基于混合式教學(xué)的燃料與燃燒學(xué)創(chuàng)新與實踐

馬彥花 高晟揚 和婷

根據(jù)燃料與燃燒學(xué)學(xué)情分析，確立了課程教學(xué)改革與創(chuàng)新的思路。結(jié)合燃料與燃燒學(xué)在人才培養(yǎng)體系中的重要性以及當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀，提出“以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)”的混合式課程教學(xué)創(chuàng)新理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究實踐的培養(yǎng)，具體落腳于課程內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)模式的創(chuàng)新，主要包括教學(xué)內(nèi)容的模塊化、思政的融合、燃燒學(xué)故事體系的構(gòu)建、翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計、智慧課堂的構(gòu)建、逆向教學(xué)設(shè)計法、工程師進(jìn)課堂及創(chuàng)新實驗平臺等方面。通過課程改革與創(chuàng)新，大大提高了學(xué)生的綜合能力，提高了教師的綜合能力。

1 學(xué)情分析

燃料與燃燒學(xué)是能源與動力工程專業(yè)的必修課程，該課程概念多、定理及公式推導(dǎo)過程嚴(yán)密，是一門真正的“硬課”，而前序課程如高等數(shù)學(xué)、普通化學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)等，也都是實實在在的“硬課”。對應(yīng)美國教育心理學(xué)家本杰明·布魯姆認(rèn)知模型中的低階、中階、高階認(rèn)知，根據(jù)教學(xué)反饋可得出結(jié)論：學(xué)生的低階認(rèn)知，即對識記、理解型的知識相對掌握較好，在進(jìn)行了教學(xué)改革以后，對高階的認(rèn)知也得到了一定的提升，但是對于知識的應(yīng)用及分析，即中階認(rèn)知，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。因此，應(yīng)強(qiáng)化中階認(rèn)知，才能使得學(xué)生的知識體系從低階到高階形成合理的支撐關(guān)系，避免創(chuàng)新的思路得不到專業(yè)知識的有效支持。而且，燃燒現(xiàn)象雖然常見，但學(xué)生親自操作燃燒設(shè)備的機(jī)會卻很少。因此，該課程具有一定的困難性，主要表現(xiàn)在理論學(xué)習(xí)難度較大、實踐訓(xùn)練實施、課程思政融入困難、創(chuàng)新思維如何形成等。

因此，在燃燒學(xué)專業(yè)知識傳授和課程思政實施兩個層面，都需要加強(qiáng)中階認(rèn)知，才能使低、中、高階的認(rèn)知順利貫通。要求掌握燃料與燃燒學(xué)的相關(guān)理論技術(shù)，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實際，這對新工科背景下燃料與燃燒學(xué)課程教學(xué)創(chuàng)新提出新的挑戰(zhàn)。區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)以“教師為中心、課堂為中心、教材為中心”的滿堂灌課堂，新課程提出“以學(xué)生為中心、以翻轉(zhuǎn)課堂為平臺、以智慧課堂為載體、以課程思政為抓手、以能力培養(yǎng)為目標(biāo)”的混合式課程教學(xué)創(chuàng)新理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計、團(tuán)結(jié)合作、探究實踐的培養(yǎng)，具體落腳于課程內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)模式等方面的創(chuàng)新。

2 課堂改革與創(chuàng)新

2.1 教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

（1）教學(xué)內(nèi)容模塊化

為了使學(xué)生能夠更好地理解和掌握知識點，建立清晰的課程知識內(nèi)容框架體系，系統(tǒng)地掌握課程內(nèi)容，根據(jù)燃料與燃燒學(xué)內(nèi)容特色，可將其劃分為兩大塊、四小篇。兩大塊：理論模塊和應(yīng)用模塊。四小篇：燃料篇、燃燒反應(yīng)計算篇、燃燒基本原理篇及燃燒方法與裝置篇。其中燃料篇、燃燒反應(yīng)計算篇、燃燒基本原理篇為理論知識模塊，燃燒方法與裝置為生產(chǎn)實際應(yīng)用模塊，詳細(xì)見圖1。

（2）立德樹人，專業(yè)課程與思政課程同向同行、專業(yè)教育和思政教育有機(jī)融合

課程思政教育要以學(xué)生為本，教師在課程思政的大背景下，結(jié)合模塊化教學(xué)內(nèi)容，積極探索和制訂新的教學(xué)目標(biāo)，在傳承“工匠精神”的同時，發(fā)揮“立德樹人”的導(dǎo)向作用。按照課程目標(biāo)完善大綱，分析挖掘各知識單元蘊含的思政教育資源，圍繞課程思政育人目標(biāo)，凝練課程思政教學(xué)要點，強(qiáng)化中階認(rèn)知。具體見表1所示。

