基于混合式教學的“內燃機原理”課程教學改革與實踐

史 程，雷 健，張 靜，張 亮，李 楠

（燕山大學車輛與能源學院，河北 秦皇島 066004）

0 引言

在新工科建設中便提出了以“主動布局、設置和建設服務國家戰略、滿足產業需求、面向未來發展的工程學科與專業，培養造就一批具有創新創業能力、跨界整合能力、高素質的各類交叉復合型卓越工程科技人才”為目標的教育改革行動[1]。內燃機是車輛、船舶和交通運載工具等設備的動力來源，同時也是經濟發展和國防建設的“動力心臟”[2]，“內燃機原理”課程便是圍繞著內燃機的基本工作原理、性能和參數等相關知識展開，并作為能源與動力工程和車輛工程專業的核心專業課教授[3]。“內燃機原理”課程具有十分重要的地位，該課程旨在為產業需求建專業、為技術發展改內容和為學生志趣變方向，隨著技術的迭代發展，“內燃機原理”課程的教學也迎來了一系列變革，在教學環節不斷融入新式教學方式，側重于理論與實踐的融合，促進課程思政、創新思維和專業知識之間的有機結合。

在智能信息化時代背景下，智能信息技術取得了蓬勃發展，并不斷地推動著教育方式與教學手段的改革，如今，混合式教學被廣泛應用到教學改革中去，但在實際教學活動中，對智能信息化設備的應用并不充分，未能發揮其應有的優勢。為彌補傳統“內燃機原理”課程教學的不足，本文在混合式教學的基礎上，引入靈活多樣的教學方式和評價手段，調動學生的積極性，就如何提升教學效果和推動“以學生為中心”的教學體系的構建展開論述。

1 “內燃機原理”課程教學存在的不足

內燃機是現代應用科學發展較為快速的領域之一，是多學科綜合應用的產物，內燃機原理作為動力工程專業課程體系專業教育必修模塊核心課程之一，具備特點：（1）綜合性，該課程主要涉及了能源與動力工程專業的四門核心專業基礎課，即傳熱學、工程熱力學、流體力學和燃燒學，是多門課程核心知識綜合凝練的體現。（2）前沿性，內燃機技術作為發展較快的領域之一，相關技術日新月異，涉及低碳和碳中和燃料的應用和先進燃燒技術的發展，在教學中需要不斷結合前沿技術的發展進行相應調整。（3）創新性，教學過程中包含了許多實際工況的運用，提供了豐富的工程實踐作為訓練案例，融合了實踐精神和創新精神。鑒于以上特點，老師教好且學生學好并不容易[4]。

在以往的“內燃機原理”課程教學中，往往將內燃機視為單一的動力轉化部件講授，缺乏跨學科的溝通與交流，同時與雙碳目標下內燃機新一輪綠色革命脫節，與新工科建設背景下的課程體系建設要求不匹配，存在創新型和綜合性不足的問題[2]。這些在產業變革和技術迭代背景下出現的教學問題亟待解決，應以價值塑造、知識傳授和能力培養作為教學核心目標，形成“以學生為中心”的課程教學模式，而借助于線上教學資源，促進混合式教學，能很好地解決這些問題。

2 課程教學設計

葉布盧姆等人在認知領域對教育目標進行了劃分，他將認識的過程分為了記憶、理解、應用、分析、評價和創造6 個層次[5]，如圖1 所示，將布魯姆目標教學法化用到內燃機原理課程的教學中，將學習的目標分為了傳授知識、培養實踐能力和創新三個層次。

圖1 布盧姆目標教學法在“內燃機原理”課程中的應用

在布盧姆目標教學法的基礎上，為落實混合式教學在教改中的應用，將在“內燃機原理”課程內容建設、教學過程改革、考核體系構建等方面展開針對性的實踐和創新[4]，并在此基礎上進行進一步的探索。

