基于智慧樹平臺的“工程熱力學”混合式授課效果研究

張小彬　谷德林　王璐

［摘 要］ 在新形勢下，線上線下混合式教學已經成為一種嶄新的授課模式，以哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院的“工程熱力學”課程作為案例，從教改原因、教改設計、效果分析等三個方面介紹了“工程熱力學”混合式教學模式的研究與實踐。結果表明，相較于傳統課堂，包含課前、課中、課后的三段式線上線下混合式教學模式在明確學習目標、強化知識理解、鞏固課堂知識、調動學生的學習興趣及學習能動性等方面對學生均有較大幫助。

［關鍵詞］ 工程熱力學；
線上線下混合式教學模式；
調查問卷；
教學改革

［基金項目］ 2021年度教育部產學合作協同育人項目“基于情景教學案例的‘工程熱力學課程教學改革研究”（202101373005）；
2021年度教育部產學合作協同育人項目“虛擬仿真在固體火箭發動機設計課程中的應用實踐”（202101292008）；
2021年度黑龍江省高等教育教學改革研究項目“基于線上線下混合式授課模式的‘工程熱力學課程建設”

［作者簡介］ 張小彬（1979—），男，河北廊坊人，博士，哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院副教授（通信作者），主要從事多相流體動力學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）22-0124-04［收稿日期］ 2022-07-28

引言

隨著社會技術的進步和時代的發展，新時代大學生的思維方式和接受信息的方式發生了根本性的改變，這促使高校不斷推進在線教學改革。在近年來的調研中發現，大學生上課不愛記筆記，多數學生只是帶著耳朵來聽課，遇到重點、難點問題多采用給板書拍照、錄像等方式記錄。筆者認為其根本原因在于新時代大學生接收信息的方式發生了改變。由于信息技術的發展和國家政策的支持，高質量慕課不再稀缺，學生可以通過各種途徑觀看國內外大學的線上課程資源。此外，為滿足新版培養方案中課內學時向課外學時延伸的要求，學校需要打破傳統授課模式的局限。新時代的發展要求表明，要加快一流大學和一流學科建設，在更新課程教學內容的同時改進課程教學模式［1-3］。在新形勢下，線上線下混合式教學更是已經成為一種嶄新的授課模式［4-9］。

哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院針對航空宇航科學與技術學科開設了“工程熱力學”這一專業核心課程，這也是學生學習后續其他專業核心課程（例如：“傳熱學”“氣體動力學”和“航空發動機原理”）的必修課。該課程從工程熱現象的宏觀角度出發，結合實際工程技術學，研究各種物質的熱力學物理性質、建立熱能與其他能量平衡關系的科學規律和方法，以及如何更高效、更合理地提高熱能的利用率和熱功轉換率，為熱能開發提供新途徑。通過本課程的學習，學生能夠理解熱力學研究對象的特殊性，建立學科特有的系統分析及能量轉換的專業思維模式和研究方法，形成能源—工質—系統—效率—環境“五位一體”的基本知識架構和分析思路，最終達到學生能夠靈活運用課程理論知識解決工程實際問題的目的。但是，根據哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院多年來開設“工程熱力學”課程的實際教學經驗來看，達到課程預期目標仍有一定距離；
而且，雖然以往已有一些學者對線上線下混合式教學模式進行了探討，但結合熱力學特有的學習方式方法和通過課堂調查研究其運行機制及影響的相對較少。因此，課程組基于在“工程熱力學”課程教學過程中存在的諸多問題，從線上線下混合式教學模式的設計方案、實現形式、具體效果等方面進行問卷調查，對“工程熱力學”線上線下混合式教學模式進行了研究與實踐。

