热工流体类课程的教学模式改革

鞠洪玲

[摘要]在工程专业认证的背景下，热工流体类课程已成为各工科专业的基础必修课。基于该类课程的特点，改革传统教学模式，采用“微课+翻转课堂”的教学模式，介绍新教学模式下的课程结构、知识点、教学过程及课程评价。教学过程为传授一接收一反馈一练习一调整，教学评价包括形成性评价和卷面成绩。论文以工程热力学课程中的具体知识点为例介绍新教学过程，总结新教学模式下出现的问题，以便于在今后的教学中逐渐改进，收到更好的教学效果。

[关键词]热工流体类课程;微课+翻转课堂;教学模式;教学评价

[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2019）11-0072-04

自改革开放以来，我国社会经济发展迅速，而经济社会的高质量发展需要大量高素质的人才和全民的共同努力。在高等院校教育中，传统课程仍占据着主要的地位。热工流体类课程是工科各专业（机械、交通、能源、材料、土建等）的专业基础课程，包括工程热力学、传热学、流体动力学基础等课程。工程热力学是研究热能与机械能之间转换规律的课程，传热学是研究传热规律和传热计算方法的课程，流体动力学基础是研究流体的基本运动规律和原理的课程。学习热工流体类课程可为学生后续专业课程的学习奠定很好的理论基础，同时也可为新学科、交叉学科提供必要的知识储备。

热工流体类课程教学通常容易出现以下问题：第一，热工流体类课程中的基本概念、基本定律和基本计算公式过于繁多，学生难于理解和掌握。第二，教师通常采用传统的“传递一接收”的教学方式，学生学习被动。第三，教师较少讲解工程应用中的实例，不能达到培养学生理论联系实际能力的目的。

社会已步入信息时代，教师要善于利用现代信息技术来变革传统的课程教学模式、评价手段等。目前，慕课、微课程、翻转课堂、快课、SPOC等教学新资源和新模式在我国的高校教育中已得到了一定的應用。本文主要探讨热工流体类课程的教学模式改革，建立“传授一接收一反馈一练习一调整”的教学模式，即多元立体化、探究式、讨论式、注重反馈、注重理论应用的教学模式。

一、新教学模式

慕课和微课等新教学模式具有开放性和分散性的特点，在一定程度上解决了教育资源分布不均的问题。但是慕课和微课又有着各自的特点。

慕课（MOOCs）是Downes和Siemens在2008年依据同伴学习模式中的“连通性”提出的[l]。慕课主要是将教师的实际授课视频放在慕课平台上，参与者可在国内外的慕课平台上进行学习。国外的慕课平台主要有Can-vas Network、Coursera、Education Portal、edX等[2]国内的慕课平台主要有网易云课堂、清华大学的学堂在线、好大学在线、爱课程等[3]。

微课与慕课不同，微课以课程的教学目标、重点和难点为依据，将整个课程的教学内容进行知识点划分，每个知识点针对某一重点或难点知识进行有针对性的讲解，以短小精悍的在线视频为表现形式，通常是5至20分钟，呈现的是碎片化的学习内容，适合作为课堂教学的补充[4]。本课程的教学模式改革主要采用微课。

慕课和微课以自由开放的特性被广泛应用，但是其缺乏师生间的交流和学生的反馈，翻转课堂（flippedclassroom）恰好可解决这一问题，实现线上、线下的结合。学生通过微课实现线上理论知识的学习，教师采用传统教学模式完成线下的教学反馈、疑难问题解答和讨论、例题讲解、应用计算等练习，加强学生对知识点的掌握，是一种有效的教学管理手段。采用“课前预习一课堂讨论练习一课后作业”的思路来安排教学活动，可使学生系统地掌握知识点。翻转课堂在国内的高等院校中应用相当广泛。章木林等[5]以大学英语后续课程为例，研究慕课的翻转课堂教学模式。郑伟娟等[6]对分子生物学课程的翻转课堂进行教学模式改革。笔者根据自己多年讲授热工流体类课程的教学经验及工程实例，建立“微课+翻转课堂”的立体教学模式，完成“传授一接收一反馈一练习一调整”的教学过程，加强学生对课程内容的理解和掌握，以达到课程的教学目标。

