“互聯網+”背景下“熱力學與傳熱學基礎”課程教學模式創新與實踐研究

摘"要：開展基于在線課程的線上線下混合式教學，成為新時期高等教育改革的熱點。本文以本校機械類專業基礎必修課程“熱力學與傳熱學基礎”為例，開展了在線課程建設和混合式教學的改革與探索。本文分析了該課程傳統線下教學存在的難點，闡述了在線課程建設和線上線下有效結合的混合式教學的實施過程，實踐證明了教學效果取得顯著提高。最后，總結了本門課程在采用混合式教學模式中體現的優勢與不足之處，該研究可為高等教育開展在線課程建設與混合式教學提供參考。

關鍵詞：在線課程；混合式教學；熱力學與傳熱學基礎

在“互聯網+”背景下，隨著信息技術的發展，大數據、云平臺、人工智能與教育不斷融合，教育信息化程度不斷加深，我國線上教育的規模不斷壯大，涌現出各類線上教學平臺。在線教學打破了時間與空間的束縛，教師和學生可以相對自由地完成課程的教與學［12］。自2020年春季學期以來，國內高校依托這些平臺實施了大規模的在線教學實踐，極大地推動了線上教學的發展［3］，成為與線下課堂教學等效的有效教學模式。開展線上教學，與線下教學合理有效地結合，創新教育形態和人才培養模式，成為現在高等學校教學的新常態［4］。本文主要以“熱力學與傳熱學基礎”這門專業基礎必修課的教學為例進行探索：利用南京工程學院機械工程學院機械設計制造及其自動化、機械電子工程及機械工程專業的教學實踐，依托中國大學生MOOC平臺建立“熱力學與傳熱學基礎”線上課程，與本科生線下課堂教學結合，針對“熱力學與傳熱學基礎”的課程特點，開展線上線下混合式教學的實踐與探索，為“熱力學與傳熱學基礎”的教學改革與創新提供新思路。

1"“熱力學與傳熱學基礎”課程及傳統教學難點

“熱力學與傳熱學基礎”課程主要是在闡述熱力學普遍原理的基礎上，研究這些原理的技術應用的學科，著重研究的是熱能與其他形式能量（主要是機械能）之間的轉換規律及其工程應用［5］。總學時為32課時，學分為2分，是本校機械類及相關專業本科生的專業基礎課。

目前，在各高校“熱力學與傳熱學基礎”課程的教學過程中，傳統的面對面課堂講授法仍然是其主要教學模式。對于本門課程，課堂授課面對的第一個問題是內容繁多、課時不足。以我校為例，依據學院對機械專業的培養方案，2021年春季學期本課程課時從原來的48課時縮短為32學時，這無疑增加了學生學習和教師教學的難度與壓力。本課程選用的教材由高等教育出版社出版，童鈞耕、王麗偉、葉強主編的《工程熱力學（第6版）》，共13章內容。32課時不可能完整講授該教材的全部內容，所以本課程選取了其中的第一章《基本概念及定義》、第二章《熱力學第一定律》、第三章《氣體和蒸汽的性質》、第五章《氣體和蒸汽的基本熱力過程》、第六章《熱力學第二定律》、第八章《壓氣機的熱力過程》、第九章《氣體動力循環》共七章內容進行講授。其中前五章為熱力學的重要概念和理論，第八章、第九章為兩種常見工程機械的熱力學分析。但是即使縮減了教學內容，在32學時內講授完全部內容并保證教學質量也是極為困難的。因此，打破線下課堂教學時間與空間的局限性，將線上豐富的教學資源和授課方式靈活的優勢與線下課堂面對面交流的優勢充分結合，會極大提高課堂效率，更好地完成教學目標，提升教學質量。

第二個問題是本門課程學習難度較大。本課程內容理論性強，抽象概念多，如焓、熵、等概念和熱力學第二定律等，理解起來難，學習難度高，導致學生難以掌握，更難以應用解決實際工程問題。且本課程定理公式繁多復雜，要求學生對“高等數學”“大學物理”等先修基礎課程中的相關知識掌握扎實，否則就會對本課程的許多公式以及推導過程難以理解與掌握，影響學生對深度內容的理解與工程實踐問題的應用。并且由于教學課時少、內容多，因此線下授課時，教學方式主要以教師講授為主，缺少互動，課堂的活躍度低，這導致學生學習以被動接受為主，主觀能動性未能充分發揮，不利于對學生創新思維和能力的培養。多數學生為應付考試，對理論和公式死記硬背，但并沒有理解掌握，學習效果不夠理想。