一、傳統“工程熱力學”教學中存在的問題

傳統的“工程熱力學”教學存在一些問題。一方面，在傳統的教育體制下，課程教學模式主要以課堂教學為主，課后布置習題鞏固，學生比較被動地接受或吸收知識，學生的創新能力沒有得到有效的培養和鍛煉；
而且“工程熱力學”理論課程不僅抽象的數學概念多，還包含許多難以準確理解的數學過程［10］。另一方面，“工程熱力學”課程在課堂講解時會列舉一些工程應用實例，學生由于無法親自感知，體會和認知效果不明顯，導致學習興趣及主觀能動性較差。另外，由于傳統的工程熱力學實驗存在設備體積大、占地面積多、資源緊缺等諸多客觀限制因素，往往導致實驗結果不理想。

二、“工程熱力學”課程線上線下混合式教學模式的設計方案

“工程熱力學”課程總共64學時，其中包括基礎理論知識講授43學時、實驗8學時和學術專題研討13學時。整個授課環節均采用三段式線上線下混合式教學模式來進行，筆者對教學方案設計進行了詳細研究［11］。學生的課堂理論學習教育活動工作成效始終為整個教師課堂教學活動的根本內在出發點和最終的落腳點。本課程的網絡資源基于智慧樹平臺，課程主頁建于2022年3月，目前已運行1個完整學期，師生互動3 880次。

課前，學生通過網絡明確本次課程的學習任務和目標，并自主進行課前預習，師生通過線上平臺進行交流。課中，首先采用智慧樹教學平臺進行課堂測驗，測驗內容包括上次課程內容和本次課程的預習內容兩部分。教師會根據綜合測驗的情況，對課程的各個重點、難點知識內容分別進行針對性的講解，并對基礎知識的實際應用與學生的拓展技能進行重點引導，幫助廣大學生快速完成對基本知識的基礎內化和基本建構。在課中和課后環節，教師和學生都有總結與反思，并反饋到下一輪的教學中進行迭代，實現課程教學的持續改進。課后，學生通過習題練習可以鞏固知識并順利完成本次習題作業，教師則可以在線上及時進行習題輔導和答疑。在課程改革教學方案設計中，將知識建構、能力培養和價值塑造統一到課程教學活動中，實現全過程育人。

三、“工程熱力學”課程線上線下混合式教學模式的效果初探

（一）研究對象及方法

本研究以哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院（下文簡稱“案例學院”）中“工程熱力學”課程的全體學生作為研究對象，采用課程問卷調查的手段對學生樣本實現全覆蓋，共發放100份問卷，回收100份，問卷回收率為100%。其中有效問卷98份，問卷有效率為98%。問卷由三部分構成，第一部分是“工程熱力學”線上線下混合式教學模式的基本信息及學生所反饋的授課效果；
第二部分是“工程熱力學”線上線下混合式教學模式的優點；
第三部分是“工程熱力學”線上線下混合式教學模式的缺點。

（二）研究結果

圖1至圖3是采用線上線下混合式教學模式后，對“工程熱力學”課程授課班級進行問卷調查所得到的統計結果，表1為問卷的具體項目及結果。從中可以看出，相對于傳統的教學模式，班級學生中將近80%的學生更傾向于“課前線上大綱梳理+MOOC自學—課中線下智慧樹教學+課堂測驗—課后線下做題+線上答疑”的三段式線上線下混合式教學模式，更有超過90%的學生認為線上線下混合式教學模式對提高課堂參與性及師生、生生互動交流，強化知識理解，調動學習興趣及學習能動性，擴展專業知識，積累理論經驗，提高對專業實際的了解等方面均有幫助。圖1為對線上線下混合式教學模式的喜愛度的調查結果，從中可以看出，學生中超過83%的人喜歡這種新型的教學模式，然而約10%的人表示一般，經調查了解，較大原因在于部分學生不了解這種線上線下混合式教學模式，在此前的學習生涯中也未有過相似模式的課程經歷，可見對這種線上線下混合式教學模式普及的重要程度。

