基于自主學習能力培養的工程熱力學雙語混合式教學改革

鄭仙榮，趙貫甲，馮彪

（太原理工大學 電氣與動力工程學院，山西 太原）

一 引言

工程熱力學是能源與動力類專業必修的專業基礎課程，它上掛基礎課，下聯專業課，學生通過學習能夠明確本專業的研究方向和學習任務[1]。 工程熱力學開展雙語教學是培養能源與動力類專業人才具備國際化視野的重要手段，對于提高專業人才的國際競爭力具有重要作用[2]。

對于工科專業基礎課的雙語教學而言，專業知識的學習和英語技能的學習同等重要，優良的教師素質是雙語教學效果和質量的必要保證。教師要具有扎實牢固的專業課知識、靈活應用英、漢雙語講授專業知識的能力和豐富的教學經驗[3]。除此之外，學生自身因素和適宜的教學方法也尤為重要。

二 課程教學現狀

以往工程熱力學雙語教學效果并不理想，主要存在以下問題：學生不愿意看英文教材；課前不預習，課堂聽講困難；讀不懂課后習題或測試試卷內容，或者看懂題目，卻不能用英語很好地作答；限定學時內完成教學內容較困難等。這些問題可歸結為以下三點因素：第一，學生的自主學習能力較差；第二，學生在心理上對雙語教學抵觸；第三，雙語授課模式和學生的學習模式不匹配。

對照工程熱力學課程在能源與動力類專業課程的培養要求，基于對前期雙語教學中存在若干問題和學習效果剖析的基礎上，本課程團隊在雙語教材選擇、授課方式、授課模式、教學考核和學生因素等多個方面進行了探索與嘗試，旨在提升雙語教學質量的同時，進一步培養學生的自主學習能力。

三 教學實踐

（一）教材的選擇—英文教材（主）+中文教材（輔）

教材的選擇對于雙語課教學質量有重要的影響，適合專業特點的教材是保障雙語教學效果的重要前提。教材最好是原汁原味的英文教材，應體現最新的知識體系和學科前沿進展，采用準確的語言以及清晰的邏輯來介紹相關知識[4]。前期教學實踐證明，若只選英文原版或影印版教材，學生難以較快理解英文表達的專業內容，不利于專業知識的學習，慢慢會在心理上對教材本身或雙語教學產生抵觸情緒，減弱學習新知識的積極性。若只選用中文教材，學生又缺失學習英文專業術語的環境和英文表達的思維方式，效果也不佳。因此，課程團隊選用英文影印版教材Thermodynamics An Engineering Approach為主要教材。該教材的特點是強調對基本熱力學原理的理解和應用[5]：典型實例多，圖文并茂，直觀生動，利于培養學生對熱力學的直觀理解；學習目標明確，內容概述和文末總結可快速總覽章節主要內容及關聯性；強調知識的應用，讓學生充分理解工程科學原理；實際問題和拓展設計題，以及針對熱力學課程特點的與經濟和環境有關的題目，使學生在掌握解決問題的能力的同時，增強節能、環保、安全和經濟可行性的意識。英文表達淺顯易懂，敘述邏輯性強。可以激發學生學習專業知識的熱情。同時推薦一兩本合適的中文教材輔助。實踐證明，英文教材內容的廣度和中文教材內容的深度互為補充，既有利于學生專業理論知識的學習，也有助于專業外語知識的學習，對于提高學生的學習興趣，培養學生的邏輯思維能力以及提高專業外語的學習能力都有較好的作用。

（二）授課方式—英文（主）+中文（輔）

工程熱力學雙語教學中，課堂PPT、板書內容和教案均采用全英文形式呈現；簡單知識點均采用全英文講解，重點和難點先采用英文講解然后再用中文作做一步解釋。會根據學生的課堂反饋及時調整課堂中英文的使用比例。

課前預習測試，單元小測試和作業題，考試試題均采用全英文形式，并規定所有習題中的80%必須采用英文作答。

（三）授課模式—混合式教學（以“學習通”為平臺）

為了更好地以雙語授課的方式完成工程熱力學教學內容，特以“學習通”為平臺，采用學習內容模塊化，知識點碎片化、學習時間分段化的線上線下混合式教學。

1.學習內容模塊化

工程熱力學內容多、概念多、抽象、理論性強、公式多、工程應用背景強，學生要想學好難度較大。因此在教學時按知識特點概括為基本理論和基本理論的應用兩大模塊，如圖1所示。

