工程熱力學MOOC視頻資源構建策略與設計

譚羽非　張甜甜　王雪梅　金鑫

摘要：MOOC（Massive Open Online Course，大規模在線開放課程）作為一種新興的教育模式，已經開始風靡全球并引領著教育變革。文章以工程熱力學MOOC課程教學為例，借鑒新型網絡教學模式，給出了該課程的MOOC視頻資源的構建策略，并提出從教學資源呈現與組織、教學內容設計、交流互動設計、學習評價設計等一系列MOOC內容的設計。經過近一個學期MOOC的教學實踐運行，大大提高了學生學習的自主性，學生學習熱情高漲，在一定程度上很好地解決了部分學生不能適應研究型教學模式、課堂學習消化不良等問題，同時實現了優質教學資源共享。

關鍵詞：工程熱力學；MOOC視頻資源；構建策略與設計；探索與實踐

工程熱力學課程是建筑環境與能源應用和其他與熱能相關的專業中的一門重要專業基礎課程，該課程的主要研究對象是熱能與其他形式能量之間的轉換規律及應用。它不僅是相關專業課的理論奠基石，同時還在能源、化工和冶金等工程領域中起到理論指導的作用。工程熱力學課程內容多而抽象，公式多且與實際工程有十分密切的聯系，記憶量大，掌握困難，是工科教學中難度較大的一門課程，如果處理不好，教師在教學過程中會“有心無力”，學生則會產生“這門課程深奧難學”的畏難心理。因此，相關專業的教師不斷進行探索與改革以期改善“工程熱力學”課程的課堂教學效果。

近年來一種新的教學模式——大型開放式網絡課程 （massive open online courses，簡稱MOOC，譯為慕課）在中國正式推行。“慕課”是基于互聯網的大規模、開放式的在線教學模式，教育資源豐富、形式靈活，學習不受空間時間的限制。學習者可以在各種時間和地點進行學習，不需要學籍就可以免費聆聽豐富的網絡課程，打破了時空限制，使彈性學習制度的進一步實施和不同層次學生的個性化學習成為可能。這就為我們提供一個啟示：基于MOOC平臺，將MOOC引入到研究型教學模式中，采取翻轉課堂的方式，既能滿足不同層次學生的個性化學習要求，又能實現傳授知識、培養學生創新能力的目的。

1 MOOC視頻資源構建策略

1.1以學生自主學習為原則

在網絡學習環境下，MOOC打破了傳統的面對面授課模式，學生可以根據自己的需求和認知水平去主動選擇適合自己的課程。因此在課程資源構建和安排時，首先要考慮以學生自主學習為中心，明確學生的共性與個性需求，根據教學大綱，將課程的每章節按照學科知識體系特征劃分為多個短小而連續的知識點，拆分并重新編排時要注意將邏輯性、關聯性強的知識點適當規劃整合，使課程內容按照由淺入深、由易到難的循序漸進的方式展開，每個小節以5到10分鐘的視頻來呈現，這樣既可以引起學生對知識的渴望，滿足學生利用碎片時間學習的需求，又可以使接受能力差的學生反復學習琢磨，有助于學生更加自主地調整課程學習的路徑和進度。

1.2問題導向原則

MOOC教學是以視頻為主，沒有課堂教學的眼神互動交流，因此，視頻講解就需要迅速調動學生的注意力，強調開門見山揭示問題，吸引學生思考進而解決問題。在MOOC視頻講授時，教師首先通過合理的問題設計切入每個知識點，通過反思和案例講解等策略，引起學生思考，進而聚焦知識點，最后再提出解決問題的途徑和方法。例如在講述《熱力學第二定律實質》時，首先拋出問題：“既然能量是守恒的，為何還會有能源危機？”然后由能量的能質不同、能量的使用過程中數量是不變的，但可用能逐級遞減等知識點的講授，將問題層層分解，進而引出熱力學第二定律方程的一致性表述。這種以問題為導向的視頻講授，能夠幫助學生形成連貫的知識整體，可以有效調動學生的積極性，培養學生的思維能力。

