工程教育認證背景下機械類“熱工基礎”課程線上線下混合教學設計*

沈航明 ，楊麗紅 ，丁子珊 ，郭淼現 ，蔣會明

（上海理工大學機械工程學院，上海 200093）

0 引言

工程教育認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1]，其基本理念是以學生為中心，以目標為導向，持續進行質量改進[2]。工程教育認證為新形勢下高等院校的專業發展提供了新思路，同時也要求課程教學體系要更加符合人才培養的基本要求[3-4]。在工程教育認證的框架下，高等教育機構需要對課程教學進行全面評估和改進。為了滿足認證的要求，課程教學體系需要注重學生的學習體驗和學習成果。因此，課程設計應當以學生為中心，關注他們的學習需求和能力培養。同時，課程的目標應當明確，與認證標準相匹配，確保學生能夠達到預期的學習成果?！盁峁せA”是機械設計制造及其自動化專業的一門基礎課程，也是工程教育專業認證中受到重點考查的課程之一。這門課程的重要性在于為學生提供熱力學和傳熱學等基礎知識，為他們今后在工程實踐中應對熱工問題提供必要的理論基礎。因此，優化課程教學體系，創新課程教學模式，全面進行課程教育教學改革勢在必行。

在2020 年疫情期間，線上教學迅速成為主流的教學模式，在經過深度探索和實踐后展現出了不可比擬的優勢[5]。這一模式的便利性和靈活性使得學生可以根據自己的時間和地點安排靈活學習，同時也為教師提供了更多教學資源和工具，以提供更豐富、互動性更強的教學體驗。疫情后，線上線下混合教學模式也逐漸成為一種主流的教育方式。在這種模式下，學生可以通過線上教學平臺（如超星、雨課堂等）獲取教學資源和課程內容，并參與在線討論和學習交流[6]。上海理工大學為適應高校信息化教學發展，結合學?，F狀，綜合考慮學校教學特性、信息化建設情況、教學平臺建設情況、師生實際教學情況，制定了適合本校現狀的線上線下混合教學方案。學校自主研發了“一網暢學”平臺，結合學校智慧教室直錄播系統以及其他直播工具（WeLink、騰訊會議等），幫助師生按照教學安排和課程教學日歷開展“以線下為主、線上線下混合”的教學活動，從而提升了師生雙方教與學的體驗。線上線下混合教學模式使得教學手段更加豐富多樣，學習資源獲取更加便捷，并且線上教學可以借助學習數據分析技術，對學生的學習情況進行量化分析，從而為教師提供更加全面的教學評估和反饋。

本文在工程教育認證背景下，基于機械設計制造及其自動化專業畢業要求的三個支撐點，分析了“熱工基礎”課程特點，從課程教學內容設計、線上教學資源構建以及課程教學實踐評估三個方面積極探索了線上線下混合課堂模式下的教學設計，對培養復合型創新人才及提升工程教育質量具有重要的意義。

1 “熱工基礎”課程特點及其工程教育認證畢業要求支撐點

在工程教育專業認證背景下，“熱工基礎”課程作為機械類專業一門重要的專業基礎課程，對新形勢下高等院校創新型人才的培養起著至關重要的作用。課程的設計應當充分考慮學生的學習需求和能力培養。課程教學內容應當涵蓋熱力學基本概念以及熱力學、傳熱學和傳熱設備等關鍵內容，以確保學生掌握必要的理論知識。同時，課程還應注重培養學生的問題分析和解決能力，通過案例分析使學生能夠運用所學知識解決實際的熱工問題。該課程對機械設計制造及其自動化專業畢業要求的三個支撐點如表1所示。

表1 “熱工基礎”課程對畢業要求的三個支撐點

“熱工基礎”是一門理論與實踐緊密結合的課程，其內容包括工程熱力學篇和傳熱學篇兩部分。在傳統的人才培養體系中，這兩部分內容分開教授，教學學時相對充足[7]。然而，“熱工基礎”課程將這兩部分內容進行整合，且教學內容涵蓋了原來工程熱力學和傳熱學的絕大部分內容，但教學時間縮減為32 個學時。因此，存在內容多與課時少之間的矛盾[8]。此外，在教師教學過程與學生學習環節依然存在以下問題：

1）課程內容。課程需要前修高等數學、普通物理等基礎課程，涉及工程熱力學和傳熱學等方面的知識，課程內容較為抽象和理論化，比較枯燥，因此學生學習熱情不高。

2）考核方式與試題形式。課程考試形式為一頁開卷，全部由計算題組成，主要考查學生對基本概念和知識點的掌握情況以及對知識點的綜合應用能力。從考試結果看，計算題得分率不高，學生反映難度較大。此外，沒有一定容量的試題庫，隨機出題會導致每年考試的難易程度難以均衡。

3）所學內容與機械專業的結合。目前教材涉及大多數與熱能動力專業相關的案例，如動力機械、換熱器等，和機械專業學生所熟悉的內容存在差距，從而導致學生較難在本專業應用所學知識。

2 課程教學內容設計

“熱工基礎”課程以能量傳遞和轉換為主線，將工程熱力學和傳熱學兩大基本課程有機結合，前者研究熱能與機械能之間的轉化規律，后者研究熱量的傳遞規律[9-10]。針對該課程所對應的畢業要求支撐點和目前存在的問題，結合線上線下混合教學模式，對教學內容進行了合理的設計和優化，組織方式如表2所示。

