“工程熱力學”線上線下混合式教學改革研究

張小彬 王璐 谷德林 楊春英 劉平安

[摘 要] 在“一流專業建設”和“一流課堂建設”高校教育形勢下，高等院校的教學改革正面臨著重大的機遇和嚴峻的挑戰。從教學目標、課程內容、教改事由、課堂建設思路和內容四個方面介紹了“工程熱力學”教學創新的研究與實踐，并通過線上線下混合式教學、翻轉課堂參與引導教學、科研反哺教學、虛擬實驗教學、互聯網大數據應用教學、課程思政教學等方法策略，切實培養航空航天類應用型專業技術人才，更好地服務國家和地方區域經濟社會發展。

[關鍵詞] 工程熱力學；線上與線下；混合式；教學改革；“雙一流”建設

[基金項目] 2021年度教育部產學合作協同育人項目“基于情景教學案例的‘工程熱力學’課程教學改革研究”（202101373005）；2021年度教育部產學合作協同育人項目“虛擬仿真在固體火箭發動機設計課程中的應用實踐”（202101292008）；2021年度教育部產學合作協同育人項目“基于案例可視化的‘推進系統測試技術’課程的研究與實踐”（202101373004）

[作者簡介] 張小彬（1979—），男，河北廊坊人，博士，哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院講師（通信作者），主要從事多相流體動力學研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）06-0077-04 [收稿日期] 2021-08-27

引言

黨的十九大報告中提出，“加快一流大學和一流學科建設，實現高等教育內涵式發展?！盵1]研究發現，更新課程教學內容、改進課程教學模式和建立重視課程教學績效評價機制體系，不僅可以有效提高中小學生對數學分析學科課程的學習興趣，還可以有效消除對數學分析的恐懼心理；同時，為學生提供前所未有的廣闊視野與學習體驗。當前，在“一流專業建設”和“一流課堂建設”的國家教育發展戰略要求下，我校航空航天宇航技術科學與工程技術相關學科的基礎建設和研究還存在一些問題，面對更嚴峻的挑戰，還需要根據我國經濟發展和行業需求培養高級應用型航空航天技術人才，這也是目前專業教學的主要工作目標。因此，“工程熱力學”課程教學應該面對挑戰，探索“工程熱力學”課堂教學創新改革實踐與研究。

一、“工程熱力學”教學目標和課程內容

“工程熱力學”課程是哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院針對航空宇航科學與技術學科開設的專業核心課程，也是學生學習后續其他專業核心課程（例如：“傳熱學”“氣體動力學”“航空發動機原理”）的基礎。從該專業實際工程技術學理論分析可知，對各個物質的熱力學物理性質以及相關的科學規律和方法詳細分析，能夠為熱能的使用提供重要措施。經過課程的有效學習和目標的確立，學生需要轉變正確的思維觀念，形成完善的知識結構，能夠對課程的理論知識充分利用，以達到總體的系統分析。

二、“工程熱力學”教學中存在的問題和教改原因

受傳統教育理念的影響，在課堂實際教學中，主要以書本教學為主，并在課后進行習題訓練，學生只是被動地接受知識，不利于創新能力的培養。

“工程熱力學”理論課程抽象的數學概念多，例如焓和熵等，而且還包含準確的靜態相變過程、可逆過程等。另外，“工程熱力學”課程是最讓學生頭疼的課程之一。在大多情況下教師所講解的工程應用實例，學生由于無法親自感知，體會和認知效果不明顯。這導致傳統教學方式下，學生只是被動地接受知識，學習興趣和主動性難以提升。但受傳統工程熱力學實驗設備體積大、占地多、資源緊缺等客觀條件的使用限制，導致實驗結果不理想。因此，教學組在線上線下混合式教學的基礎上，利用FELAC軟件制作相關數字化案例，在教學過程中隨堂講解各部分知識涉及的案例，使學生能夠抽象出工程實際中所涉及熱力學過程的數學模型，有效調動了學生的學習興趣及學習能動性，充分實現“學中做”“做中學”的教學目的與參與方式，進一步提高學生的科研及創新能力。并能夠解決工程實際遇到的熱力循環系統方面的問題。通過本項目的開展，將對“工程熱力學”的相關教學方法進行改革，并完善教學內容體系，打造一門有特色、有價值的本科生一流課程，為學生今后能快速地開展熱力學相關領域研究工作提供更好的支撐。

