應用型本科高校工程熱力學混合式教學改革與實踐

鄧飛，蘭日華，劉恩喆，羅沛蘭

（南昌工程學院機械工程學院，江西南昌 330099）

近年來，隨著互聯網技術的發展，慕課、微課、翻轉課堂、雨課堂、線上線下混合式課程等新型教學模式得到高校教師的廣泛采用。 荊全忠等人[1]探討了“互聯網+” 背景下高校教學模式的創新路徑和改革方法，傳統的課堂教學模式受到嚴峻挑戰。虞效益和李威[2]基于微信公眾號構建了《制冷原理》課程的微型移動教學資源平臺，方便學生在課后進行線上學習。微信在大學生群體中具有很高的使用率，基于該平臺建設的課程學習資源，可利用移動互聯終端進行碎片化學習。 近年來，基于在線教學平臺的各類混合式教學模式在各高校被廣泛的研究和應用[3]。

在研究分析國內學者線上線下混合式教學方法[4]及其存在的問題[5]、以及相關典型案例[6]等基礎上，筆者基于微信公眾號建立了工程熱力學混合式教學互動平臺，通過設計線上線下混合式教學模式，將傳統線下課堂與線上教學有機融合，合理設計課前、課中、課后等教學環節，整合課程教學資源和構建知識體系，革新教學方法，在提高課堂教學質量的同時，也提高了學生參與教學的積極性，增強了學生的自主學習意識。

1 教學中面臨的問題

工程熱力學是我校能源與動力工程專業的一門重要專業基礎課，課程內容理論性較強，公式概念較多，設計計算要求高。在近年來的教學實踐中，筆者發現主要存在以下幾個問題：

1.1 理論教學學時有限，學生很難掌握熱力學難點和工程計算

工程熱力學課程現有40 學時，其中包含實驗教學6 學時，理論教學34 學時，教學內容包括理論基礎、工質性質和工程應用三部分，教學內容章節較多。有限的理論教學學時難以詳細展開講述熱力學重難點知識，例如熱力學第二定律及其計算、 理想氣體的熱力過程及其計算分析、壓氣機、噴管內流理論及工程案例設計計算等。有限的學時限制了知識點的拓展，如果學生在課前沒有預習，其在課堂上學習和掌握重難點知識較為困難，課后練習和作業的完成效果比較一般，最終導致學生對課程重難點知識的掌握程度一般。

1.2 傳統教學模式不適合我校學生的學習需求，學生學習興趣和效率較低

傳統教學模式是以教師為中心的“講授式、 灌輸式”為主，教師講授知識，學生被動接受知識，學生的學習參與度和效率都較低。 當代大學生在互聯網時代成長，習慣于依靠互聯網獲取新知識。 同時，近年來高校教師常采用項目式、任務式、互動式，以及基于PBL、OBE 理念的新型教學方法，試圖在讓學生學習知識的同時培養學生自主學習意識和創新思維，這些教學方式都需要學生在課外主動去學習和思考，這就面臨著如何合理組織學生進行課外自主學習的問題。

1.3 教材內容與工程實際聯系不多，學生不了解行業現狀和學科前沿

近年來，全球新能源產業得到大幅發展，新能源技術的開發利用受到各國的重視。一些新型的熱工設備、能量高效轉換技術快速涌現，包括太陽能光熱發電、太陽能制氫技術、氫燃料電池、新能源汽車技術等。 這些新技術和工程設備目前未能及時地在教材中展現，教材內容更新存在一定的滯后性，因此在教學過程中需要將理論與行業發展現狀相聯系，建設工程經典案例庫和學科先進技術教學資源，讓學生了解行業科技前沿技術和發展趨勢等課外內容，開闊學生視野。

2 線上線下混合式教學模式設計

針對教學中存在的上述問題，筆者基于微信公眾平臺移動互聯技術建立了工程熱力學線上教學平臺，學生可在該平臺上隨時隨地利用碎片化時間開展學習，觀看課程講解視頻，通過關鍵詞查找搜索各章節重難點知識，以及在平臺上進行師生互動答疑、話題討論等線上活動。

微信公眾平臺訂閱號具有自定義菜單、頁面模板、話題等模塊，同時具有消息管理、用戶管理、菜單統計和素材管理等功能。 考慮到應用型本科高校工程熱力學教學過程中存在的問題，依據“教師為主導，學生為主體” 的教學理念進行了基于微信公眾平臺的線上線下混合式教學模式設計，如圖1所示。

圖1 基于微信公眾號的工程熱力學混合式教學模式

在課前，教師通過微信公眾號發布包含本次課程教學目的、教學內容、教學方法、教學要求、視頻動畫等內容的預習微課，結合學生學習情況給出本次課程的重點和難點，并提供線上課件、講解視頻等教學資源供學生學習。 教師要求學生在課前進入微信公眾號進行課前自主學習，完成預習微課，熟悉下一節課的學習內容、重難點等，并歸納在線上學習過程中所遇到的疑難問題等，供線下課堂教學時進行師生討論。