1.3注重交互性原則

交互性的學習可以提升學生的學習動力和學習興趣。但是與傳統課堂相比，MOOC的授課教師與學生不直接接觸，因而缺乏現場交互感。所以，為避免出現“一言堂”現象，教師在設計分鏡頭腳本時，一方面要注意授課過程的語言、語氣和面部表情等，通過這些細節來傳達和學生的交互信息；另一方面要充分利用MOOC平臺環境，通過線上作業提交與評閱、問答交流、多平臺分享等環節，實現師生互動；通過線下的分組討論、作業互評、工程問題的編程設計等，實現學生間的互動。此外交流探討環節還可以包括在MOOC視頻內部或者論壇等區域，布置補充參考文獻、推薦書目及工程實際案例等，這些設置可以使學生的思維和知識領域得到拓展。

2 MOOC內容的設計

2.1教學資源呈現與組織

工程熱力學MOOC課程中，學生主要完成以下環節：觀看教師發布的教學視頻，查看與之相對應的PPT課件內容；完成教師發布在討論區中的討論題，提出自己的問題并得到答案；完成隨堂測試及單元作業，完成全部課程后參加期末考試。MOOC教學主頁的布局要簡潔明朗，左邊版面布置導航區，主要包括課程信息、課程內容、課程考試、課程討論區等模塊，課程以周為單位，每周時長在3～5小時之間。

考慮到視頻可以重復觀看、移植性好，對于跟不上進度的學習者將會是最好的學習方式。課程教學內容主要以短視頻為主要載體，依據教學目標和課程標準要求，將知識內容分解為若干個較小的知識模塊，通過包括PPT講授、動畫、課堂實錄、錄屏等方式，再通過技術層面的支持，將聲音、圖像、文字等各種學習資源進行整合，最終把知識點以多維度的視頻形式呈現在學生面前，例如在 “水蒸氣氣化過程”一節的視頻中，為了清晰直觀的表述，視頻主要以教師操作畫面為主，在操作界面右下方同步播放教師講課的小窗口，這樣在吸引學生注意力的同時，還可以達到面對面、一對一授課的效果。

對于錄屏式MOOC教學視頻，除了使用PPT制作教學課件之外，我們還采用了Focusky和Flash等軟件，制作了課程中工程問題抽象后的動態過程，如可逆熱力過程、氣體的多級壓縮過程等，力爭展現出具有不同的動畫形式和演示特色的動態過程，這在一定程度上豐富了視頻的表現力。對于與教學內容關聯的工程案例拍攝型視頻，我們運用推、拉、搖、移、跟等鏡頭語言，采用多個拍攝場景并借助視頻后期軟件，通過切換鏡頭給學生課堂真實感，也展現了教師的教學風采。教學實踐結果表明：MOOC 視頻呈現的多樣性不僅可以讓學生學習興趣提高，還避免了單一形式帶來的視覺疲勞。

工程熱力學課程中有很多抽象的、難以理解的知識和原理，借助視頻這種動態表達方式能夠更好地展示出可視效果，增強學生的理解力。

2.2教學內容設計

MOOC內容的設計區別于傳統課程的設計方式，教學視頻具有時間短、內容精的特點，所以必須依據知識點重新細化和設計內容。基于前面介紹的MOOC設計原則，我們在課程內容建設時，將知識模塊化，合理細分課程資源，優化教學內容，突出教學中的重點難點，重視課程建設的結構完整性。適當地為拓展知識留出空間，以便于學生對課程資源的自主選擇。

在知識模塊拆分時，我們將邏輯性、關聯性強的知識點進行拆分和模塊化重組，將每章或每單元拆為若干知識模塊。知識模塊的選取綜合考慮了授課計劃、教學需求等因素，每個知識模塊所包含的課程活動有：知識點講述、隨堂測驗、作業布置、相關資料上傳等。每個知識模塊都要體現出課程內容的重點、難點和易錯點。在此要特別說明的是，視頻中嵌入小測試目的是能夠及時對學生學過的知識點進行檢索性回顧，有助于提升學生的學習熱情和學習質量。

要求將相對獨立又完整的知識單元作為知識點選取的依據，可以是某一個概念，某一定律及推導，也可以是某個計算例題。表1為MOOC環境下工程熱力學第一定律一章的教學內容課程設計，分為11個視頻講述。

