《流體輸配管網(wǎng)》課程線上線下混合模式教學改革的探索

劉鵬，毛瑞勇，周亞亞，于可，黃彥森，常娟娟，武寧波

（1. 貴州大學 土木工程學院，貴州 貴陽；2. 貴州財經(jīng)大學 高等教育研究與評估中心，貴州 貴陽；3. 貴州聯(lián)建土木工程質(zhì)量檢測監(jiān)控中心有限公司，貴州 貴陽）

一 引言

《流體輸配管網(wǎng)》是一門專業(yè)基礎課程，它以流體力學的基本理論為基礎，涉及建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)領域中各類流體輸配管網(wǎng)[1]。《流體輸配管網(wǎng)》是一門與工程實踐緊密聯(lián)系的課程，要求學生能夠利用理論知識解決實際工程問題，在本專業(yè)課程體系中起重要作用[2]。另外，《流體輸配管網(wǎng)》課程內(nèi)容廣泛，不僅包括通風、供熱、給排水、燃氣等管網(wǎng)系統(tǒng)，還有泵與風機的原理與應用等內(nèi)容，這對教師的專業(yè)知識儲備、工程實踐背景、講授技能提出了很高要求[3]。

對現(xiàn)代高等教育而言，傳統(tǒng)的“灌輸式”教學不能充分顧及學生的個性化學習需求，學生在學習中也無法提升對實際復雜工程問題的分析解決能力[4]；加之目前“新型冠狀病毒疫情”的影響，傳統(tǒng)模式的教學理念、教學方式、教學手段等正面臨嚴峻的挑戰(zhàn)[5]。另外，隨著教育部“教育信息化行動計劃”的逐步推進，“互聯(lián)網(wǎng)+”數(shù)字化教學工具與在線教學資源得到長足發(fā)展，從而促使線上線下混合式教學法日趨完善[6]。混合式教學法在一定程度上規(guī)避了線下教室的物理制約，是傳統(tǒng)課堂教學的重要補充，能夠增強師生溝通，提高教學與學習效率，同時也倒逼教師提升自身教學技能[7]。

“雨課堂”是目前流行的線上數(shù)字化教學工具[8]，內(nèi)嵌于PPT課件，方便學生和教師使用。教師可以利用“雨課堂”完成課前、課中、課后的每個教學環(huán)節(jié)。“雨課堂”還能為教師采集和歸納學生的在線學習行為數(shù)據(jù)，輔助教師掌握學生的學習進度，從而為量化學生學習效果提供依據(jù)[9]。

本論文以貴州大學土木工程學院開設的《流體輸配管網(wǎng)》課程為例，將課程特點與專業(yè)需求相結(jié)合，基于“雨課堂”線上數(shù)字化教學工具，開展線上線下混合式教學，力求探索教學理念、教學方式、教學手段與現(xiàn)代信息技術的有效結(jié)合方法，設計符合線上線下混合教學過程和《流體輸配管網(wǎng)》課程特點的評價體系，以期為后續(xù)教育改革與互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展提供參考與借鑒。

二 線上線下混合式教學實施情況

（一） 教學內(nèi)容與組織形式

《流體輸配管網(wǎng)》課程分為理論課程和實驗課程兩部分，其中理論課程共36學時，實驗課程共4學時。理論課程部分使用教材為建工出版社的《流體輸配管網(wǎng)（第四版）》，涵蓋教材的8章內(nèi)容，重點涉及各類流體管網(wǎng)的水力特性、枝狀管網(wǎng)的水力計算、管網(wǎng)的動力設備與調(diào)節(jié)裝置三大部分。實驗課程包含兩個課程實驗，分別為：（1）空調(diào)風管的流速、流量、壓力測定實驗；（2）通風機性能實驗。

《流體輸配管網(wǎng)》的36學時理論課程采用線上線下混合式教學，其中線上環(huán)節(jié)10學時、線下環(huán)節(jié)26學時。在教學過程中，教學內(nèi)容突出重點與難點，在保留傳統(tǒng)線下教學精華的前提下，結(jié)合線上數(shù)字化教學工具——雨課堂，將線下學習優(yōu)勢和線上教學優(yōu)勢結(jié)合起來，把握學科前沿，將理論知識與工程實踐緊密結(jié)合，提高學生綜合素質(zhì)。同時，教師利用“雨課堂”采集和歸納學生在線學習行為數(shù)據(jù)，從而掌握學生的學習進度和學習效果。

（二） 教學方法與手段

1. 線下授課環(huán)節(jié)

本次教改線下授課環(huán)節(jié)的重點任務在于講授課程內(nèi)重點知識點，結(jié)合實際工程案例，使學生構(gòu)筑完整的《流體輸配管網(wǎng)》知識體系。教師利用PPT教學課件授課，與教材內(nèi)容互為補充，把教材與規(guī)范、圖集、工程圖紙等不同教學資料組成一個有機整體，通過計算機使教材中原本抽象的理論、靜態(tài)的圖片變得豐富多彩起來。