在課中，教師通過隨機提問或者課堂習題庫測驗的方式考核學生課前學習情況，了解學生對課程內容的認知程度，據此調整本堂授課的側重點和教學方式。例如，在講述理想氣體的熱力過程時，針對定容過程和定壓過程，要求學生上臺來推導各過程的方程、基本狀態參數間關系式、膨脹功、技術功、熱量計算公式以及P-V、T-S 圖的繪制，分析圖形曲線的含義，檢驗學生的學習效果。 通過課堂互動討論的方式提高學生學習積極性，引導學生進行話題討論和深入思考，掌握教學內容的難點。與此同時，教師在教學過程中需要注重將理論與工程實際相聯系，介紹與理論知識相關的工程案例，激發學生學習興趣。

針對知識內容難度較低、應用性較強的部分內容，如基本概念、理想氣體的熱力性質、蒸汽的熱力性質和熱力過程等章節，要求學生在課前先進行線上自主學習，然后在線下課堂進行翻轉課堂教學，抽選學生上臺講解，考核學生學習效果的同時也鍛煉了學生的表達能力，不僅節約了課時，也提高了學生的學習參與度、學習效果和綜合能力等。

在課后，教師根據課程的教學內容要求所有學生歸納總結本次課程的重難點知識，然后選擇完成質量較好的內容歸納總結制作成微信公眾號內容進行發布，供其他組的學生參考和查閱學習。 同時，學生也可以根據自身學習情況，利用微信公眾平臺與教師進行師生互動答疑，分析討論在課中和課后學習中遇到的疑難問題，深入淺出，掌握知識要點。 教師在平臺上發布與課程相關的課外知識和學科前沿資訊，例如太陽能發電儲能系統的可行性方案及其存在的問題等，培育學生的創新思維，開闊視野，激發學生的創新實踐能力，引導具有創新意識和能力的學生進行創新設計，組織學生參加各類相關的大學生學科競賽。

3 線上線下混合式教學的實踐

為了實現工程熱力學課程的線上線下混合式教學，筆者創建了微信公眾號線上教學平臺“火寶寶”，該平臺主要設置了在線學習、課程資料、學科相關三個菜單欄。

“在線學習”欄目菜單用于發布課程的課件講解視頻微課和重難點知識等內容，供學生進行課前、課后線上自主學習。 該菜單欄下設置有預習導入、在線課堂、課堂測驗、知識要點模塊，學生在課前可以進入“預習導入”了解本次課程的內容，通過問題導入的形式引起學生學習興趣，激發學生思考；學生在“在線課堂”中觀看PPT 課件講解短視頻，學生選擇指定章節學習下一節課程的主要知識。 “課堂測驗”設置了少量的課堂考核題目，包括填空題、選擇題和簡答題，方便教師在線下教學過程中開展課堂測驗，檢驗學生的學習效果。“知識要點” 可供學生在課后時間反復觀看和理解，鞏固課程重難點知識。

“課程資料” 欄目菜單主要用于發布課程教學大綱、習題冊、模擬試卷、互動答疑、問題匯總等課程輔助資料。其中習題冊為學生課后復習提供了海量題庫，模擬試卷提供了國內重點高校工程熱力學期末考試試卷和部分高校考研專業課歷年試卷，供學生下載使用；學生可通過留言或語音功能與教師進行互動答疑，解決學習中存在的困惑，然后教師在“互動答疑”區中持續更新學生提出的新問題及答案，便于學生查閱和學習。

在“學科相關”版塊設置了學科前沿、學科競賽和其他課程等內容。 “學科前沿”介紹與本專業或本課程有關的熱點話題。 “學科競賽”介紹與本專業相關的國內大學生學科競賽情況，例如“挑戰杯”課外科技作品競賽、全國大學生節能減排競賽、可再生能源科技作品競賽等，用于指導學生進行創新設計和參加學科競賽。

2020年，教學團隊基于該平臺開展了線上線下混合式教學，與以往相比，本次教學對象的自主學習程度顯著提高，學生參與課堂互動討論更加積極，課堂氣氛更為活躍，通過轉變傳統的“滿堂灌”課堂教學方法，學生學習方式發生改變，學習效率大幅提高。從考核結果來看，及格率達到97%，優秀率為26%，平均成績與2019年相比提高了11%，學生整體成績明顯提高。

4 結語

實踐表明，基于微信公眾平臺的應用型本科高校工程熱力學線上線下混合式教學模式可以激發學生的學習興趣，提高學生的自主學習和思考能力，彌補了傳統灌輸式課堂教學模式存在的不足，學生上課期間低頭瀏覽手機的時間明顯減少。 微信公眾平臺的課程內容設置促進學生在課后利用碎片時間進行自主學習，養成了良好的學習習慣。 平臺所發布的學科前沿信息資源，有效地開闊了學生視野，啟發了學生的創新思維。 通過以教師為主導、 學生為主體的教學設計和實施，學生在課前和課后進行自主學習，在課中與教師積極互動、參與課堂討論等，學習方式便捷，學習效率提高，受到學生的普遍認可。