（三）“工程熱力學”課程線上線下混合式教學模式的利弊分析

本研究分析了線上線下混合式教學模式存在的利弊。其中圖2列出了其優點，能夠發現83.7%的學生認為該模式聽課更為便捷，何時何地都可以獲取知識；
81.6%的學生認為可以更容易地了解MOOC上名師專家的授課，得到更多優質的教學資源和經驗以開闊視野；
同時從課程心理的角度來說，只有35.7%的學生感受到了教師和學生的動態多向結合。這意味著混合式教學模式在以學生為中心的授課理念和設計方面，還需進一步加強。圖3列出了其缺點，可以發現現有的線上線下混合式教學模式仍然有很大的改進空間。比如：在線上線下混合式教學中經常出現的線上線下間的疏離感、缺乏課堂氣氛、課堂交流不易實現等問題，這是由于在高校數字教改的前中期，技術等方面還無法達到師生的預期目標，甚至有時還會出現網絡連接問題。但筆者相信隨著互聯網和大數據技術的持續提高，這些問題會逐漸得到解決。值得關注的是，筆者團隊正在打造線上虛擬仿真實驗室，利用互聯網技術所營造的多維度教學環境來解決上述的線上線下間的疏離感、缺乏課堂氣氛、課堂交流不易實現等問題，雖然目前還處于過渡期，但隨著對線上線下混合式教學方法和運行機制的不斷探究，終將會為高效授課帶來新的機遇。

（四）未來授課重點

“工程熱力學”線上線下混合式教學模式，提高了學生的學習興趣，培養了學生的專業技術。課程調查問卷顯示，超過九成的學生對本課程的授課方式較為滿意；
但仍有一些學生認為課程還存在可以改進的地方，比如在線上線下間的疏離感、缺乏課堂氣氛、無法專注聽講等方面。未來筆者團隊將在對“工程熱力學”課程相關教學方法進行改革的過程中，深入分析課程教學改革中的問題，系統總結線上線下混合式課程運行的規律及本科生培養體系與授課成效的影響因素，力圖打造一門有特色、有價值的一流課程，并且創建顯性課堂與隱性課堂相結合的思想政治融入式全過程育人模式，為提高本科生培養質量提供助力。

結語

“工程熱力學”作為航空宇航科學與技術學科開設的一門專業核心課程，是從事航空航天類研究、開發、設計等相關工作必不可少的理論基礎。本文通過不斷改進傳統課堂教學模式，深入淺出地進行教學改革，通過結合移動互聯網和大數據等新技術，運用線上線下混合式互動教學模式實施新型動態課改。以哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院的“工程熱力學”線上線下混合式教學課程作為典型案例進行探究，根據問卷調查所得到的結果發現，相比于傳統課堂，學生認為課前、課中、課后的三段式線上線下混合式教學模式在明確學習目標、強化知識理解、鞏固課堂知識、調動學習興趣及學習能動性、提高對專業實際的了解等方面均有幫助。同時分析了混合式教學模式所存在優缺點，發現除了授課便捷等優點外，還存在線上線下間的疏離感、缺乏課堂氣氛、課堂交流不易實現等缺點需要進一步完善。

參考文獻

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高等教育出版社，2016：43+155-157.

［11］張小彬，王璐，谷德林，等.“工程熱力學”線上線下混合式教學改革研究［J］.教育教學論壇，2022（6）：77-80.

Research on Blended Teaching Effect of Engineering Thermodynamics Based on Smart Tree Platform

ZHANG Xiao-bin， GU De-lin， WANG Lu

（College of Aerospace and Civil Engineering， Harbin Engineering University， Harbin，

Heilongjiang 150001， China）

Abstract：In the outbreak era， online and offline blended teaching has become a new teaching mode. Taking engineering thermodynamics course in College of Aerospace and Civil Engineering of Harbin Engineering University as an example， from three aspects of educational reform， teaching design and effect analysis the research and practice of blended teaching mode is introduced. The results show that， compared with the traditional classroom， the three-stage online and offline teaching mode including pre-class， in-class and after-class is of great help to students in clarifying learning objectives， strengthening knowledge understanding， consolidating classroom knowledge， and mobilizing learning interest and learning initiative.

Key words：
engineering thermodynamics; online and offline mixed teaching mode; questionnaire; teaching reform