多平臺協同下“光電源散熱設計與分析”課程線上教學實施案例

鄒勇，丁守軍

(安徽工業大學 微電子與數據科學學院，安徽馬鞍山 243000)

信息技術的飛速發展、人工智能與教育的深度融合使教學方式向多元化方向發展，線上教學發揮了極大的作用[1-2]。大規模在線教育的實施，為我們提供了大量基于實踐的探索教育數字化轉型的經驗。黨的二十大首次將“推進教育數字化”寫進了黨代會報告，強調建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國[3]。人才培養模式以及需求的變化，推動教育實現數字化轉型成為當前教育改革發展的首要任務。教師如何轉變角色以適應線上教育是擺在所有一線教師面前的迫切問題。本文以“光電源散熱設計與分析”課程線上教學為例進行探索，分享線上教學實施過程中的一些體會。

一、案例背景

“光電源散熱設計與分析”課程是光源與照明本科專業學生的專業課程，要求學生通過本課程的系統學習，掌握光電產品不同的散熱方法和散熱途徑，對光源及其電源散熱的重要性與必要性有深入的認識，具備的電子產品熱設計領域的理論技能。

課程共32學時，其中課堂教學28學時（含仿真實驗教學2學時），課內實驗4學時。主要內容包含四大模塊：第一，光源（LED）與電源熱設計的基本原理與原則。熱設計的主要內容是為產品制定熱設計方案，并通過熱仿真、熱測試等方法預測和驗證產品的熱設計方案，以及優化和改進產品的熱設計，以保證產品長期安全、可靠地運行。熱設計的核心就是設計一個冷卻系統，在熱源至熱沉之間提供一條低熱阻通道，保證熱量順利傳遞出去。第二，傳熱學基礎理論及常用散熱方法。本章是傳熱學的理論基礎，旨在揭示熱傳導、對流等傳熱過程的物理本質、數學描述方法以及進行試驗研究的基本原則。著重掌握各種數學表達式所反映的物理意義，以能較好地理解傳熱過程的物理本質。第三，散熱設計常用于模擬軟件的學習使用。數值計算是在最近三四十年里快速發展起來的傳熱方法。除了計算機硬件的發展提供了堅實的物質基礎外，還因為無論分析的方法或實驗的方法都有較大的限制。仿真方法具有成本較低、開發周期短、便捷、能模擬較復雜或較理想的過程等優點，在給定的參數下用計算機對現象進行一次數值模擬相當于進行了一次數值實驗。第四，不同功率器件光電源的熱分析及散熱設計。學生通過實驗課程的學習，能掌握相關實驗的一些基本操作技能，具有獨立思考，獨立準備和進行實驗的實踐能力，增強分析與處理實驗數據的能力。

“光電源散熱設計與分析”課程已經連續開設了8屆，累計授課學生480余人。在創新競賽方面，學生利用本課程專業知識積極參加各類賽事，參與人次占總人數70%以上。學生在全國半導體光源系統創新競賽、中國大學生物理學術競賽（省賽和華東賽）、數學建模、物理實驗競賽、節能減排項目、“挑戰杯”項目、“互聯網+”項目均斬獲獎項。本專業學生基于課程內容申請的大學生創新創業項目獲批國家級5項，省級3項，校級2項，學生以第一作者發表論文7篇，參與發表論文5篇，申請發明專利2項，實用新型專利授權2項，相關研究成果多次在工程熱物理傳熱傳質分會進行口頭報告。我們通過多年的課程建設，課程榮獲安徽工業大學線上教學優秀課堂，是安徽省雙基教學示范課程，線上課程視頻資料22時38分。

“光電源散熱設計與分析”課程教學始終以專業人才培養目標為導向，以學生為中心，以立德樹人為根本，利用“互聯網+”的優勢，增加信息化資源，發揮線上教學的優勢和特點，提升課程的高階性、突出課程的創新性、增加課程的挑戰度，從課程目標、課程內容、課程設計及教學內容、教學方法、教學評價等方面著手，構建多平臺協同的線上課程教學模式，夯實專業內涵建設，提升專業建設水平，切實提高人才培養質量。以下就“光電源散熱設計與分析”課程“能量方程”知識點的線上教學情況具體展開。

