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，調(diào)查分析混合式教學(xué)方法在熱工學(xué)課程的應(yīng)用情況，并通過調(diào)查問卷追蹤收集學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，分析學(xué)生在線學(xué)習(xí)情況、學(xué)習(xí)行為特征及重要影響因素，最終提出具有針對(duì)性的改進(jìn)措施，從而為提升混合式教學(xué)效果提供參考。

一、線上線下混合式教學(xué)方法

熱工學(xué)課程線上線下混合式教學(xué)主要依托超星集團(tuán)“一平三端”智慧教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教室端、移動(dòng)端和管理端，能夠支撐課前、課中和課后全過程教學(xué)環(huán)節(jié)[8]。教師首先通過該教學(xué)系統(tǒng)建立完善的線上資源，然后再利用線下課堂面授環(huán)節(jié)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行深入講解，從而進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐，具體教學(xué)方法如下。

1.線上課前預(yù)習(xí)

熱工學(xué)課程是一門典型的工程基礎(chǔ)學(xué)科，課程內(nèi)容中理論知識(shí)與公式推導(dǎo)的內(nèi)容較多，若以傳統(tǒng)的教師主導(dǎo)型“注入式”教學(xué)模式將難以取得良好教學(xué)效果。因此，課程負(fù)責(zé)人在教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)中特意強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)意識(shí)，將課程章節(jié)內(nèi)容上傳至課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)后，引導(dǎo)學(xué)生通過手機(jī)學(xué)習(xí)通或電腦網(wǎng)頁端學(xué)習(xí)章節(jié)內(nèi)容，重點(diǎn)關(guān)注在學(xué)習(xí)過程中遇到的難點(diǎn)。此外，根據(jù)教學(xué)大綱重難點(diǎn)內(nèi)容安排，教師針對(duì)每節(jié)內(nèi)容錄制了相應(yīng)的課程教學(xué)視頻并上傳至泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)供學(xué)生預(yù)習(xí)。

2.線下課堂重難點(diǎn)解析

考慮到線上課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)學(xué)生已經(jīng)初步掌握了課程基本知識(shí)點(diǎn)，那么線下課堂面授教學(xué)則主要針對(duì)課程的重難點(diǎn)與知識(shí)體系構(gòu)建，幫助學(xué)生盡快抓住課程知識(shí)脈絡(luò)。具體來說，一方面教師在線下面授環(huán)節(jié)重點(diǎn)講解課程重難點(diǎn)知識(shí)，另一方面則引導(dǎo)學(xué)生利用百度腦圖在線搭建課程知識(shí)體系，從而使得課程重難點(diǎn)知識(shí)結(jié)構(gòu)清晰明了，體驗(yàn)搭建課程知識(shí)體系的過程有助于學(xué)生迅速理清課程重難點(diǎn)知識(shí)脈絡(luò)。對(duì)于熱工學(xué)來說，其課程知識(shí)體系的核心主題為熱能利用，其分支為熱能利用的兩種主要形式：直接利用和間接利用。直接利用過程不改變能量的形式，僅僅是將熱量從一個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)移至另外區(qū)域，如加熱和制冷，該過程中我們主要研究不同傳熱方式的熱量傳遞規(guī)律；間接利用則需要考慮能量的形式轉(zhuǎn)換，通常是將熱能轉(zhuǎn)化為其他形式的能源來利用，如將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能從而對(duì)外輸出，該過程中涉及的物理規(guī)律主要包括熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律。通過引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手搭建熱工學(xué)課程框架，從而將學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，使學(xué)生順利跨過新知識(shí)的學(xué)習(xí)門檻，提高學(xué)生對(duì)課程重難點(diǎn)知識(shí)的掌握程度。

3.線下案例情景式討論教學(xué)