2.1 明確目標導向是教學設計的根本保障

在混合式教學實踐中，教師會把一部分線下教學內容轉為了線上的學習任務，讓學生自主學習，這增加了學生投入的學習時間和精力，但往往并未取得明顯效果，這使得許多教師感到困惑，往往將問題歸結于對線上資源的運用不合理，然而，其根本問題在于混合式教學的目標設計并不明確。

清晰明確的目標導向可以支撐著后續的教學方案、活動和內容的設計，而在實際教學中，這一環節一直是薄弱點，存在盲目套用已有模式、針對性不強、層次不清晰等一系列問題，明確課程設計的核心在與回答“學生可以通過學習這門課程獲掌握怎樣的知識、能力和方法？”，這一核心問題可進一步展開為三個子問題：①這門課的核心教學內容是什么？②學生最希望通過這門課程收貨什么？③學生在課程學習中的難點在哪[6]？這三個問題分別對應著學習內容分析、結果分析和需求分析這三個方面的要求。

在核心目標的設計中，第一步分析學習內容，“內燃機原理”課程的關鍵在于掌握內燃機的各參數和運行工況；第二步分析學習結果，學生最希望獲得的是內燃機的各類評價指標和性能參數；第三步學習需求，學生在學習中的關鍵難點在于實現動力裝置的優化；最終，將該課程的核心放在結合發展趨勢就優化內燃機的方案進行探究。

2.2 線上線下教學相結合是教學設計的關鍵

如何推動混合式教學一直是教學改革中的難點。混合式教學實現過程中的關鍵問題在于線上和線下學習比例的問題，其關鍵點在于解決教學活動和內容的重復，線上和線下教學不應獨立看待，在結合現場教學活動的前提下，三者相輔相成，這其中包含了如下兩層含義。

（1）針對不同的教學目標應選擇最適宜、最高效的教學方法。上述的教學方法對教學的策略和目標的實現有不同方面的支持程度，在線下教學中，“對話式教學”“講授”是最為常見的教學手段，如果將其與線上學習資源加以結合，可以通過學習平臺展開“討論”“評價”“探究”等活動，并反饋到線下教學中，而實踐、實操類活動更適宜進行現場學習。

（2）不同學習方式之間可以相互支撐、相輔相成。在教學設計中應避免線下、線上和現場教學內容的簡單重復，三者之間應互為補充，為檢測線上學習效果，可在線下教學中進行匯報討論，也可以將課上沒有時間教授的知識轉為線上學習，豐富學生獲得知識的途徑，因而教師在進行教學設計時，應在現有平臺的基礎上構建出線下、線上和現場教學間的橋梁。

2.3 開放式教學是保持求知欲的催化劑

混合式教學并不會因其豐富的內容而使之變得富有吸引力，故而混合式教學設計的首要目標仍然是激發學生的學習動機。首先要讓學生清晰的認識到自己所學的內容具有的現實價值，自發地產生成就感，提高學習的興趣，同時利用海量的線上資源，設計開放式學習活動，這意味著所設計的教學內容和活動不再一成不變的標準答案，而是給學生留下更多的自由發揮的空間，正如杜威指出的，失敗的教育往往把精化知識探究的結果與原始的、自然的探究對象混為一談，從而試圖教給學生精煉的解決方案，而不是教學生自己去探索問題、參與探究過程、尋求解決方案[6]。

為達成這一目標，課程設計了多種開放式活動，留給學生自由發揮，完成自身知識體系的構建。在課程之中，讓學生自由結組，結合線上所學以及自己查閱的資料，展開討論課，同時也基于現場教學的內容開展三級項目，讓學生可以隨時隨地就相關問題進行思考并展開討論，學習者被賦予了充分的自主權，使其自發開展學習[7]。

2.4 學習分析技術推動個性化學習建設

基于在線平臺的學習分析技術改變了傳統的教育評估手段，實現了智能且及時的個性化評估，讓教師實時了解到班級整體和學生個人的具體學習情況，進而適時對教學計劃進行調整，為學生的個性化學習提供了保障，并基于平臺對學生學習情況記錄的數據，還能預測學生的學習表現，并及時發現問題，幫助教師根據學生現有的知識水平和興趣愛好進行學習設計，并給予部分學習進度較慢的學生支持和幫助。