《流體輸配管網(wǎng)》課程與工程實踐聯(lián)系緊密，教材中有大量的工程計算案例，筆者作為授課教師，在線下授課時將課本理論知識與標準規(guī)范結(jié)合在一起，讓學生能把教材中的流體管網(wǎng)計算案例準確用于解決工程實際問題。例如，在講授液體輸配管網(wǎng)水力特性時，以實際工程中的熱水采暖水系統(tǒng)圖為基礎，介紹液體管網(wǎng)與氣體管網(wǎng)的根本區(qū)別，重點講解閉式液體管網(wǎng)水力特性以及水力計算的方法與步驟；然后，利用線下授課面對面交流的優(yōu)勢，指導學生結(jié)合自身所學知識設計出合理的冬季采暖循環(huán)熱水管網(wǎng)系統(tǒng)，讓學生能夠?qū)W以致用，使其將知識轉(zhuǎn)化成能力。通過各種流體管網(wǎng)具體案例的學習，學生能夠逐漸掌握假定流速法、壓損平均法、靜壓復得法等管網(wǎng)水力計算方法和步驟，從而形成對流體輸配系統(tǒng)的整體認知，加深對課程知識體系的理解。

2. 線上授課環(huán)節(jié)

本次教改線上授課環(huán)節(jié)的重點任務在于解決學生作業(yè)中遇到的問題、回答學生自學知識點時的疑問。線上授課環(huán)節(jié)采用雨課堂，把以往傳統(tǒng)模式下的“溫故知新”環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡中，使得學生能夠多途徑聯(lián)系授課教師，其學習熱情和參與度有效提高；同時也縮短教師和學生在教學活動中的距離，增強了教與學雙方的互動。另外，教師在課后可由雨課堂服務器下載詳細的課堂情況報告，針對學生提問內(nèi)容再次講解或補充教學公告；學生通過手機客戶端即可反復觀看或閱讀；這種反饋機制可以將線上、線下的“預習、授課、作業(yè)”全過程教學有機聯(lián)系起來，實現(xiàn)課程的全周期把控和數(shù)據(jù)量化。

以《流體輸配管網(wǎng)》課程的泵與風機部分舉例，此部分內(nèi)容相對獨立，對學生而言是全新的內(nèi)容，且涉及的概念多、計算公式多，大部分同學學習起來較為困難，無法在線下課程中完全掌握課程內(nèi)容。因此，教師提前發(fā)布線上資源——湖南大學龔光彩教授開設的《流體輸配管網(wǎng)》公開課程，讓學生通過線上平臺先進行預習加自學，提前了解流體管網(wǎng)動力設備的運行原理、結(jié)構(gòu)特征、性能參數(shù)和基本方程（歐拉方程）。其次教師在線下課程中展示離心式泵與風機的葉輪、電機等實體模型，讓學生產(chǎn)生有關泵與風機的直觀認知，強化有關泵與風機能量損失及其效率的概念、公式等內(nèi)容。然后在線上授課環(huán)節(jié)中，教師針對學生課后習題完成情況，著重講解易混淆知識點，例如，泵與風機的理論性能曲線與實際性能曲線、有效功率與軸功率等；同時布置線上基礎練習題和進階練習題，其中基礎練習以客觀題為主，要求學生讀題后馬上作答，而進階練習以主觀題為主，需要學生思考并結(jié)合線下課程知識點發(fā)布課堂彈幕、匿名反饋，教師通過課堂情況數(shù)據(jù)報告，全面了解學生對重難點知識的掌握情況。這種線上線下混合教學模式，強化了教師的引導作用，突顯了學生在教學中的中心作用。

3. 實驗課程環(huán)節(jié)

《流體輸配管網(wǎng)》的實驗教學環(huán)節(jié)，由專業(yè)實驗教師在貴州大學土木工程學院的實驗中心授課。實驗課程包含兩個課程實驗，分別為：（1）空調(diào)風管的流速、流量、壓力測定實驗；（2）通風機性能實驗。實驗課程教學參考科學出版社《建筑環(huán)境與能源應用工程實驗技術》（楊春英主編）的相關內(nèi)容，實驗設備選自“哈爾濱努謝爾特教學實驗設備有限公司”的實驗平臺。

4.考核方式

《流體輸配管網(wǎng)》教改課程，采用線上線下混合教學模式，特別注重學生線上線下學習的過程考核。線上過程考核內(nèi)容主要包括：雨課堂在線課程學習效果、線上資源自學完成度；線下過程考核內(nèi)容主要包括：課堂參與度、出勤率、課后作業(yè)成績、課程實驗成績。除線上線下過程考核之外，課程總成績還包括期末考試成績，課程期末考試采取閉卷考試，主要考查學生對基礎知識的掌握情況以及綜合應用能力。流體輸配管網(wǎng)課程總成績?yōu)?00分，各項考核指標的權重如下表所示。