考慮到熱工學(xué)課程屬于工程應(yīng)用學(xué)科的基礎(chǔ)課程，因此我們的教學(xué)目的在于使學(xué)生能夠應(yīng)用熱工學(xué)知識(shí)更好地解決工程實(shí)際復(fù)雜問題。因此，有必要將熱工學(xué)課程知識(shí)與熱能利用主題緊密結(jié)合，圍繞熱能實(shí)際利用的不同途徑講解課程知識(shí)。線下教學(xué)過程中，結(jié)合工程實(shí)踐活動(dòng)提出真實(shí)的需求案例，通過互動(dòng)式教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生充分展開思考和討論，之后再引入新的課程知識(shí)來解決工程問題。以熱力學(xué)第一定律為例，可以通過內(nèi)燃機(jī)裝置來引導(dǎo)學(xué)生思考熱力學(xué)第一定律在閉口系統(tǒng)的應(yīng)用，通過逐步分析內(nèi)燃機(jī)工作原理，選取合適的熱力系統(tǒng)，建立能量轉(zhuǎn)換關(guān)系式，分析其能量轉(zhuǎn)換規(guī)律。這種“案例情景式”教學(xué)方法一方面充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生積極性，另外也使得學(xué)生掌握了課程知識(shí)背后的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

4.線上課后互動(dòng)答疑

考慮到面對(duì)面交流的時(shí)空局限性，為進(jìn)一步提高教師與學(xué)生交流溝通效率，教師利用QQ群或?qū)W習(xí)通建立了在線式互動(dòng)答疑平臺(tái)，學(xué)生在自學(xué)過程中可以隨時(shí)在QQ群或?qū)W習(xí)通平臺(tái)向教師提問。相比傳統(tǒng)的線下課堂提問答疑，這種在線式答疑方法，降低了學(xué)生提問的心理門檻，更加受學(xué)生的青睞，大大提高了學(xué)生自學(xué)的積極性，對(duì)于快速解決學(xué)生自學(xué)過程所遇困難具有重要保障作用。

二、線上線下混合式教學(xué)效果分析

為深入了解熱工學(xué)課程線上線下混合式教學(xué)效果，我們對(duì)2020—2021學(xué)期的熱工學(xué)課程選課學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查分析。調(diào)查數(shù)據(jù)的收集主要采用網(wǎng)絡(luò)問卷的方式進(jìn)行，主要調(diào)查項(xiàng)目包括學(xué)生對(duì)混合式教學(xué)接受程度、學(xué)習(xí)現(xiàn)狀以及教學(xué)效果。發(fā)放問卷160份，回收有效問卷156份，有效回收率為98%。調(diào)查數(shù)據(jù)的分析主要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、時(shí)間、討論、互動(dòng)及答疑等數(shù)據(jù)，形成一幅學(xué)生群體的學(xué)習(xí)特征畫像，全方位反映混合式教學(xué)效果，以便為后續(xù)提高混合式教學(xué)效果提供依據(jù)。

1.混合式教學(xué)接受程度

調(diào)查結(jié)果顯示，相比于傳統(tǒng)單一的線上教學(xué)或線下教學(xué)，線上線下混合式教學(xué)模式得到了更多的學(xué)生認(rèn)可，如圖1所示，56.82%的同學(xué)喜歡線上學(xué)習(xí)與課堂面授相結(jié)合的教學(xué)模式。與此同時(shí)，仍有29.55%的同學(xué)喜歡課堂面授教學(xué)模式，只有11.36%的同學(xué)喜歡純粹的線上教學(xué)模式。這就充分說明，雖然疫情期間線上教學(xué)得到了極大的推廣，但是傳統(tǒng)的課堂面授仍然是不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，基于線上教學(xué)與課堂面授相結(jié)合的混合式教學(xué)模式成為了更多學(xué)生的選擇。

