“工程热力学”线上线下混合式教学改革研究

张小彬 王璐 谷德林 杨春英 刘平安

[摘 要] 在“一流专业建设”和“一流课堂建设”高校教育形势下，高等院校的教学改革正面临着重大的机遇和严峻的挑战。从教学目标、课程内容、教改事由、课堂建设思路和内容四个方面介绍了“工程热力学”教学创新的研究与实践，并通过线上线下混合式教学、翻转课堂参与引导教学、科研反哺教学、虚拟实验教学、互联网大数据应用教学、课程思政教学等方法策略，切实培养航空航天类应用型專业技术人才，更好地服务国家和地方区域经济社会发展。

[关键词] 工程热力学；线上与线下；混合式；教学改革；“双一流”建设

[基金项目] 2021年度教育部产学合作协同育人项目“基于情景教学案例的‘工程热力学’课程教学改革研究”（202101373005）；2021年度教育部产学合作协同育人项目“虚拟仿真在固体火箭发动机设计课程中的应用实践”（202101292008）；2021年度教育部产学合作协同育人项目“基于案例可视化的‘推进系统测试技术’课程的研究与实践”（202101373004）

[作者简介] 张小彬（1979—），男，河北廊坊人，博士，哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院讲师（通信作者），主要从事多相流体动力学研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）06-0077-04 [收稿日期] 2021-08-27

引言

党的十九大报告中提出，“加快一流大学和一流学科建设，实现高等教育内涵式发展。”[1]研究发现，更新课程教学内容、改进课程教学模式和建立重视课程教学绩效评价机制体系，不仅可以有效提高中小学生对数学分析学科课程的学习兴趣，还可以有效消除对数学分析的恐惧心理；同时，为学生提供前所未有的广阔视野与学习体验。当前，在“一流专业建设”和“一流课堂建设”的国家教育发展战略要求下，我校航空航天宇航技术科学与工程技术相关学科的基础建设和研究还存在一些问题，面对更严峻的挑战，还需要根据我国经济发展和行业需求培养高级应用型航空航天技术人才，这也是目前专业教学的主要工作目标。因此，“工程热力学”课程教学应该面对挑战，探索“工程热力学”课堂教学创新改革实践与研究。

一、“工程热力学”教学目标和课程内容

“工程热力学”课程是哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院针对航空宇航科学与技术学科开设的专业核心课程，也是学生学习后续其他专业核心课程（例如：“传热学”“气体动力学”“航空发动机原理”）的基础。从该专业实际工程技术学理论分析可知，对各个物质的热力学物理性质以及相关的科学规律和方法详细分析，能够为热能的使用提供重要措施。经过课程的有效学习和目标的确立，学生需要转变正确的思维观念，形成完善的知识结构，能够对课程的理论知识充分利用，以达到总体的系统分析。

二、“工程热力学”教学中存在的问题和教改原因

受传统教育理念的影响，在课堂实际教学中，主要以书本教学为主，并在课后进行习题训练，学生只是被动地接受知识，不利于创新能力的培养。

“工程热力学”理论课程抽象的数学概念多，例如焓和熵等，而且还包含准确的静态相变过程、可逆过程等。另外，“工程热力学”课程是最让学生头疼的课程之一。在大多情况下教师所讲解的工程应用实例，学生由于无法亲自感知，体会和认知效果不明显。这导致传统教学方式下，学生只是被动地接受知识，学习兴趣和主动性难以提升。但受传统工程热力学实验设备体积大、占地多、资源紧缺等客观条件的使用限制，导致实验结果不理想。因此，教学组在线上线下混合式教学的基础上，利用FELAC软件制作相关数字化案例，在教学过程中随堂讲解各部分知识涉及的案例，使学生能够抽象出工程实际中所涉及热力学过程的数学模型，有效调动了学生的学习兴趣及学习能动性，充分实现“学中做”“做中学”的教学目的与参与方式，进一步提高学生的科研及创新能力。并能够解决工程实际遇到的热力循环系统方面的问题。通过本项目的开展，将对“工程热力学”的相关教学方法进行改革，并完善教学内容体系，打造一门有特色、有价值的本科生一流课程，为学生今后能快速地开展热力学相关领域研究工作提供更好的支撑。