圖1 工程熱力學知識模塊圖

本著厚基礎、寬知識面、加大工程應用的教學理念進行教學內容的設計和建設。基本理論模塊重點講解，學時分配相對多一些，學生通過學習通平臺學習基礎知識，達到了解和理解的要求；教師在課堂上以鞏固和強化重點與難點，拓展基本理論的應用為主進行講解。在整個教與學的過程中，教師會關注學習通平臺學生學習動態，及時、有效地答復答疑區、討論區和交流區的各種問題，解決學生不能解決的問題；并記錄學生在平臺的學習過程、分析學生的學習行為、收集學生的學習基本情況。對教學結果及時分析總結，有助于后續章節內容的教學設計。

基本理論的應用模塊主要是從工程觀點出發，應用基本理論對各種熱力設備或各種工程循環中能量轉換途徑和能量利用有效性進行探討。這部分內容具有共通性，可對每一部分內容提出相應的任務和最終需達成的要求，采用自主學習的翻轉課堂教學模式進行。學生在課前分組自學、討論、做出課件并在課堂上講解，此項任務需要小組成員團結協作，共同付出努力，最終成績體現的是整個小組的努力和學習效果。

2.學習時間階段化

學生是學習的主體，在教學中要充分調動學生學習的主觀能動性，提升學生的自主學習能力，提出“課前導學+課中提升+課后檢測+課后復盤”幾個學習階段。

（1）課前提綱式導學

將課程內容在模塊化的基礎上再進行知識點碎片化處理，以知識點為單位錄制若干講解視頻。教師提前將視頻資料和中文輔助課件，以及相關英語專業詞匯和慣用科技英語表達語句上傳到學習通平臺，并發布預習任務和預習目標。同時發布提綱式測試題，測試成績可以體現學生的預習成效。要求學生根據題目知識點對教材中相應內容選擇精讀或泛讀；縱覽所有題目，可清楚本單元內容的大致構架和知識之間的關聯，做好聽課知識儲備。預習資源可以來自于以下幾方面：英文教材、中文教材、老師的課件以及中國大學MOOC平臺的工程熱力學精品課程等。

（2）課中求解式提升

課堂教學內容采用工程熱力學知識的生活應用實例以英文形式導入，并提出一兩個引發思考的問題，引起學生們的學習和探究興趣，激發學生的學習熱情。

帶著預習測試題邊聽課邊對預習答案進行修正，要求學生標注出測試題中哪些是通過預習解決的，哪些是通過聽講才明白的，哪些是聽課后仍然不明白的。從測試題的作答情況分析出學生預習和上課聽講的效果，及對各知識點的掌握情況。基于此，教師可以及時調整上課節奏。

課堂教學環節應注重教與學的互動，分為兩種形式：形式一，教師首先用英文快速梳理章節知識點，根據學生在學習通平臺的學習狀態，回顧和強化重點與難點，可進一步通過典型題型鞏固學習效果；教師可以圍繞平臺視頻資料，針對性地設計課堂提問、知識點討論及隨堂測驗；也可以對大概率錯題進行點評和答疑。形式二，自主學習的翻轉課堂教學模式，主要體現在基本理論的應用模塊。將常見的工程應用領域分為圖1所示的五類，對每一部分內容提出相應的任務和最終需達成的要求，即工程應用中的作用、基本工作原理、能量轉換和利用率的計算、理論循環與實際工程循環的差別、影響因素分析、以及相關知識應用領域的最新成果等。學生在課前分組（每組5人）自學、討論、做出課件并在課堂上講解。其他組的同學和老師均可以對所講內容進行修正或補充。

此種教學模式將學生從原來的被動知識接受者轉變為主動的學習構建者。小組同學為了較好地完成任務，都需要認真學習、查閱資料、互相交流，可鍛煉團隊協作意識，增強學生自主學習的能力，提高思辨精神和獨立思考能力，以及交流表達能力。在這個環節中，教師更偏重于對應用模塊內容要求的最終達成度的關注，學生所提問題的分析和討論等，同時可以培養學生對實際復雜的工程問題進行抽象和簡化的思維方式。在整個教與學的互動中，鼓勵學生盡量以專業的英文方式提問或回答問題。

（3）課后檢測式提升

每一章節學完后會在學習通平臺發布章節小測試，時間30分鐘。該測試題會發布兩次，間隔時間是1周。第一次測試成績反饋學生對本章節內容的學習成效，學生可以根據自己的成績分布發現對知識點的理解和掌握情況，便于及時彌補不足和進一步學習。復習一周后，再進行一次測試，此次成績體現復習效果，有助于增強學生自主學習的成就感。