二、案例設計思路

1.課前通知并在“學習通”發布簽到；

2.通過QQ群互動提問上節課知識點；

3.直播講授本節課知識點，選人答題；

4.結合知識點開展課程思政：佩戴口罩自我防護的必要性；

5.創新教育：獲取科技文獻方法；

6.根據課前大家報名情況，通過騰訊會議進行課程學習分享；

7.發布課后作業、拓展閱讀資料、上傳學習筆記。

三、教學目標

（一）知識與能力目標

首先，能量守恒方程是對流換熱過程中基本方程之一，通過對比分析前面學習的質量守恒方程及動量守恒方程，引導學生如何建立能量方程。能量方程和連續性方程及N-S方程組成完備的方程組。通過對知識點的闡述，學生在光電源等功率器件設計研發中，加深對熱設計方面的理論與技能的理解，能對簡單散熱系統進行理論分析。

泥巴喜歡畫畫和幻想，這兩者相輔相成，消耗大量時間。她可以邊畫邊想，也可以邊想邊畫，可以根據自己的畫再幻想，也可以根據自己的幻想畫畫，這么著，一天就過去了。泥巴學了很長時間的美術，以前在小學的時候和其他隊員一起畫畫，一天他們去畫一匹馬，但純情的姑娘在這個時候就顯露出自己的與眾不同來，所有男男女女交的作業中，唯獨泥巴畫的馬是不帶雞巴的。泥巴說，多難為情啊。

其次，通過分享設計報告，培養學生對散熱領域現狀調研與分析能力、問題發現與解決能力、書面表達與口頭答辯能力。

（二）育人目標

利用線上課堂，大家宅在家就能把“能量”聚集起來，用在學習上，培養學生做有知識、有技能、有思想、有擔當的新時代青年。

四、教學過程

采用QQ直播、騰訊會議進行直播教學，同時利用超星泛雅教學平臺構建線上教學資源的混合式教學方式。

（一）課前準備

通過“學習通”平臺發布簽到活動，發布與知識點相關的主題問題討論，設置任務點，分享預習課程資源等。

（二）課堂教學

使用騰訊QQ群屏幕分享功能進行直播。首先對上次課內容進行提問，了解學生對知識點的掌握情況。對以前知識點的回顧之后，引入本次課所要學習的新的知識點。在直播講解PPT時，師生即時交流互動[4]，發布課堂隨機提問活動。將較復雜的問題拆分為一系列的知識點的組合，符合學生的認知過程。例如：對于能量方程，它是一個二階偏微分方程，乍一看，公式很長，學生看到公式心里就會發怵。這就需要在教學過程中將知識點進行分解。做法如下：從中學階段接觸的物體吸放熱公式Q=CMΔT出發，結合前面的知識點導熱微分方程，運用“大學物理”課程中學過的熱力學第一定律建立能量方程。在講解的過程當中，教師調動學生的積極性，以搶答的形式引導學生給出推導過程中所用到的其他物理量，比如焓、內能等，達到溫故而知新的目的。將這些知識點串起來，就完成了新的知識點的學習。這種教學方法，培養學生分析問題和解決問題的能力，對知識點的組合使用，也是一種創新。這樣的學習就屬于創造性的學習。

通過前期線上授課情況的調查發現，部分學生感覺信息量過多，學習有些吃力。針對這一情況，及時調整課程進度，安排一次學習分享課。內容涵蓋對課程知識點的總結、知識點的擴充、散熱設計仿真心得等。通過分享，掌握學生學習情況，發現一些共同的特點，從而進行換位思考，從學生的角度對本課程進行分析，方便以后教學。教師應在總結發言中對學生分享的閃光點給予肯定和表揚，對知識點理解有偏差的地方給予鼓勵，略作補充說明。

本次教學過程中還與學生分享了如何利用VPN在家查閱文獻的方法。突出了本課程的“設計”特色。并以優秀學長為榜樣，鼓勵大家開展相關創新活動，發表相關學術論文[5-8]等。