2"“熱力學與傳熱學基礎”課程建設與實施

2.1"中國大學MOOC平臺在線課程建設

基于以往線上授課的經驗，本熱力學與傳熱學基礎課題組在中國大學慕課平臺建立了“熱力學與傳熱學基礎”在線課程。在線課程的主要內容包括：基本概念及定義、熱力學第一定律、氣體和蒸汽的性質、氣體和蒸汽的基本熱力過程、熱力學第二定律、壓氣機的熱力過程、氣體動力循環和蒸汽動力循環，共設置了8個學習單元，每個學習單元下又對應設置了若干個子單元。在線課程的每個學習單元都包含有教學視頻、授課課件、單元測試、電子版教材、討論區（包含教師答疑區和話題討論區）等多類型資源庫，如下圖所示。

“熱力學與傳熱學基礎”在線課程教學資源庫示例圖

2.2"混合式教學實踐應用

在課前，教師提前設置好與本節課相關的教學資源的發布時間，如本節課的教學視頻、授課課件、單元測試和工程案例分析資料等。通知學生及時登錄網絡教學平臺，查看當前階段的學習任務，明確本節課程需要學習的重點知識內容，學生通過線上課程提前進行預習，并按時完成單元測試。教師根據MOOC平臺提供的學習數據統計，及時掌握學生預習情況，從而對線下課堂教學活動進行合理設計。

在線下授課過程中，教師結合要求學生完成的線上課程預習任務，更直接地引出本節課教學內容。然后依照教學方案，針對課程內容的特點合理地安排教學活動，圍繞重點內容多與學生互動交流。線下以板書的形式進行公式推導，用多媒體結合工程案例講解理論知識和相關概念，有限的線下教學時間可以更有效地得以利用。多與學生互動，及時解決學生學習過程中遇到的問題，將學生轉變為主動學習者。

“熱力學與傳熱學基礎”課程的學習難度較大，僅通過教師在課堂上講解知識點，學生要理解和掌握相關知識較難，必須課下鞏固復習，并進行大量的習題練習。學生在課后可以通過在線課程資源進行反復復習鞏固，理解與掌握知識點重難點。學生還可以通過討論區發布問題，與同學進行討論學習，加深對知識點的理解與應用，教師也會定時查看討論區，與學生互動，解答學生的困惑。同時，教師在課后還會發布一些生活實例、熱點問題、學術科研問題、工程實例等多種項目資源到討論區，讓學生進行討論，將所學知識應用到工程實際中。

具體到每一部分內容，對于緒論和基本概念及定義，以學生課前預習為主、課堂講解為輔，線下課堂重點對重難點熱力系統、平衡狀態、狀態參數以及功和熱等內容通過案例分析、習題講解，加深學生對這些基礎內容的理解與記憶。而對于熱力學第一定律、氣體的性質、氣體的熱力過程、熱力學第二定律等抽象復雜的內容，線上課程可以詳盡地展示公式推導過程，并對涉及的相關基礎知識進行一定的補充講解；線下課堂則可以更多地將重點集中在講授如何理解和運用知識點進行解題和工程應用，并進行案例分析。這樣線上線下相結合，可以加深學生對知識的印象和理解，提高學生的實踐能力和解決問題的能力。

最后，在中國大學MOOC平臺的線上課程中，我們還設置了多套模擬測試。在課程的最后階段，這些模擬測試將會定時開放，學生需要在規定的時間內完成模擬測試。模擬部分為教師批改，部分為學生互評，學生互評可以增強學生的參與度與學習積極性，教師批改可以讓教師了解學生對知識點的掌握和理解程度，以便于后續在線下課堂展開針對性教學，進行復習鞏固，模擬測試的參與度作為最終成績的衡量依據之一。在考試結束以后，每一套模擬測試也會配有詳盡的答案，學生在考試后可以自己對照答案解決自己不會的問題，這也可以滿足學生的個性化學習需求，同時還可以有效提升學生的自主學習積極性。

課題組對以往傳統教學的考核評價體系也進行了優化。在2020春季學期以前，本課程的考核方式為期末考試80%+平時成績20%，其中平時成績一半為考勤表現，一半為平時作業。這種考核方式雖然也考慮了學生的課上表現和課后表現，但是卷面考試成績占比過大，沒有體現出對學生能力和技能的考核，不利于開發學生創新性和探索性，無法全面考查學生的知識掌握、能力提升和素質拓展情況。

以培養創新型學生為目標，改革實施多樣化考核方式，優化后的考核評價體系課程總成績采用百分制評定，期末考試成績占比60%，過程考核成績占比40%。期末考試采用閉卷考試形式，考試內容緊扣教學大綱和教材內容，考試內容主要分基本知識點的針對性考核和綜合能力考核。基本知識點考核主要考查學生對于課程基本理論知識的掌握程度，檢測學生是否能夠正確運用理論和公式進行計算分析。綜合能力考核則側重對實際工程問題進行分析和解決能力等方面的考查，檢測學生是否能夠將所學知識點進行整合和應用。