3 課程教學改革與實踐

3.1 混合式教學框架

為實現“內燃機原理”課程的混合式教學改革，在教學調研、授課內容和教學改革過程等方面展開針對性的改革和實踐，并隨之制定相應的實施細則，探索“內燃機原理”課程教學新格局，基于上述問題構建了內燃機混合式教學的基本框架如圖2 所示。

圖2 內燃機原理課程改革總體思路

3.1.1 問題導向，開展調研

為深入了解課程核心培養目標，深刻領會專業學習的核心要義并將其融入到人才培養過程中去，同時重點關注能源與動力工程本科專業的培養說明，在“內燃機原理”課程的教學過程中充分挖掘新的改革增長點，開展了豐富的調研活動，通過查閱大量的文獻，使授課內容緊貼內燃機發展前沿，為內燃機領域培養創新型人才，讓學生充分了解到內燃機領域的前進方向和仍需攻克的技術難題，服務于國家重大發展戰略，調研的開展也拉近了師生之間的距離，充分考慮學生的感受，有利于構建“以學生為中心”的新局面。

3.1.2 目標導向，實施改革

立足于人才培養，以實現“內燃機原理”課程改革建設為目標，提出了各項舉措。在課程內容建設、教學過程改革和評價體系構建等方面開展一系列有針對性的改革和實踐，工科應當充分結合實踐，以探索“沉浸式”的“內燃機原理”教學模式，讓書本中的內燃機“轉動起來”，讓學生有機會動手實踐，使原本抽象的知識具象化，更易于吸收理解。

3.2 教學改革舉措

3.2.1 以創新型人才培養為根本，有機融入課程思政

面向工程人才教育的基本要求，學校以培養創新型人才作為根本任務，綜合考量“內燃機原理”的課程特點，深挖該課程內在的思政內涵，將馬克思主義經典理論和習近平新時代中國特色社會主義思想等理論成果融入到教學過程中，通過線下的授課教學以及討論課，再輔以學生自主的線上學習以及調研，讓學生立體地了解到行業發展動態，即我國的內燃機行業起步較晚，與外界仍有較大差距，仍有較多卡脖子問題亟待解決，可以教育和引導學生樹立社會主義共同理想，為內燃機行業不斷輸送新鮮血液。此外，還需將調研和討論課中的重點以及工程實踐中的難點有機引入教學過程中，讓學生自行探索內燃機新型燃燒技術、替代燃料以及結構優化，為將來的工程實踐奠定基礎，并以保障了課程的前沿性和創新性。

3.2.2 以動態調整為關鍵，深化課程體系建設改革

針對日新月異的內燃機領域，持續推進教學過程改革，及時評估學生反饋情況，對課程教學進行動態調整是不可避免的。在傳統的課堂教學中，往往是單一的線下教學，加之“內燃機原理”這門課程的任務量大，學生對課程內容的吸收并不理想，會出現較多掛科的學生，可以通過引入信息化教學手段，豐富課堂模式，借助MOOC、學習通和雨課堂這些平臺，建立“內燃機原理”課程教學資源網站，為學生構建真正的智慧教育環境，通過對視頻資源的講解，讓學生更為直觀地看到內燃機的結構和運行工況，同時打破了傳統教學方式的時間空間限制，學生可以隨時調閱教學資源，補充了線下教學中的不足[8]；然后挖掘信息化學習數據以動態調整教學方式，以教學章節為單位，通過信息化教學平臺導出學生學習數據和教師教學數據，深入分析疑難點標記、課堂習題回答狀況和課堂教學反饋等數據，結合上述信息可以動態的調整教學進度和方式，并可以給予部分進度較慢的學生一些幫助；最后在課程后期開展實驗課和三級項目，實現理論教學和實踐教學相結合，實驗課中可帶領學生拆裝發動機，并觀測發動機的運行工況，讓學生結合自己的所學所感撰寫報告，升華書本中的知識，在對內燃機的結構以及運行工況有了充分認識后開展三級項目，讓學生直面工程實際問題，對內燃機的優化策略展開討論，調動了其積極性，培養了學生的創新和實踐能力，強化了學生對知識的理解和運用，促進了其對內燃機原理從初級認識到高級認識的轉變，令整個教學過程更為契合布盧姆目標教學法[5]。