二、工程热力学的课程结构、知识点和其他教学活动

工程热力学是能源与动力专业的一门必修专业基础课，在学习本课程之前需具备高等数学、理论力学等基本理论知识。本课程以工质的性质、热力过程、热力学第一定律和热力学第二定律为基础，对热工设备进行热方面的分析，将理论学习和实验相结合，为学生今后从事热力学方面的工作和研究打下很好的基础。本课程共有3.5个学分，需56个学时，其中理论课占52个学时，实践课占4个学时。

（一）工程热力学课程的结构

本课程主要的教学内容及其相互关系如图1所示。

图1的左半部分是课程的基本理论部分，是分析热工设备的基础。本课程主要分析喷管、压气机、气体动力装置循环、蒸汽动力装置循环和制冷循环等设备，分析设备的工作原理、工质的状态变化、装置中功量和热量的转换、经济性指标的求取、提高经济性指标的措施等，重视培养学生将理论应用于实践的能力和对实际设备的分析能力。

（二）工程热力学课程的微课知识点

根据工程热力学的教学任务、教学目标及重难点等将课程的主要教学内容分为30个知识点，每个知识点的视频时长为5至20分钟不等，课程微课视频的总时长达423分钟。课程的具体微课知识点如表1所示。

（三）其他教学活动

工程热力学的在线课程建设除了准备微课知识点视频外，还设置了在线测试环节、课后作业环节、答疑与讨论环节等。在线测试环节主要针对每个知识点的教学内容和重难点设置题目，供学生自学后检验学习成果使用;课后作业环节主要是针对每个章节布置课后练习题，加强学生对章节内容的复习和巩固;答疑与讨论环节主要是供学生线上学习时提出问题，并进行线上回复，加强师生之间的互动交流。

此外，课程中还共享了其他教学资源，比如试题试卷库、课程讲义、图（各种热工装置图、水蒸气状态参数表等）、课堂练习与讨论的讲义、各章节的例题等，供学生课后学习使用。

综合运用以上资源，在本校的公共网络教学平台[7]中建设了完整的工程热力学在线课程。

三、新教学模式下热工流体类课程的教学过程及教学评价

在“微课+翻转课堂”的教学模式下，可将工程热力学课程的教学过程依次分为传授、接收、反馈、练习、调整等环节，目的是让学生更加系统地理解和掌握课程内容，还可利用所学理论解决工程实际问题。本文以课程中的第7个知识点“热力学第一定律的表达式”为例说明新教学模式下的教学过程，如图2所示。

（一）教师传授一学生接收

教师依据教学大纲、教学目标进行充分备课，整理好讲课逻辑，尽量从学生的角度对课程中的知识进行深入浅出地讲解，录制微课视频。在网络教学平台上运用微课视频、在线测试、课后作业、试题试卷库、答疑讨论和其他教学资源等建设工程热力学网络教学资源，供学生线上学习和复习使用。

教师根据教学日历在网络教学平台上发布线上学习任务，学生可自行安排课下时间对该知识点的线上学习内容进行认真学习，并完成在线测试。教师通过网站上统计的学生学习该视频的时间来判断学生是否进行了线上学习。

（二）学生反馈—教师总结

学生可通过线上教学视频、教材和在线测试对知识点进行理解和掌握。不同学习态度和接受能力的学生对知识点的掌握程度不同，大部分学生不可能学习一次就能完全掌握所学知识，如有疑问可在答疑讨论区进行发布。比如学生在学习“热力学第一定律的表达式”这个知识点后提出了以下问题：①闭口系统中的储存能变化为什么是△U？②稳流开口系统的储存能变化为什么是07③稳流开口系统为什么可以看作闭口系统？

这一环节在整个教学过程中起着很重要的作用：一是教师可以了解学生的学习深度与不易理解之处，二是学生也可加强对知识点的理解和掌握。

（三）教师课堂答疑——学生课堂练习

反馈环节将师生联系得更加紧密，学生可在这一环节将知识点的疑难问题以及不理解之处反馈至教师，教师根据这些问题和在线测试错题率高的题目，再结合知识的重难点来准备线下课堂的教学内容，并在课堂上进行有针对性地讲解、答疑讨论，让大部分学生能对知识点有较全面和较深入的掌握。