（三）課后設置

五、教學效果與特色創新

1.各教學平臺協同工作，合理分配學時。課程共32（學時含課內實驗4學時）學時，11次課，理論部分每次3學時。采用QQ直播、騰訊會議等平臺實時講解。每次課分配2學時用于新知識點的學習，1學時用于知識點的復習及拓展，解決在熱設計過程中遇到的難點問題。

2.理論與實踐相結合，每次課制作一個仿真專題視頻，同時借鑒其他優秀視頻資源。課程預習資源包括知識點內容、其他優秀的短視頻等通過“學習通”提前發放，兼有理論和實踐操作。每次課課后布置一項專題作業，目的是通過仿真設計鞏固加深對所學知識的運用。配合專題作業，將仿真設計過程制作成教學視頻，方便學生反復觀看學習。

3.教師作為引導，突出學生主體作用。將傳統的習題課、復習課改為學習分享課。變被動學習為主動思考學習。指導學生查閱相關資料，培養學生文獻調研能力，通過撰寫設計報告，為后續畢業設計打下堅實的基礎。

4.通過線上線下開展豐富多彩的教學活動。例如，通過發布作業、討論、選人、測試、上傳學習筆記、答疑等方式鞏固所學知識。利用超星平臺數據統計功能，及時了解學生在線學習進度和自主學習完成度，對進度緩慢的學生進行督促輔導。

六、教學總結與反思

首先，教師要與時俱進。掌握新的線上教育教學方法，并把它融入到以后的教學中去。整合各種教學平臺，使之協同作業，發揮其最大功效。重視教學研究，積極參與教學改革，不斷提高學術水平和業務水平。

其次，教師要保持一顆年輕的心，積極接受再教育，系統學習新形勢下的教育理念，消化吸收新思想、新技能，順應新時代的教育教學潮流。作為擴展資料，本次課程中向大家推送了芬蘭研究機構模擬的飛沫運動軌跡，將課程知識運用與前期新冠疫情防護結合起來。從推送的視頻資料可知，人體打噴嚏飛出的飛沫速度可以高達160Km/h，這個速度相當于14級臺風過境。以具體的數字信息來說明科學道理，引起人們對疫情的重視，為大家普及了出門一定要戴口罩的觀念。同時，還可以引導學生自己建立模型，類比熱量的擴散，仿真病毒或氣溶膠的擴散過程。了解到病毒的傳播途徑之后，同學們就會積極響應國家號召，自覺宅在家里，不給社會添亂。

再次，教師要調動學生的主觀能動性。除了課堂互動外，學習分享環節也比較成功。全班55位學生，有10余人報名參加分享，學生參與度較高，根據課程進行情況，后續還會安排類似的課堂活動。課后要求學生結合所學內容上傳學習筆記，通過查閱文獻完成仿真報告，既有理論又有實踐，打破了傳統課堂的時空界限。重視教學活動中學生的主體性，重視學生對教學的參與，根據教學的需要合理設計“教”與“學”的活動。強化現代信息技術與教育教學深度融合，解決好“教”與“學”模式創新的問題，杜絕信息技術應用的簡單化、形式化。

最后，教師要整理分析學情數據，總結教學設計及反思。以超星“學習通”平臺的教學督導及管理體系為基礎，及時關注學生完成任務點的動態過程，把握任務點設置的難易程度及學生的完成度，再根據學生的反饋情況，調整授課方案。教師在教學實踐過程中，不斷完善過程性考核與結果性考核有機結合，培養學生解決復雜工程問題的綜合能力和高級思維能力。對于直播視頻，不但要求學生觀看回放，自己也要回看，發掘在課程教學方面還可以進行改進的地方，使以后的授課更加深入、生動，把教學工作做得更好。對課程教學總結和反思，不斷加強課程體系的整體設計，進一步促進知識、能力、素質的有機融合，提升課程的高階性，由此達到一個良性的循環，使“兩性一度”在教學實踐中構成閉環。