圖1 混合式教學(xué)接收程度調(diào)查結(jié)果

2.混合式教學(xué)現(xiàn)狀分析

混合式教學(xué)過程中，仍有相當(dāng)比例的時(shí)間用于學(xué)生線上自學(xué)，因此學(xué)生線上學(xué)習(xí)的效果對(duì)于混合式教學(xué)效果具有重要影響。我們對(duì)學(xué)生每周線上學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、課前預(yù)習(xí)情況、課中學(xué)習(xí)情況和課后作業(yè)情況進(jìn)行了調(diào)查，如圖2所示。從調(diào)查結(jié)果可以看出，59.09%的學(xué)生每周線上學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)在1～3小時(shí)之間?？紤]到每周線下課堂教學(xué)4節(jié)課約為3小時(shí)，這說明大部分學(xué)生每周線上學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)與線下課堂學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)大致相當(dāng)，基本可以滿足混合式教學(xué)要求。在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，有35.09%的同學(xué)選擇利用本課程線上教學(xué)資源開展預(yù)習(xí)，29.82%的同學(xué)選擇利用課程教材開展預(yù)習(xí)，這表明線上教學(xué)資源與線下課堂教材相結(jié)合可以滿足學(xué)生預(yù)習(xí)需求。在課中教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)各類學(xué)習(xí)方式的喜好較為分散，24.06%的同學(xué)傾向于課堂講授，24.06%的同學(xué)傾向于習(xí)題講解，18.05%的同學(xué)傾向于輔導(dǎo)答疑，15.79%的同學(xué)傾向于課堂作業(yè)，11.28%的同學(xué)傾向于小組討論，這說明在混合式教學(xué)過程中不能采用單一教學(xué)模式，需要將多種教學(xué)方式結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué)，充分滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。在課后作業(yè)環(huán)節(jié)，95.46%的同學(xué)能夠主動(dòng)完成課后作業(yè)，說明在混合式教學(xué)模式下學(xué)生的課后學(xué)習(xí)情況較好。

(a)每周線上學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)

(b)課前預(yù)習(xí)情況

(c)課中學(xué)習(xí)情況

(d)課后作業(yè)情況

3.混合式教學(xué)影響因素分析

盡管混合式教學(xué)方式得到了大多數(shù)學(xué)生的青睞，并且多數(shù)學(xué)生也能夠很好地參與混合式教學(xué)。但在實(shí)踐過程中，仍然有一些同學(xué)難以融入混合式教學(xué)，特別是線上教學(xué)環(huán)節(jié)存在困難。經(jīng)過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，目前教師建立了豐富的線上教學(xué)資源，大多數(shù)同學(xué)已經(jīng)能夠熟練進(jìn)行線上學(xué)習(xí)平臺(tái)的操作。導(dǎo)致學(xué)生線上學(xué)習(xí)存在困難的主要影響因素為線上學(xué)習(xí)氛圍較差，且學(xué)生自控力較差，無法沉下心學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式相比，線上學(xué)習(xí)缺少教師的實(shí)時(shí)監(jiān)督，因此對(duì)于學(xué)生的自控能力要求較高，否則將難以保證教學(xué)效果。

圖3 混合式教學(xué)影響因素調(diào)查結(jié)果

三、教學(xué)反思與改進(jìn)措施

借助現(xiàn)代發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，混合式課堂教學(xué)模式可以更好地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，并且這種新的教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)模式具有顯著差別，新穎的教學(xué)模式更容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充沛的興趣將使得學(xué)生對(duì)于課程知識(shí)的接受效率更高。無論是傳統(tǒng)課堂面授教學(xué)還是線上線下混合式教學(xué)，其根本任務(wù)在于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高課程教學(xué)效果。因此，在教學(xué)過程中仍需要對(duì)一些影響學(xué)習(xí)效果的因素進(jìn)行反思，并提出具有針對(duì)性的改進(jìn)措施，具體如下。

1.多途徑引導(dǎo)課前預(yù)習(xí)

在調(diào)查分析混合式教學(xué)的影響因素時(shí)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致學(xué)生線上學(xué)習(xí)困難的主要因素為線上學(xué)習(xí)氛圍較差，且學(xué)生自控力較差，無法沉下心學(xué)習(xí)。為解決該問題，可以采取如下措施：一是充分發(fā)揮教師對(duì)學(xué)習(xí)氛圍的引領(lǐng)作用，教師在線上教學(xué)平臺(tái)創(chuàng)建討論話題并設(shè)定適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)措施，在討論過程中不斷啟發(fā)學(xué)生參與課程預(yù)習(xí)，營(yíng)造良好的線上學(xué)習(xí)氛圍；二是強(qiáng)化課程趣味性吸引學(xué)生主動(dòng)預(yù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生課前通過百度腦圖在線繪制思維導(dǎo)圖，體驗(yàn)搭建課程知識(shí)體系的樂趣，提高學(xué)生線上學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；三是分階段建立線上課程預(yù)習(xí)任務(wù)點(diǎn)，通過強(qiáng)化課程階段任務(wù)點(diǎn)考核，督促部分自控力較差的學(xué)生完成預(yù)習(xí)。