比如“热力学第一定律的表达式”这个知识点可从热力学的实质、表达式的推导和应用等方面列出6个选择题、1个思考题和2个计算题，通过练习加深学生对知识点的掌握，提高学生解决实际工程问题的能力。

（四）教师调整

教师针对自己在整个教学过程中的授课心得体会以及学生的学习情况、所反馈问题和对应用计算的掌握程度，对知识点的教学内容进行调整，以便在今后的教学中能够达到更好的效果。

（五）课程学时安排

采用“微课+翻转课堂”的新教学模式后，本课程的学时安排为知识讲解20个学时，练习实训15个学时，讨论答疑15个学时，机动2个学时，实验4个学时，其中线上10个学时，线下46个学时。新教学模式的课时安排明显不同于传统教学模式。在新的教学模式下，讨论课程所占的比例明显增加，教师可针对课程内容的重难点和学生的疑问进行解答，并对实际应用进行分析计算。

（六）课程的考核形式及评价标准

工程热力学课程的考核方式为闭卷考试，其成绩构成如表2所示。课程评价由形成性评价和卷面成绩构成，形成性评价综合评价学生的平时学习情况，以提高学生的课堂参与度和学习的兴趣。

新教学模式通过教学过程和评价标准的有机结合实现对传统教学模式的改革，了解学生的学习进度和掌握程度，培养学生的学习能力，提高学生的学习兴趣和课堂参与度，提高教学质量，为能源与动力专业的其他专业课程打好基礎。

四、“微课+翻转课堂”教学过程中出现的问题

通过“微课+翻转课堂”的教学模式，可以让学生更好地掌握课程的重难点并运用本课程的理论知识对实际热力设备问题进行分析计算，但是新教学模式仍存在一些问题。

其一，采用“微课+翻转课堂”的教学模式主要依靠学生的学习自觉性与自学能力。但在多年的传统教学模式的影响下，学生大都习惯于教师直接讲授和自己被动学习，这是影响“微课+翻转课堂”教学效果的重要因素。

其二，线下课堂讨论与练习是对学生线上学习的疑问进行答疑和讨论，教师只需有针对性地对知识点进行讲解。但是学生若不认真进行线上学习就很难提出疑问，这是由学生的被动学习习惯造成的。

其三，不管是在传统教学模式下还是在新的教学模式下，课后作业都是课程学习的一个重要环节，但是学生对作业的态度基本上是敷衍了事。借助网络信息的共享，教材的作业答案均可在网上查到答案，部分学生直接照抄，这就起不到巩固知识点学习效果的作用。

五、总结

热工流体类课程的教学目标是能够对工科专业的实际问题进行分析与计算，因此，仅仅达到理解层面是不够的。在课程教学过程中，要加强讨论、练习以达到让学生能够学以致用的目的。通过“慕课+翻转课堂”的教学模式，可实现课下对知识点的学习，而课上则可对知识点进行答疑和加强练习、讨论，让学生学会运用所学知识解决工程实际问题。

[参考文献]

[1]BATURAY M H. An overview of the world of MOOCs [J].Procedia-Social and Behavioral Sciences， 2015. 174： 427-433.

[2]陈吉荣.国外慕课研究最新发展述评[J].外语教学与研究（外国语文双月刊），2016（1）：118-127.

[3]周雨青，万书玉.“互联网+”背景下的课堂教学：基于慕课、微课、翻转课堂的分析与思考[J].中国教育信息化，2016（2）：10-12+39.

[4]王丽莎，曹晓燕，姬泓巍，等.物理化学实验与科研训练结合的教学模式探索[J].实验科学与技术，2017（5）：103-105.

[5] 章木林，孙小军.基于慕课的翻转课堂教学模式研究：以大学英语后续课程为例[J].现代教育技术，2015（8）：81-87.

[6]郑伟娟，沈燕，庄红芹.南京大学分子生物学课程翻转课堂教学模式改革实践体会[J].高校生物学教学研究（电子版），2018（2）：24-28.

[7] http：//jxpt.whut.edu.cn：81/meol/jpk/course/layout/newpage/index.jsp？courseld=11661.

[责任编辑：庞丹丹]