（3）構(gòu)建“燃燒學(xué)故事系統(tǒng)”，樹立課程精神氣質(zhì)

以教學(xué)模塊為單位，精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，融入人文素養(yǎng)，樹立課程精神氣質(zhì)。針對章節(jié)內(nèi)容挖掘“燃燒人文元素”，精選案例將燃燒學(xué)枯燥煩瑣的定律、公式串聯(lián)成一個個有血有肉有情節(jié)的故事，構(gòu)建“燃燒學(xué)故事體系”（見圖2），高階認(rèn)知和低階認(rèn)知良性互動，提升學(xué)習(xí)主動性。引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和價值理念，在樹立課程“富有精神氣質(zhì)，充滿家國情懷”形象的同時，實施課程思政，真正實現(xiàn)課程思政潤物細(xì)無聲。如在學(xué)習(xí)燃燒學(xué)簡史、講述錢學(xué)森回歸報效祖國時，構(gòu)建“火之文明”故事，回顧學(xué)科發(fā)展史，樹立歷史責(zé)任感；在學(xué)習(xí)著火理論時，圍繞“赤壁大戰(zhàn)”中蘊含的燃燒理論，建構(gòu)“赤壁風(fēng)火”故事，剖析經(jīng)典歷史事件，深入領(lǐng)會著火理論；在講述火焰穩(wěn)定性時，探討奧運火炬?zhèn)鬟f過程中的氣體火焰穩(wěn)定技術(shù)，構(gòu)建“奧運火炬”故事，強(qiáng)化民族自豪感；在學(xué)習(xí)異相燃燒知識點時，討論“生日蠟燭一吹就滅”和“燒烤木炭越吹越旺”的原因，探究固體燃料燃燒的原理，發(fā)現(xiàn)生活中的燃燒現(xiàn)象及技術(shù)等。

2.2 教學(xué)模式創(chuàng)新

（1）翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

以學(xué)生為中心、以教師為主導(dǎo)。通過小組合作，使學(xué)生處于自覺主動學(xué)習(xí)的中心地位，教師在教學(xué)過程中進(jìn)行持續(xù)的跟進(jìn)與評價，挖掘?qū)W生潛能，讓課堂教學(xué)從靜默、簡單問答走向?qū)υ挕①|(zhì)疑、辯論，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)靈感與創(chuàng)新思路方法。翻轉(zhuǎn)課堂主要包括：教學(xué)模式的翻轉(zhuǎn)（課內(nèi)講授課下消化翻轉(zhuǎn)為課前自主學(xué)習(xí)、課內(nèi)互動）、學(xué)生地位的翻轉(zhuǎn)（被動學(xué)習(xí)翻轉(zhuǎn)為以學(xué)生為中心）、老師地位的翻轉(zhuǎn)（教師主導(dǎo)翻轉(zhuǎn)為教師引導(dǎo)）及教學(xué)時間的翻轉(zhuǎn)（自主學(xué)時的增加）。

（2）智慧課堂構(gòu)建

建設(shè)并逐步完善燃料與燃燒學(xué)課程的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源，依托中國大學(xué)MOOC平臺、智慧樹、學(xué)銀在線、網(wǎng)易公開課等豐富高階資源，借助雨課堂、QQ、微信等現(xiàn)代教育手段，融合多媒體、動畫等信息技術(shù)，制作碎片化的教學(xué)視頻，利用配套教材、課程PPT、章節(jié)習(xí)題、實踐案例、專業(yè)文獻(xiàn)、資源鏈接等，結(jié)合知識點進(jìn)行延伸拓展，構(gòu)建智慧課堂，促進(jìn)課前—課中—課后教學(xué)過程閉環(huán)（見圖3）。考慮疫情常態(tài)化教學(xué)管理，進(jìn)行線上—線下高質(zhì)量混合教學(xué)，打造多樣課程資源，并把強(qiáng)國愛國的課程思政融入課堂中。