2.卡片式學(xué)習(xí)降低疲勞

為避免學(xué)生在自學(xué)過程中產(chǎn)生疲勞，需要將課程知識(shí)進(jìn)行合理分解，即所謂卡片式學(xué)習(xí)模式。在錄制線上教學(xué)資源時(shí)，教師將課程內(nèi)容逐一分解為單一知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)每一個(gè)知識(shí)分支錄制短視頻，然后填充到課程主體框架，使每一個(gè)知識(shí)分支形成一個(gè)知識(shí)卡片。知識(shí)卡片制作完成后，教師根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)度，逐一在線發(fā)布知識(shí)卡片，學(xué)生通過在線點(diǎn)擊知識(shí)卡片開始學(xué)習(xí)。通過這種方式將傳統(tǒng)課堂講授內(nèi)容層層分解為學(xué)習(xí)卡片，一方面充分考慮線上學(xué)習(xí)特點(diǎn)，避免學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)疲勞；另一方面知識(shí)卡片與課程主體框架結(jié)合，使學(xué)生能夠形成更為牢固的知識(shí)體系，強(qiáng)化知識(shí)吸收效果。

3.趣味性復(fù)習(xí)鞏固知識(shí)

重難點(diǎn)知識(shí)的掌握程度依賴于有效的鞏固復(fù)習(xí)，我們?cè)诳ㄆ綄W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上提出一種趣味性復(fù)習(xí)方法，其原理是圈出每一張知識(shí)卡片中需要掌握的知識(shí)點(diǎn)，然后將這些知識(shí)點(diǎn)重新組織為復(fù)習(xí)卡，在教學(xué)過程中開啟重難點(diǎn)模式，學(xué)生點(diǎn)擊復(fù)習(xí)卡時(shí)，重難點(diǎn)內(nèi)容自動(dòng)隱藏，學(xué)生需要根據(jù)自己記憶回答重難點(diǎn)內(nèi)容。通過這樣一次次重復(fù)記憶，學(xué)生能夠把一些容易忘記的重難點(diǎn)內(nèi)容牢牢記住。比如在工程熱力學(xué)中涉及熱工設(shè)備、工質(zhì)、熱力系統(tǒng)、熱力狀態(tài)、熱力過程、功和熱量等大量的概念，為了將這些知識(shí)點(diǎn)記住，可以專門建立一張復(fù)習(xí)卡，然后在教學(xué)過程中加強(qiáng)課堂互動(dòng)與提問，與學(xué)生一起回顧重難點(diǎn)知識(shí)。

結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)科技在教學(xué)領(lǐng)域的全方位滲透，各種線上教學(xué)方法不斷顛覆傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式。線上教學(xué)和線下授課各有優(yōu)劣，將兩者進(jìn)行有效結(jié)合，線上線下混合式教學(xué)模式將是疫情常態(tài)化下教育發(fā)展的主要趨勢(shì)?；诔且黄饺似脚_(tái)開展的熱工學(xué)課程混合式教學(xué)，包括線上課前預(yù)習(xí)、線下課堂重難點(diǎn)解析、線下案例情景式討論教學(xué)、線上課后互動(dòng)答疑環(huán)節(jié)等。對(duì)于混合式教學(xué)存在的問題，可通過多途徑引導(dǎo)課前預(yù)習(xí)、卡片式學(xué)習(xí)降低疲勞、卡片式復(fù)習(xí)鞏固知識(shí)等方法提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性?？偟膩碚f，為了有效提高混合式教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并建立良好的自控機(jī)制，這方面仍然需要開展大量的教學(xué)實(shí)踐探索。