流體力學線上線下混合教學實踐與啟發

岳建芝 徐桂轉 李 剛 馬曉然 黨鉀濤

（河南農業大學機電工程學院，河南 鄭州 450002）

目前，我國在大力發展新工科，加強工科一流專業建設，推進“十百萬”計劃[1]，在這個背景下很多課程都開始嘗試新的教學模式[2]。流體力學課程是很多工科的專業基礎課，在工科專業中具有承上啟下的作用。這門課程理論推導內容很多，有著很強的理論性；應用領域也很廣泛，包括航空航天、熱能動力、化工、環境工程、氣象，甚至生物領域，所以又有著很強的工程實踐意義。在很多學生論壇上都可以發現學生吐槽流體力學難學難懂，這就讓很多初學者滋生了學習該課程的恐懼心理[3]。為了改變這種狀況，河南農業大學流體力學課程開始探索實行線上線下混合式教學模式。該課程自2019年開始在中國大學MOOC上開設SPOC課程，至今已經運行兩個學期。從學生的學習熱情、在線學習數據和期末考試來看，流體力學線上線下混合教學模式可以解決傳統教學中的一些問題，提高教學質量和教學效果，但同時也還存在著一些問題。本文歸納總結流體力學課程線上線下混合教學實施過程，分析教學效果，以期為工科類專業基礎課擬實行線上線下混合教學的課程提供一定參考。

1 流體力學線上線下混合式教學

1.1 多樣化的授課方式

流體力學的抽象難學、理論性強，知識點多的特點是學生自主學習的障礙。有研究表明，成人高度集中完成一件枯燥的任務，注意力只能維持20分鐘左右[4]，如何在20分鐘臨界點出現時避免注意力下降就顯得非常重要。根據內容的難易程度和20分鐘的注意力臨界點規律，采取不同的教學方式顯得非常有必要。例如，在流體靜力學部分，流體靜壓強的特性相對容易理解，就可以采用“翻轉課堂”的形式進行教學，也就是要求學生在課前或者課外觀看教師的視頻進行自主學習，教師不再占用課堂時間講授，課堂變成學生和學生之間合作探究、學生和老師之間的答疑解惑的互動場所；流體平衡微分方程部分，采用板書和多媒體結合的方式，多媒體主要顯示需要用到的圖，公式推導采用板書，以講授為主；重力場中流體的平衡部分，采用板書和多媒體結合，并在課堂上加入慕課堂小程序進行課堂測試，整個教學過程注意控制時間節奏，每個環節盡量控制在20分鐘之內。實踐結果表明這種根據課程內容和注意力變化規律采取不同的授課模式比傳統課堂教師授課“單聲道”和“滿堂灌”的教學方式極大地提高了學生的學習效率。

1.2 便捷溝通的學習群

中國大學MOOC上有一個模塊是討論區，第一個學期實行線上線下混合教學采用的是教師在討論區發布題目，或者學生把觀看視頻自學中碰到的問題發布到討論區供大家討論的模式，但一個學期后的線上數據顯示參與的學生非常少。2020年春季，由于新型冠狀病毒肺炎疫情，高校開始在線直播授課，流體力學課程采用的是建立QQ學習群，利用群進行直播授課。授課的過程采用QQ群里的分享屏幕功能分享PPT，當需要推導講解的時候采用分享白板的功能，利用熒光筆進行書寫。通過疫情直播授課發現，由于QQ應用的廣泛性和普遍性，學生經常會在學習群里把有疑惑的問題直接發布在班級群里，參與討論的同學非常多，老師也隨時都可以發布自己的解答。還有一些學生課下對不會的內容拍照上傳，尋求老師講解，老師則采用語音的方式在群里解答，其他有同類問題的學生也去主動收聽語音得到了答疑解惑。一個學期的授課效果顯示，隨課程建立學習群會加強師生之間和學生之間的溝通互動，提高學習效果。這個授課過程和效果說明在未來教學過程，隨課堂建立學習群將會有力彌補課下中國大學MOOC討論區活躍度不夠的不足之處，有效提高學生之間和師生之間溝通、答疑解惑的效率和效果。

1.3 多元動態的考核體系

沒有實行線上線下混合式教學的流體力學課程采用的評價方法是閉卷考試（70%）和課程作業（30%）兩部分組成。實行線上線下混合式教學后，為了充分調動學生的在線學習積極性，采用了多元動態考核評價體系，將線上學習數據、線下課堂授課和期末閉卷考試有效的融合起來，具體考核的單元模塊和占比如圖1所示。

圖1 課程綜合成績構成

傳統教學中的平時成績主要從課堂簽到和課堂表現兩個方面考察。經常出現平時成績與期末成績無明顯關聯的情況，主要原因是傳統的課堂表現經常是從提問考評，但是往往課堂提問都是識記內容，學生通過突擊看書或者領座同學提示幫忙應對，難以達到考核目標[5]。從圖1中可以看出，混合教學的課程考核兼顧了線上學習和線下學習，其中閉卷考試依然占主要部分，因為閉卷考試依然是科學考察學習效果的有效手段。學習群發帖體現的是學生主動學習能力，作業、單元測試、慕課堂測試和線上考試都屬于促進學生養成良好學習習慣、幫助學生內化知識的有效手段。應用多元動態考核手段后，增強了學生對知識的掌握，激發了學生的學習主動性。

2 教學效果對比分析

為了分析實行線上線下混合式教學與傳統教學方法對學生滿意度、學習效果等方面的影響，對實行傳統教學的河南農業大學熱能動力和農業建筑環境和能源工程2015級和2016級和實行線上線下混合式教學的2017級和2018級的學生進行網絡問卷調查和成績分析。

問卷調查表采用匿名5分李克特量表（Likert scale）。2015級和2016級共有93個學生回復了問卷調查，2017級和2018級共有148個同學回復了問卷調查，調查結果見表1。

成績分析并不采用綜合成績，而是采用卷面成績。這是由于學生的綜合成績由平時成績和卷面成績加權合成，改革前后的權重不同，沒有可比性，因此，學習效果的衡量選取閉卷考試卷面成績。選取2015級和2016級的實行傳統教學的新能源專業和熱能動力專業133人的卷面成績和2017級和2018級實行混合式教學的熱能動力和農業建筑環境和能源工程的151個學生的卷面成績進行統計分析，結果見表2。在分析的過程中把2015級和2016級定義為傳統組，2017級和2018級定義為混合組。

從表1可以看出，混合組學生“非常滿意”選項對比傳統組有較大提高，但是“非常不滿意”選項比傳統組有小幅增加。調查發現這部分學生選擇“非常不滿意”是因為他們認為線上學習占用了較多課余時間，由于大學二年級課程多，很多專業基礎課都開在這個學期，而且都比較難，加上很多課程都開始線上線下混合教學，導致學生花費在課下的時間比較多，因此比較排斥線上學習。從表2可以看出，對比傳統教學模式，混合教學模式的平均成績和及格率都有提升，說明混合教學效果要優于傳統教學。

表1 匿名問卷調查結果

表2 試卷成績統計結果

3 結語

相比傳統教學法，流體力學線上線下混合式教學模式的課堂活躍度增大，隨課建立的學習群增大了學生之間、師生之間的直接溝通，多元動態的考核方法增強了學生對知識的掌握，也激發了學生的學習主動性。根據問卷調查和卷面成績分析，線上線下混合教學提高了學生的學習效果。但是由于開課學期實行線上線下的課程比較多，學生課下線上學習時間占用較多，造成一些學生的抵觸和不滿情緒，因此，在未來的教學中會根據同期開課情況制定線上學習任務。