3.2.3 以持續改進為目標，構建課程綜合考評體系

教師應將為內燃機行業發展持續輸出高端人才的理念貫徹到整個教學活動中去，推進新型的考評體系構建，并反饋到課程實踐中去。現有的考核機制往往過于刻板，在此基礎上，引入了“教”與“學”的評價，豐富了評分機制，其中“教”的評價包含了教師自評和學生評價，有利于老師了解自己的授課效果，并在后續做出相應調整，而針對學生的“學”的評價包含了學生自評、學生互評和教師評價，使學生更好地發現自身長處，確定自己的發展方向，更好地服務于內燃機技術改革。這一評分機制將原本割裂的“教”與“學”有機融合起來，課程教學形式從理論“灌輸”為主轉變為能力“引領”為主，以教師“被動”講授為中心轉變為學生“主動”參與為中心，以“講中記”為中心轉變為以“做中學”為中心[9]，有助于翻轉課堂的實現，培養出一批真正對內燃機感興趣的學生。此外，在傳統單一的線下教學方式的基礎上，促進線上教學和線下教學相融合，教師可以利用課堂時間為學生講授課程知識，并輔以線下教學活動，讓學生將課堂所學投入到實踐中，指導學生參加各類競賽，為內燃機的發展貢獻自己的智慧，將所學內化于己，教師還可實時發布調查問卷，讓學生可以如實反應教學效果，輔以線上答疑和線下討論的方式幫助學生解決問題，加強了學生與老師間的聯系。另一方面，教師通過線上平臺與同學生進行學習互動，發現自身在教學活動中的不足，達到相互學習、取長補短的效果，打破師生間的交流壁壘，提升了教學效率與質量。

3.3 教學改革成果

有機融入思政元素，完成“內燃機原理”教學設計，讓學生了解到我國在內燃機行業的不足，塑造了學生的歷史使命感和社會責任感，為行業建設貯備了大量的人才資源；深入教育模式改革，落實教學實踐的各個環節，形成了教學動態調整策略，結合當下行業發展方向，使得教學內容與國際接軌；通過對課程綜合評價體系的深入探索，保障了教學改革的可持續性，激發學生的學習自主性，培養出一批富有創造力的動力領域人才。

通過上述措施，彌補了在以往教學活動中的不足之處，學生掌握的知識源于書本，卻又高于書本，授課內容緊隨時事，結合當下熱門的內燃機燃燒技術優化和替代燃料探索，讓學生真正走入行業前沿，為學生的長期發展奠定基礎，同時采用了豐富的授課手段，提高了學生的課堂專注度，更好地掌握內燃機的工作循環以及性能優化匹配，引導學生思考內燃機的發展方向，期間的互動也加強了師生聯系，使得教學可以延續到課后，帶領學生參與相關項目，培養學生的綜合能力，使得學生的成績得到了明顯的改善，更為重要的是，培養出了一批又一批熱愛并服務于內燃機行業的專業性人才。

4 結語

針對“內燃機原理”教學面臨的挑戰和問題，提出了信息化背景下課程改革的新方法，在混合式教學的基礎上，引入調研、課程思政和綜合教評體系等方式，使學生的綜合素養得到提升，實現了從“以教師為中心”向“以學生為中心”的轉變，解決了學生日益增長的創新思維與教學深度與廣度不足之間的矛盾，同時，讓學生更多地參與到實踐中去，深化了學生對知識的理解，提高分析問題和解決問題的能力，并為內燃機行業的發展貢獻智慧。由此形成了獨特的“內燃機原理”教學體系，并為工程類課程改革提供借鑒和參考。