此外，授課教師還應根據每段視頻的內容提供相關的教輔資料，置于每個教學視頻相應位置，教輔資料類型主要有教學的重點難點文檔、隨堂測驗和討論大綱等，教輔資料對學生的視頻學習要有較強的針對性，有助于讓學生更容易、更快速地學習和消化主題及教學內容。

2.3交流互動設計

MOOC平臺的綜合討論區使師生、同學之間的交流更頻繁更深入，這打破了傳統教學模式中時間以及課堂紀律的局限。

MOOC教學可以通過設置彈題和隨堂測試來實現學習過程中的交流互動，例如，在講述熱力學第一定律時，定律本身容易描述，但學生對熱力學能和焓的概念模糊，對熱力學涉及的四種形式的功難以區分，我們將這幾個知識點單獨提煉出來，每講完一個知識點，我們就采用交互的方式，以彈題的形式提出一個或多個相關問題，引導學生用剛學過的知識點來思考，加深學生對知識點的掌握。隨堂測試則是在每一次視頻結束后，提供的幾個小測試題，可以是是非概念判斷題，還可以是選擇或簡答，深化學生對教學內容的印象。教師還可以布置學習活動和討論主題，讓學生針對主題進行討論、思考與交流，通過課堂互動來完成消化吸收。

通過MOOC專門設置的在線討論區，學生向教師提問或與同學交流都很方便，討論模式可以幫助學生更好地掌握知識，也向教師展現了學生的學習情況。自學生對本課程進行注冊算起，教師會持續向學生發送郵件，內容包括課程最新動態、課程進度、每周主題重點內容提示，協助并督促學生更好地跟進學習。工程熱力學課程把討論區分成了13個單元論壇，即每一周的課程討論都設置一個單元論壇，既方便學生針對每周課程進行發帖和查找，也便于論壇管理。

2.4學習評價設計

學習評價是一個多元化過程，體現在評價內容、評價形式、評價主體等多方面，評價內容不僅要反映學生對知識的掌握情況，還需關注更高層次的綜合能力和技能培養等問題。在MOOC學習中，評價系統起到重要的導向作用，它貫穿于整個學習過程，及時、系統的評價，可以幫助學生了解自己的學習進度并及時調整努力方向，也可以使教師通過多個渠道了解學生的學習效果。

工程熱力學課程評價形式有測驗、作業、交流互動加分等，老師在教學視頻中進行一些課堂測試及布置課后作業，并在下一次教學中公布課后作業答案，并對學生的完成情況進行評價。

教師可以在MOOC管理后臺查看學生們各項任務的完成度以及成績，通過完成人數及成績的分布狀態了解學生們的學習情況，及時對課程的方案或進度進行調整。

作業區是教師發布作業、學生提交作業的平臺，工程熱力學課程中設置了多樣化的題型，主要有以客觀題為主的單元測驗和以主觀題為主的單元作業。每周作業都設置了相應提交的截止日期，作業的批改形式主要有兩種：客觀題支持平臺自動評分，主觀題是老師隨機抽選評分。

測試則具有反饋的效果，測試的目的是為了鞏固知識點、靈活運用所學內容、幫助學習者查找疏漏，給予學習者即時反饋的同時，也對教師的教學效果進行了評估，督促學習者進行重復學習，及時填補學習過程中存在的漏洞，彌補學習者沒有掌握的內容。工程熱力學課程測試包括隨堂測驗、單元測驗和期中、期末考試，測試平臺設計較完善，學生可以很容易地進行視頻播放、暫停、重放等操作，保證了測試順利進行。

結 語

MOOC將現代互聯網技術與傳統教學理論相結合，推動了教育改革的進展，但MOOC的建設要求老師對所教課程的知識點及其關聯性梳理得非常清晰。MOOC平臺為學生提供了能夠對每個知識群獨立學習的多線程模式，讓學生能夠根據課程知識體系和自己的基礎自由選擇。

工程熱力學課程作為工科教學中難度較大的一門課程，經過近一個學期MOOC的教學實踐，大大提高了學生學習的自主性，學生積極參加學習論壇的討論，熱情高漲，在一定程度上很好地解決了部分學生不能適應研究型教學模式、課堂學習內容消化不良等問題，也滿足了不同層次學生的學習需要。同時MOOC教學平臺的建設又能實現優質教學資源的共享，教學效果得到顯著提高，具有較大的推廣價值。

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編輯∕楊波