（3）逆向教學(xué)設(shè)計法

以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，使用逆向設(shè)計法，從“教學(xué)目標(biāo)”向“主要教學(xué)活動”逐個環(huán)節(jié)逆序推進(jìn)，形成完整的教學(xué)設(shè)計流程，即在具體的教學(xué)實施過程中，深入剖析教材內(nèi)容并進(jìn)行模塊化分類，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容首先確定教學(xué)目標(biāo)和思政目標(biāo)，圍繞教學(xué)目標(biāo)設(shè)計教學(xué)活動，根據(jù)教學(xué)活動確定課堂講授策略，詳見表1。

（4）雙師型教學(xué)隊伍+工程師進(jìn)課堂

主講教師為雙師型，具有10年燃料與燃燒學(xué)課程授課經(jīng)驗。同時聘請具有20年以上工作經(jīng)驗的企業(yè)高級工程師走進(jìn)課堂，采用實際工程案例授課的方式，將本課程的重要知識點融會貫通于典型工程案例中，并結(jié)合課程內(nèi)容的安排，組織學(xué)生進(jìn)行案例分析與研討，以典型燃燒過程或燃燒設(shè)備為主線，將理論與實際應(yīng)用有效結(jié)合。在案例分析中引入最新的燃燒技術(shù)和方法，帶領(lǐng)學(xué)生解讀最新的相關(guān)行業(yè)政策和規(guī)劃，引導(dǎo)學(xué)生分析能源與動力工程專業(yè)及相關(guān)行業(yè)應(yīng)用中的前沿理論和研究，并與目前應(yīng)用中成熟的燃燒技術(shù)對比分析，引導(dǎo)學(xué)生分析兩者的區(qū)別和聯(lián)系。通過案例、課堂討論、熱工實驗等多種教學(xué)方式，將理論知識點與具體的工程實際相結(jié)合，使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容有較深的把握，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

（5）利用創(chuàng)新實驗平臺——提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力

實驗室是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力的重要場所，是學(xué)生學(xué)習(xí)的第二課堂。在開展實驗過程前，編寫高質(zhì)量的實驗指導(dǎo)書，明確每個實驗的目的和培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)生充分利用教學(xué)課件、教學(xué)視頻等網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。實驗過程中，注重將課本基礎(chǔ)理論知識與實際相結(jié)合，注重研究動態(tài)和該領(lǐng)域科研成果的滲透，鼓勵學(xué)生參與教師科研項目、積極參加大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目，支持部分學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性設(shè)計實驗，鼓勵學(xué)生親自動手組裝搭建實驗設(shè)備模型。

3 課堂教學(xué)創(chuàng)新成效

創(chuàng)新型的課堂教學(xué)，受到學(xué)生的認(rèn)可與好評。具體表現(xiàn)為以下內(nèi)容。

3.1 學(xué)生學(xué)習(xí)感受

通過不斷的改進(jìn)、創(chuàng)新及摸索，極大地改善了上課氛圍，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過調(diào)查問卷反饋（見表2），可以看到本課程得到了絕大多數(shù)同學(xué)的好評。

3.2 學(xué)生能力提升

課外實踐與課堂教學(xué)貫穿，大大提升了學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力。構(gòu)建第二課堂燃料與燃燒學(xué)課外實踐體系，以大學(xué)生節(jié)能減排、“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等學(xué)科競賽為輔，助力學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生整體認(rèn)知水平。近年來，共獲國家級獎項7項，省級獎項25項，學(xué)生知識、能力和素質(zhì)得到有機(jī)融合，解決復(fù)雜問題的綜合能力和創(chuàng)新思維得到顯著提升。

4 總結(jié)與反思

課堂改革與創(chuàng)新目前反應(yīng)良好，成效明顯，但仍然存在一定的提升空間。未來，將探索基于虛擬仿真的燃料與燃燒學(xué)課程改革與創(chuàng)新，拓展課程建設(shè)內(nèi)容與形式，探索信息化時代下的專業(yè)精英人才培養(yǎng)模式，不斷為國家培養(yǎng)國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場急需的復(fù)合型人才而不懈努力。

本文系云南農(nóng)業(yè)大學(xué)教改項目“踐行立德樹人，聚焦課程思政——‘雙碳背景下思政教育在燃料與燃燒學(xué)課程教學(xué)中的改革研究”，項目編號：YAUKCSZJG0050；

云南農(nóng)業(yè)大學(xué)一流本科課程燃料與燃燒學(xué)，項目編號：2020YLKC061；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)一流本科課程鍋爐原理，項目編號：2021YLKC109。

*通信作者：高晟揚

（作者單位：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）