三、“工程熱力學”課程建設思路及設計方案

（一）課程建設思路

課堂中，利用參與式教學方式積極引導學生。經過小組探討、翻轉課堂等教學模式的結合，保證在學生和教師之間形成良好的溝通和交流模式。

對于教學手段，不僅可以進行多媒體和視頻教學方式的結合，還需要基于現在互聯網技術和信息技術以及大數據技術，為課堂教學提供更大支持。

對于教學內容，要保證內容更加簡單，進行多種類別的劃分，主動把握其中的重點和難點。還要將科技內容、重點項目等轉化為課堂教學內容，且引進現代先進技術和知識，保證項目教學方式的充分利用[2]，并將理論知識和實踐技術相互結合，促使學生獲得更豐富的知識和經驗，也能為學生的未來發展提供重要保障。

對于課程思政教學，需要更加合理地分析課程思政和“工程熱力學”課程之間的關系。并且，還需要構建專業性的教師隊伍，基于工科專業教師，將其和思想政治理論課教師相互結合，還可以增加心理咨詢師、輔導員等，使不同專業教師相互結合，促使其各自優勢的發揮，為工科專業課程思政教學提供強大的師資力量。最終達到將“顯性課堂”與“隱性課堂”相結合[3]，在“工程熱力學”課堂上向學生傳達社會主義核心價值觀在內的多維積極思想。

（二）課程設計方案

“工程熱力學”課程在實際教學中，總教學課時為64學時，其中的理論課程知識講解48課時，實驗8學時，學術專題研討8學時。整個授課環節均采用三段式線上線下混合式教學模式。教學方案的設計如圖1所示。在總體上主要劃分為課前、課中和課后三個階段，每個階段都需要引導學生積極參與，且利用網絡實現學生之間的相互溝通和交流。在整個教學活動中，需要將學生作為課程教學的主體對象，學生的理論課程學習能夠為教師課堂教學活動的執行和發展提供重要條件。

教師應該積極引導學生，保證學生形成完善的知識體系，促使課程學習更加有效。在課程執行前期，教師需要對該課程進行新教學思路的分析，基于網絡對該學習任務和目標詳細研究，鍛煉學生的自主學習能力。在課堂實際教學過程中，可以利用雨課堂教學平臺進行測試，測驗包括上次課程內容的測驗和本次課程內容的檢測兩部分。教師按照整個課程的教學目標以及每個課程前期的測試情況，對教學中的重點和難點內容實現針對性講解，使學生進行基礎知識的完善。該過程是在線上平臺進行的，能夠在答疑區域或者在彈幕區域實現師生的相互溝通。并增加對知識的充分利用，引導學生建構基礎知識，同時擴展知識面。通過線上平臺的應用，能夠促使師生之間的溝通和交流，在課后、課中引導學生積極反思，促使課程教學知識的持續化。在課程完成后，通過習題復習和知識鞏固更好地完成作業輔導。教師則可以在線上及時進行習題輔導及答疑。在這個課程改革教學方案設計中，能夠對課程教學思想政治內容有效創新，保證教學育人和名師教學的相互結合，構建知識組成與人才培養相互結合的課程教學活動，在專業課程教學中完成育人目標。

四、“工程熱力學”課程建設內容

完善“工程熱力學”教學內容體系，打造一門有特色、有價值的本科生一流精品課程，內容如圖2所示。

（一）特色精品慕課課程建設

在國家航空航天宇航應用科學與工程技術一流重點學科建設政策要求下，結合國內外優秀MOOC資源，基于雨課堂和智慧樹等平臺，建設具有航空航天特色的精品MOOC課程。

（二）高質量數字化課程建設

通過對多媒體與視頻教學的結合應用，在互聯網技術、信息技術以及大數據技術支持下，促使教學各個環節安排合理，并且建立虛擬仿真實驗室，通過Felac有限元分析軟件形成一個真實且不受時間、空間限制的虛擬環境[4]。使學生能夠抽象出工程實際中所涉及熱力學過程的數學模型，有效調動學生的學習興趣及學習能動性，充分實現“學中做”“做中學”的教學目的與方式。