新課程評價體系增大了過程考核在最終成績中的比重，達到了40%；考核方式更多樣化，包括考勤表現10%、課后作業10%、線上課程綜合表現10%和課程小論文10%。其中，線上課程綜合表現評價依據中國大學MOOC平臺后臺采集的學生學習數據進行，包括學生課程視頻觀看完成度、小測試完成情況、討論區互動活躍程度、案例分析表現等。

3"教學實施情況分析

3.1"混合式教學的優勢

課題組基于在中國大學MOOC平臺自建的在線課程，開展了3學期的線上和線下課堂教學結合的混合式教學。線上課程教學平臺支持師生加強教學互動，提供多種教學互動場景，提升了課堂的活力，提高了學生學習自主性和積極性。混合教學模式能夠引導學生開展研討式學習、實踐式學習，促進學生能力和技能的培養。并且通過線上課程平臺以及線下課堂使用的學習通等教學工具，實現了教學行為的數據化，將課前預習、課中互動和課后復習及測驗各環節連接起來，支持全流程教學管理，真實記錄課堂教學活動及學習數據，反饋更加及時高效，為課程的考核體系提供了數據支撐，提高了教學效率。課題組對采用混合式教學前后幾個學期的學生成績進行了統計對比，如下表所示。通過對比發現，與采用混合式教學前（2018級學生）相比，混合式教學后（2019—2021級學生）期末考試卷面成績平均分、課程總成績的平均分、優良比例大大提高，不及格人數大大減少，教學效果提升非常顯著。

3.2"反思與改進

（1）線上課程設計不夠優化，教學設計形式不夠豐富。目前，教學主要還是以課程視頻和教學課件為主，與線下課堂授課在內容和形式上都有一定重復，而工程案例分析資料及課后延伸學習資料不足，沒有充分發揮線上教學的優勢，未能充分激發學生的學習興趣，未能充分調動學生的學習積極性。（2）線上課程與線下課堂教學的融合程度不夠，未能有機結合。主要是線上線下課程的課程目標不是十分明確，導致線上線下課程內容銜接性不好，時間上的分配不是十分科學合理。

基于以上問題，課程組提出以下幾點改進方向。首先，要優化線上課程資源，提升教學資源的吸引力、實用性和深度。在目前課程資源的基礎上，增加工程案例、實踐技能鍛煉等資源，滿足學生個性化學習和終生學習的需要。還要將科技強國、科學創新、大國工匠精神等思政元素融入課程內容之中，提升課程的價值導向。其次，要更科學合理地安排線上課程和線下課程的內容，嚴格避免線上線下課程的內容出現重復和沖突的情況。強化線上與線下之間的聯系，在線下課程注重對線上課程內容學習效果的檢測，全面摸排學生線上學習時遇到的問題，并在線下課堂講解答疑，幫助學生建立學習信心，提高學習自主性和積極性。

結語

“互聯網+”背景下，開展基于在線課程的線上線下混合式教學成為現在高等教育的研究熱點。本文以“熱力學與傳熱學基礎”課程為例，針對應用型本科高校專業基礎課程開展了在線課程建設和線上線下混合式教學模式的創新與實踐探索，闡述了課程的教學設計與實施過程，總結了本門課程采用混合式教學模式中體現的優勢與不足之處。研究內容可為高校在線課程建設與混合式教學的研究與改革提供參考，對推動高校專業基礎課程教學適應互聯網+時代發展提供借鑒。

參考文獻：

［1］王文平.基于在線教學平臺的“高等數學”課程教學研究［J］.現代信息科技，2021，5（14）：196198.

［2］童美茹.淺談“互聯網+”背景下大學英語在線教學模式發展中的問題及措施［J］.科技資訊，2020，18（15）：20+22.

［3］李紅，陳慶勇，王娜娜，等.線上線下混合教學模式在病理學教學中的應用與探索［J］.中國繼續醫學教育，2021，13（06）：7174.

［4］韓筠.在線課程推動高等教育教學創新［J］.教育研究，2020，41（08）：2226.

［5］童鈞耕，王麗偉，葉強.工程熱力學［M］.6版.北京：高等教育出版社，2022.

基金項目：中國高等教育學會2023年度高等教育科學研究規劃課題（23PXZ0402）；南京工程學院高等教育研究課題（2022YB05）

作者簡介：王云龍（1991—"），男，漢族，安徽六安人，博士，講師，主要研究方向為機械設計理論。