表1 考核指標權重分配表

三 線上線下混合式教學效果

《流體輸配管網(wǎng)》課程的內(nèi)容廣泛，且與工程實踐聯(lián)系緊密，本次課程改革采用了線上線下混合教學模式，在一定程度上規(guī)避了線下教室的物理制約，是傳統(tǒng)課堂教學的重要補充。相比于單純線下課堂教學，《流體輸配管網(wǎng)》課程采用線上線下混合教學模式的特色與效果如下：

（一） 實現(xiàn)高效課程管理

線上課程采用雨課堂提供的二維碼考勤方式進行課堂出勤率統(tǒng)計，極大簡化學生的課堂出勤管理。學生通過二維碼或直播鏈接進入課堂，自動完成出勤登記。針對學生個體，課堂大數(shù)據(jù)可給出詳細的學習活動數(shù)據(jù)，包含了彈幕提問情況、難懂PPT標記情況等。教師在課后可由雨課堂服務器下載詳細的課堂情況報告，針對學生提問內(nèi)容再次講解或補充教學公告；學生通過手機客戶端即可觀看或閱讀。此外，教師也可實時查詢到每個人的觀看或閱讀情況。

（二） 實現(xiàn)多樣化的教學互動

長江雨課堂的直播功能，可以讓教師在線講授PPT的時候向?qū)W生推送實時問題。這種實時問答環(huán)節(jié)本質(zhì)上是一種課堂實時互動方法，使教師了解學生對重難點知識的掌握程度。教師在準備PPT時，根據(jù)教學進度和重難點知識插入若干選擇題或者主觀題。在線直播時將測試題直接推送至學生觀看界面，要求在限定時間內(nèi)作答。教師可實時獲取學生答題情況，并及時對重難點知識進行再次說明和強調(diào)。

筆者在線上教學中發(fā)現(xiàn)，長江雨課堂直播時的實時彈幕功能，十分迎合當代大學生的喜好，他們樂于使用這種方式發(fā)表自己的想法，并在一定程度上鼓勵了那些不善開口的學生加入課堂討論。

（三） 在線學習不受課堂時限

傳統(tǒng)的線下授課一般不具備再現(xiàn)性，教師的授課PPT信息量大且因為版權問題也不能直接提供給學生，這不利于學生對重難點知識的反復思考與學習。線上線下混合教學模式，把部分重難點知識通過線上網(wǎng)絡進行講解，學生通過手機客戶端即可反復觀看教學視頻和閱讀授課PPT，把學習時間化整為零，方便學生自學，提高學習效率。另外，學生還可以通過網(wǎng)絡教學平臺將不懂知識點反饋給教師，從而將線上、線下的“預習、授課、作業(yè)”全過程教學有機聯(lián)系起來。

（四） 具有教學全周期把控和數(shù)據(jù)量化特性

教師提前把PPT課件和在線開放課程發(fā)布到網(wǎng)絡教學平臺，學生需要在上課前完成相應的預習和自習任務，并將遇到的問題發(fā)布在教學平臺，老師則在上課前就能查看學生線上預習和自習任務完成情況；上課時，教師有針對性地講解重難點問題；課后，教師可在網(wǎng)絡平臺隨時訪問學生學習的所有行為數(shù)據(jù)，從而把控“課前、課中、課后”全周期教學情況。另外，教師可根據(jù)每個學生的學習量化數(shù)據(jù)，客觀、全面地評價每個學生的學習效果。

四 結(jié)語

《流體輸配管網(wǎng)》課程與工程實踐聯(lián)系緊密，在本專業(yè)課程體系中起重要作用。針對該課程內(nèi)容多、難度大等問題，本文將線下多媒體授課與線上雨課堂授課相結(jié)合；線下授課在理論知識的基礎上，讓學生多接觸流體管網(wǎng)實際工程案例，形成對流體輸配系統(tǒng)的整體認知，加深對課程知識體系的理解；線上授課則重點解決作業(yè)問題、回答自學疑問。通過這種線上線下混合教學模式，提升了學生的課堂參與度，突出了學生在教學時的中心作用，同時教師通過平臺數(shù)據(jù)報告，充分把控“課前、課中、課后”全周期教學情況，并根據(jù)量化數(shù)據(jù)客觀、全面的評價每個學生的學習效果。在今后的《流體輸配管網(wǎng)》課程教學中，要不斷汲取各種教學理念、教學方式的優(yōu)勢，強調(diào)運用理論知識解決實際問題的能力，突出學生在教學中的中心作用，為國家培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才。