（三）教學模式的全方位改革創新

廣泛開展多種、新型的教學模式，如引進啟發式教學、參與性教學及翻轉課程等模式，將單一的課堂模式進行創新，促使學生在思想上的激發，利用現代科研，創建良好的課外競賽平臺，如“大學生創新創業比賽”“互聯網+”等，促使學生積極參與。

“雙一流”建設能夠提高學生知識水平，保證現代教育理念的滲透，促使知識的有效傳播，彰顯整體的先進性。依托學科優勢和學校的優質課程建設項目，教學團隊對“工程熱力學”課程中的教學大綱、教學方案以及教學模式等進行全方位創新，旨在培養符合我國行業發展、國民經濟建設發展的先進人才。課程建設內容主要包括出版數字化大學教材、題庫和具有時間、空間四維感知屬性的虛擬案例建設。

（四）課程思政建設

基于航空航天領域背景，探索和研究“工程熱力學”課程思政教育的可行性，結合“工程熱力學”課程的特點和思想政治教育的核心內容，在課程中合理且巧妙地加入思想政治元素，精心安排教學環節，修訂教學大綱，通過各種網絡平臺、采取多元的考核方式等具體措施，為工程類專業基礎課程的教學提供參考。

結語

“工程熱力學”作為航空宇航科學與技術學科開設的一門專業核心課程，是從事航空航天類研究、開發以及設計工作的主要條件。在課程建設中還存在一些問題，該課程還需要對傳統課堂教學模式進行創新，積極引進參與式、引導式教學等教學模式，利用線下和網絡上的混合式互動教學，翻轉移動課堂、虛擬教學實驗等創新教學技術手段，引進競賽等課外教學競賽活動平臺，培養學生的自主綜合創新能力。通過不斷探索引入新教學知識、新教學技術、新工具的使用，使課程教學內容得到積極應用。基于移動互聯網絡和大數據等技術的利用，能使整個課堂教學動態展開，保證新型教學課程符合教學動態發展需要。還可以積極引進創新課程思政教學，將“顯性課堂”與“隱性課堂”完美結合，以促使地方區域經濟社會發展。

參考文獻

[1]決勝全面建成小康社會，奪取新時代中國特色社會主義偉大勝利[N].人民日報，2017-10-28（1）.

[2]楊海軍，李勇.基于學生培養的大型儀器開放共享新模式[J].實驗室研究與探索，2011，30（11）：243-245.

[3]方波，李繼凱.線上翻轉課堂教學模式實踐——以模擬電子技術課程為例[J].高教學刊，2021（11）：46-50.

[4]王麗麗，張快，客海濱.數值仿真與理論應用耦合式教學法在《工程熱力學》中的實踐[J].大眾標準化，2021（4）：129-131.

Research on the Online and Offline Mixed Teaching Reform of Engineering Thermodynamics Course

ZHANG Xiao-bin， WANG Lu， GU De-lin， YANG Chun-ying， LIU Ping-an

（College of Aerospace and Civil Engineering， Harbin Engineering University， Harbin， Heilongjiang 150001， China）

Abstract： Under the development requirements of first-class major construction and first-class classroom construction， the teaching reform of colleges and universities is facing great opportunities and severe challenges. From the aspects of the teaching objectives， the teaching content， reasons of teaching reform， the thoughts and contents of class construction， the paper introduces the research and practice of the teaching innovation in the course of Engineering Thermodynamics. Through online and offline mixed teaching， flipped class participation and guiding teaching， teaching supported by scientific research， virtual experimental teaching， applications teaching based on Internet big data， and “curriculum ideological and political education”， the paper proposes to train applicationoriented aviation and aerospace professionals to better serve the economic and social development of the country.

Key words： Engineering Thermodynamics； online and offline； mixed； teaching reform； “double first-class”construction

3167500589261