（4）課后復盤式總結

每節課堂的前10分鐘要求學生做兩件事：第一，以思維導圖的方式對前一節課（學習通平臺和課堂講授）的主要內容進行復盤；第二，總結已學英文專業詞匯及專業性術語的英文表達。例如，熱力學微分關系式是揭示熱力學中主要物理量之間內在聯系的關系式，非常重要，但關系式多且復雜。學生就利用思維導圖（圖2）對這部分內容進行復盤，很好地理清了各關系式之間的關系。復盤過程也是梳理自己學習思路的過程，可將零散的知識系統化，既有助于加深對專業知識的理解和記憶，又有助于學生開拓學習思維。及時總結并記憶專業術語的英文表達，有利于提升后續內容的學習效率。

圖2 熱力學微分關系式思維導圖

這兩件事情均要求以PPT形式呈現，并在規定時間內講述完畢（鼓勵全英文方式，也可采用中英文結合方式）。如此回顧知識的模式鍛煉了學生在規定時間內講明白事情的能力。

“課前導學+課中提升+課后檢測+課后復盤”的教學模式要求學生把學習的時間合理分配在課前有效預習、課中專注聽講和課后及時總結復習各個環節。實踐了兩個單元后，學生的學習成效明顯，自我感覺效果較好。課前預習環節使得課堂聽講效率更高，聽課目的性更強，課后適時復習總結，單元檢測利于學生及時發現不足，反思學習效率，并及時調整學習節奏。如此循序漸進，學生們學習的自信心也在逐漸提高，真正達到了“磨刀不誤砍柴工”的效果。

（四）教學考核—章節測試+期中測試+翻轉課堂+ 期末測試

學生的學習效果通過學習成績反映，考核是促進學生學習、提高授課質量的有效手段，也是了解學生學習效果、發現教學中存在問題的重要途徑。因此，采用多元化的考核形式對學生的學習成績進行評定。工程熱力學內容共十二章，每章學習完都要進行測試，測試成績占總成績的12%，期中測試成績占總成績的5%。測試均以全英文形式呈現，借助學習通平臺進行，學生提交后馬上就可以看到自己的成績和在班級的排名，同時可以查看答案解析，也實現了無紙化考核。為了提高學生的學習主動性，對基礎知識的應用模塊學習采用翻轉課堂模式進行，同時增加一些研討性作業，以小組為單位在課堂上匯報，該部分成績占總成績的10%；期末考試成績占總成績的73%。如此就將學生的平時學習成績逐一納入到總成績評定中。實踐證實這一系列考核環節的設置可以從不同角度督促學生認真學習，積極思考，逐步提高自主學習能力。

（五）學生因素—扎實基礎+心理接受+循序漸進

雙語教學不但要求教師要有扎實的專業知識，熟練的英語表達和較強的課堂組織能力，對學生也是一個挑戰。工程熱力學是一門理論性較強的課程，需要學生具備扎實的高等數學和大學物理等基礎知識，還需要具備較好的英語聽說讀寫能力。在課程剛開始，大部分學生會覺得不適應，聽不懂，這就要求學生首先在心理上要接受雙語授課這個事實，然后端正態度，查漏補缺。教師鼓勵學生積極應對，堅持學習，按照老師的要求提前在學習通平臺進行充分的預習，并熟記一些老師在平臺上提前發布的專業術語和專業詞匯，能更容易理解授課內容，提升課堂效果。學習是個循序漸進的過程，堅持一段時間后，學生的學習效果有了明顯提升。《工程熱力學》雙語課程的學習也會為后續的《循環流化床技術》雙語課和《專業外語》的學習打下扎實的基礎。

四 結語

高校開展雙語教學是一個系統工程，既包括專業知識的學習，也包括英語技能學習。《工程熱力學》課程雙語教學效果與教材選擇、授課方式、授課模式、教學考核、學生因素等多方面有著密切聯系。合理有效的授課模式能有效激發學生學習興趣，有助于調動學生學習的主觀能動性，培養學生的自主學習能力；有助于培養學生的獨立思考、團隊協作以及順暢的交流溝通能力。在教學效果上，它實現了從知識灌輸為主向能力培養與知識傳授并重的教學重心轉變，是一種值得嘗試的雙語教學方式。