工程熱力學教學方法問卷調查分析

張舸　苗文帥　楊啟凡

摘 要： 本文以能源類170名本科生為樣本，在教學期間針對教學方法、節奏、形式等進行問卷調查。通過對問卷調查結果的統計分析，發現可以通過督促學生做筆記、合理安排作業量及答疑和講解作業題的時間、在課堂教學中引入MOOC和研究性課題等方式，加強師生和學生之間的交流，調動學生學習積極性，從而增強工程熱力學的教學效果。

關鍵詞： 工程熱力學 教學方法 問卷調查 教學效果

1.引言

教學質量取決于教學各個環節，尤其是具體的教學形式和教學方法。盡管基于網絡平臺的MOOC（Massive Open Online Course，大規模在線開放課程）模式受到了廣泛關注[1，2]，目前課堂講授仍是最廣泛的教學方式。課堂講授的缺點是互動性不強，學生學習被動性比較大而主觀能動性比較弱。為此，許多教育工作研究者針對課堂教學方法進行了多方面多層次的研究和探討，提出了案例教學[3]、互動教學[4]、情景教學[5]等模式，力求克服其缺點。

教學方法的研究對高等學校中抽象、晦澀的專業基礎課程教學尤其重要。能源類專業學生的一門重要專業基礎課是工程熱力學[6]。工程熱力學是熱力學的一個重要分支，主要研究熱能與機械能之間相互轉換的規律及其具體應用。工程熱力學是一門比較抽象的學科，特點是抽象概念多，對高等數學基礎要求高，學生難以在課堂上對課程內容有一個清楚的認識并掌握分析問題、解決問題的能力[7]。本研究認為，課堂安排、課后作業及考前復習等環節對學習效果均有重要作用，并針對北京科技大學能源類專業的工程熱力學教學在學生中進行了匿名問卷調查，獲得了熱能與動力工程（以下簡稱熱能）和建筑環境與能源應用工程（以下簡稱建環）兩個開設了工程熱力學課程專業的學生關于教學方法和教學效果的基本數據。在此基礎上分析兩個課堂在工程熱力學教學的現狀和存在的問題，以探索我校能源類各專業基礎課程的教學形式及方法，提高教學質量。本研究一些結論對其他類似基礎課程教學應該有參考價值。

2.研究方法

針對工程熱力學的教學形式和方法，本研究在課堂教學過程中進行了問卷調查。調查對象涉及北京科技大學機械工程學院的熱能與動力工程和建筑環境與能源應用工程兩個專業的本科生。調查問卷分為教學方法和教學效果兩部分。由于教學效果有一定的滯后性，兩批問卷在不同時期發放，其中教學方法問卷共發放130份，收回128份，有效率為98.46%。該問卷共設置題目18個，選項有2～6個不等，13個單項選擇題，4個多項選擇，1個開放性文字題。教學效果問卷共發放170份，收回164份，有效率為96.47%。該問卷共設置題目12個，選項有2～6個不等，10個單項選擇題，1個多項選擇，1個填空題。

為保證調查結果的客觀真實性，采用的是無記名問卷方式。

3.結果與分析

3.1課堂情況

課堂授課方式在很大程度上會影響學生對知識的理解與吸收，課堂授課的方方面面都會影響課程教學質量。對于工程熱力學課堂教學情況，本次教學方法調查問卷包括學生的上課狀態、授課形式采用板書還是PPT、對授課節奏的感覺、使用教材還是講義和課堂互動方式這五個方面。教學效果調查問卷包括學生課堂小練習的完成情況、是否記筆記、學生高效聽講時間百分數、每堂課能夠吸收的課堂知識容量及對課堂氛圍的感覺這五個方面。調查結果如圖1、圖2和圖3所示。

從圖1到圖3的數據對比可以發現，記筆記的學生完成課堂小練習的情況明顯好于不記筆記的學生，而且他們的課堂效率和吸收課堂知識的百分比高于不記筆記的學生。

調查分析了學生對教師講授形式的偏好，發現偏好PPT的人數略多于偏好板書的人數，然而絕大部分人認為二者的結合更合理。使用PPT的好處是知識點連貫性好，學生基本可以不記筆記。板書的優勢在于可以根據學生的反映情況隨時控制進度和講解內容，但需要學生做較多的筆記。參考前文筆記對課堂效果的影響和學生的反映，可以說板書在課堂講授中仍然具有非常重要的地位，應該根據教學內容適當地加以運用，尤其是推導過程較多和理論性較強的知識點。

調查發現，在課堂上僅通過講授與練習就想達到掌握知識并運用知識是比較困難的。從調查結果看，僅有5.5%的學生認為在課堂上能夠聽懂課堂教授內容，但是課后發現并沒有聽懂或者理解有限。一方面是因為工程熱力學是一門比較抽象的學科，對學生的理解能力和想象能力要求較高，學生在課上老師的講解和幫助下大致理解，但是課后復習時往往發現自己理解得不夠全面。另一方面是因為教師在課上講解的知識比較基礎，學生理解起來難度較小，但是課后復習時會對一些比較深入的問題束手無策。說明通過科技創新等方式實現學與用的結合對掌握工程熱力學這樣的專業基礎非常重要。

圖4反映了學生對于授課節奏的偏好。喜歡“老師講，學生聽”和“邊講邊穿插提問，隨堂小作業等”的人數相同，這些人占75%以上的比例，只有很少部分人選擇“由教師提出問題，主要靠小組討論解決老師的問題”。值得注意的是，根據問卷調查結果，授課節奏和學生性別顯著相關：男生更傾向于“邊講邊穿插提問和隨堂小作業”，女生則更傾向于“老師講，學生聽”。說明女生比男生更能長時間地保持對聽課的專注。然而，大部分工科院校男生人數遠遠多于女生，所以學練結合對整體課堂效果更有利。