表2 課程教學內容設計及組織實施情況

課程總課時為32 課時，全部是理論課，教材使用上海交通大學出版社的《熱工基礎》第三版。針對學生興趣不高的問題，在知識點引入上結合新聞熱點，增添課堂生趣。針對知識應用方面，在課堂中融入與生活緊密結合的案例，讓學生更直觀地了解所學知識所能解決的問題；另一方面，通過本專業與熱分析結合的案例讓學生了解如何在本專業應用所學知識。此外，在教學過程中融入課程思政元素，以提高畢業要求第3 支撐點的達成度，如表1所示。

3 線上教學資源建設

3.1 教學資源庫組建

線上教學資源以課件、微課、視頻動畫和案例資料等形式為主。梳理《熱工基礎》教材中各章節的教學內容和核心知識點，確定每課時的教學任務量。針對每課時的教學任務量，改進相應的授課課件，課件中包括理論知識講解、課程思政融合和應用案例分析等。最后錄制授課微視頻，導入在線教學“一網暢學”平臺，并在視頻后添加隨堂測試，鞏固本堂課所學的知識點。

3.2 課程資料庫創建

資料庫包括作業庫、試題庫和課外拓展資料等。作業庫包括隨堂作業和課后習題，通過查找相關的教科書或網上資源設置每堂課的課后習題，計算并整理教科書課后作業的標準答案。試題庫包含選擇題、判斷題、簡答題、應用題、論述題和計算題等多種題型，用于發布作業和測驗。拓展資料包括機械熱設計方向的新研究、新產品、新應用和新發展動態等相關內容，供學生選擇性自主學習。

3.3 主題討論區構建

主題討論區主要包括思考題討論，圍繞學習重難點、熱工相關知識在實際生產中的應用、發展前沿動態等方面設置討論，以了解學生對知識的理解和掌握程度。例如：結合日常生活中的傳熱現象，讓學生進行課后思考和討論，加深對傳熱知識點的理解。

基于上述線上教學資源的構建，創建智慧云課堂。線上課堂以教師為主導，以學生為主體，以獨立自主學習和教師引導學習為學習形式，形成“課前自主預習，課中師生互動，課后拓展討論”的智慧課堂教學模式。教師利用“一網暢學”平臺實施課時互動，使用簽到、投票和討論等方式了解學生課程學習的參與度。線上教學資源的建設可以為學生提供更加靈活、便捷和豐富的學習途徑。學生可以隨時隨地訪問和利用這些資源，根據自己的學習習慣和需求進行學習。同時，教師也能夠更好地了解學生的學習情況和需求，及時進行指導和幫助。

4 達成效果分析和持續改進

通過合理的教學內容設計、線上資源建設，結合線上線下混合教學模式，收到了良好的教學成效。問卷調查結果表明：學生對知識點引入結合新聞熱點方式較為認可并產生了較大的學習興趣，說明該方法有一定的成效。通過在課堂中融入日常生活和機械專業相關案例，學生對知識應用方面也有更加深入的理解。思政案例的融入增強了學生節能環保意識，加深了學生對社會可持續發展意義和內涵的認識，課程目標3 的達成度從2020 級的0.69 提高到2021 級的0.73。線上線下混合教學模式可以很好地調動學生的積極性，培養學生自主學習的能力和創新意識。線上線下混合的動態多維考核，可以記錄學生所有線上線下學習軌跡和學習成果，考核過程更加全面，考核結果更加客觀。

為了進一步提高達成效果和學習成效，提升學生的綜合應用和分析能力，未來嘗試如下改進：1）從教師自身科研領域出發，挖掘機械領域工程案例中與課程內容密不可分的關鍵技術，以卡脖子難題引發學生科技強國的使命感，以工程案例分析引導學生形成分析與解決工程實際問題的思路，培養學生的創造性思維，形成“科教互促”教育新模式。2）除了新聞熱點以外，以歷史大事件、生活常識等豐富元素為背景，通過合理設計案例的引入方式，激發學生學習興趣，促進學生對知識點的透徹理解。此外，根據課程特點和對應學生工程思維要求，科學合理地設計案例融入順序，使案例邏輯符合課程整體結構，形成“多元融合”育人新理念。3）在努力構建課程思政育人大格局的過程中，發揮“三全育人”引領作用，充分結合專業課的學科特點，采用名師示范、教學研討、黨建聯動等多種形式，開展課程示范課、課程常態化教學研討、黨史學習教育與課程思政建設聯動等多樣活動，推動課程思政的廣覆蓋、深契合，從而實現立德樹人的根本任務。

5 小結

在工程教育專業認證背景下，機械設計制造及其自動化專業本科教育的目標是培養知識、能力、素質協調發展的“工程型、創新性、國際化”機械工程高級技術人才。本文分析了機械類專業課程“熱工基礎”的特點和目前存在的問題，并在此基礎上進行合理的教學內容設計，以在線教學平臺“一網暢學”為載體，通過教學資源庫組建、課程資料庫創建和主題討論區創建的方式構建較為完善的在線教學課程，結合線上線下混合教學模式，加強學生對本門課的理解和掌握，提高學生的學習興趣和學習效率，進而提升工程教育質量。