在課堂互動方面，選擇“A.教師提問，某一學生回答；B.教師提出問題，小組討論，派代表回答；C.教師設問，全班共同響應”的人數分別為31、56和58。其中B、C兩項選擇的人數較多，說明學生愿意有更多機會參與課堂互動活動。

從圖5可以看出，上課所用的參考資料與專業顯著相關。熱能學生更傾向于使用教材，而建環專業學生更傾向于使用講義。究其原因，可能是熱能專業學生更重視知識的權威性和系統性，所以愿意使用比較成熟的教材；而建環專業的學生更重視知識與實踐的結合，所以更傾向于參考老師編排的帶有較多衍生知識和應用案例的講義。

3.2課后自覺和作業情況

由于工程熱力學的概念繁多，抽象而復雜，布置課后自學和作業是讓學生鞏固知識和檢查知識掌握情況的重要手段。為了解學生的課后學習和作業情況，對學生如何補足在課堂上沒有及時解決的疑問、作業量和作業上交時間、習題何時講解及課后每天用于工程熱力學學習的時間進行了調查統計，統計結果如圖6、圖7和圖8所示。

調查結果顯示，66%的學生在課堂上有疑問沒及時解決時，會通過課后自己看書思考彌補，90%以上的學生每次課后用于工程熱力學的平均學習時間在1小時以內。說明學生對于課程學習具有一定的主動性，有利于知識掌握。但反映出學生之間及師生之間交流不充分的問題，不利于教師了解學生對知識的掌握情況和學生的共同提高。

關于習題講解，83%的學生選擇每學完一章講解，這樣可以在學完每一章節后做一個階段性的總結和鞏固，更有助于工程熱力學的學習。

作業內容和交作業時間的差異化設置可以滿足不同學習能力學生的需求，并降低學生之間抄作業的可能性。在關于課后作業的調查中，大多數人選擇“教師對所有學生都留同樣的作業”和“多次課后作業在某一特定時間統一上交”。據調查后的私下了解，有學生認為布置同樣的作業，學生之間可以互相交流探討，增進對知識的理解。因此，作業布置方式哪一種更有利需要單獨進一步考查。

3.3考前復習情況

考試成績對學生而言是非常重要的，對于長期教學質量考察可以作為一個重要指標。但是對于本次調查而言，由于采用的是匿名調查，難以將學生成績與學生各種表現關聯起來。此外，本次調查只是針對2012級本科生一個年級，與其他年級學生在基礎上也許不同，將期末考試成績與其他學年的成績比較意義不大。因此，本次研究調查學生用于期末復習的時間，并將學生對考試的信心作為考察指標，問卷調查結果如圖9和圖10所示。調查結果表明，84%的學生復習時間為1到2周。考前復習時間越長的學生，對考試的信心指數越強，二者呈正相關。

調查結果說明，積極引導學生制訂復習計劃，要求學生提前一兩周對所學知識進行認真的、系統的綜合復習，對提高學生掌握知識的水平和考試成績有重要的作用。同時，任課教師應該重視考前答疑，相對集中地解決平時積累的問題，配合學生做好考前復習。

3.4MOOC和研究型教學的采用意見

在工程熱力學教學中引入MOOC，不僅能夠讓學生接觸到高水平的教育資源，還由于多元化教學模式能夠幫助學生更好地理解工程熱力學的有關知識。調查發現，21%的學生非常希望引入MOOC，但有32%的學生并不希望將MOOC作為主要的教學方式。因此，在開始階段，將MOOC作為平時課堂教學的補充也許有一種更好的選擇。

對于將研究性教學引入工程熱力學的教學形式，近100%的學生表示樂于接受。其中83%的學生希望以團隊形式完成，每個研究性課題小組的人數為三五人，自由或隨機分組，由教師給出選題范圍，學生在給定范圍內自由選題。說明學生難以單獨承擔研究性教學課題的壓力，并且無論是分組方式還是課題的選定，都希望有更大的自由和發揮空間。

4.結論與建議

工程熱力學是一門十分重要的專業基礎課，提高工程熱力學的教學質量有十分重要的意義。本研究通過對教學方法和教學效果的問卷調查，發現通過督促學生做筆記，合理安排作業量及答疑和講解作業題的時間，引導學生做好考前復習，引入MOOC和研究性課題等方式，加強師生之間和學生之間的交流，調動學生學習積極性，從而增強工程熱力學教學效果。如果將板書和PPT結合，就能最大限度地保證課堂上的教學質量。

一些教學方式有明顯的群體相關性。參考資料的選擇和專業相關，熱能專業學生喜歡用正規教材，而建環專業學生傾向于用講義。課堂教學節奏和性別相關，男生課上保持專注的時長比女生短。因此，對于男生為主的院校，課上采用學練結合的節奏效果會更好。

參考文獻：

[1]瞿振元.以MOOC發展為契機 促進信息技術與高等教育深度融合[J].中國高教研究，2014（06）：1-4+22.

[2]楊勁松，謝雙媛，朱偉文，方小楠.MOOC：高校知識資源整合與共享新模式[J].高等工程教育研究，2014（02）：85-88.

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[6]陳占秀.論工程熱力學作為專業基礎課的核心作用[J].高等建筑教育，2010（02）：90-92.

[7]陶淑艷.關于工程熱力學教學的幾點體會[J].高等教育研究，2002（03）：79-80.

本研究獲得了北京科技大學“研究型教學示范課程建設項目”（2013年）的資助。