三、“工程热力学”课程建设思路及设计方案

（一）课程建设思路

课堂中，利用参与式教学方式积极引导学生。经过小组探讨、翻转课堂等教学模式的结合，保证在学生和教师之间形成良好的沟通和交流模式。

对于教学手段，不仅可以进行多媒体和视频教学方式的结合，还需要基于现在互联网技术和信息技术以及大数据技术，为课堂教学提供更大支持。

对于教学内容，要保证内容更加简单，进行多种类别的划分，主动把握其中的重点和难点。还要将科技内容、重点项目等转化为课堂教学内容，且引进现代先进技术和知识，保证项目教学方式的充分利用[2]，并将理论知识和实践技术相互结合，促使学生获得更丰富的知识和经验，也能为学生的未来发展提供重要保障。

对于课程思政教学，需要更加合理地分析课程思政和“工程热力学”课程之间的关系。并且，还需要构建专业性的教师队伍，基于工科专业教师，将其和思想政治理论课教师相互结合，还可以增加心理咨询师、辅导员等，使不同专业教师相互结合，促使其各自优势的发挥，为工科专业课程思政教学提供强大的师资力量。最终达到将“显性课堂”与“隐性课堂”相结合[3]，在“工程热力学”课堂上向学生传达社会主义核心价值观在内的多维积极思想。

（二）课程设计方案

“工程热力学”课程在实际教学中，总教学课时为64学时，其中的理论课程知识讲解48课时，实验8学时，学术专题研讨8学时。整个授课环节均采用三段式线上线下混合式教学模式。教学方案的设计如图1所示。在总体上主要划分为课前、课中和课后三个阶段，每个阶段都需要引导学生积极参与，且利用网络实现学生之间的相互沟通和交流。在整个教学活动中，需要将学生作为课程教学的主体对象，学生的理论课程学习能够为教师课堂教学活动的执行和发展提供重要条件。

教師应该积极引导学生，保证学生形成完善的知识体系，促使课程学习更加有效。在课程执行前期，教师需要对该课程进行新教学思路的分析，基于网络对该学习任务和目标详细研究，锻炼学生的自主学习能力。在课堂实际教学过程中，可以利用雨课堂教学平台进行测试，测验包括上次课程内容的测验和本次课程内容的检测两部分。教师按照整个课程的教学目标以及每个课程前期的测试情况，对教学中的重点和难点内容实现针对性讲解，使学生进行基础知识的完善。该过程是在线上平台进行的，能够在答疑区域或者在弹幕区域实现师生的相互沟通。并增加对知识的充分利用，引导学生建构基础知识，同时扩展知识面。通过线上平台的应用，能够促使师生之间的沟通和交流，在课后、课中引导学生积极反思，促使课程教学知识的持续化。在课程完成后，通过习题复习和知识巩固更好地完成作业辅导。教师则可以在线上及时进行习题辅导及答疑。在这个课程改革教学方案设计中，能够对课程教学思想政治内容有效创新，保证教学育人和名师教学的相互结合，构建知识组成与人才培养相互结合的课程教学活动，在专业课程教学中完成育人目标。

四、“工程热力学”课程建设内容

完善“工程热力学”教学内容体系，打造一门有特色、有价值的本科生一流精品课程，内容如图2所示。

（一）特色精品慕课课程建设

在国家航空航天宇航应用科学与工程技术一流重点学科建设政策要求下，结合国内外优秀MOOC资源，基于雨课堂和智慧树等平台，建设具有航空航天特色的精品MOOC课程。

（二）高质量数字化课程建设

通过对多媒体与视频教学的结合应用，在互联网技术、信息技术以及大数据技术支持下，促使教学各个环节安排合理，并且建立虚拟仿真实验室，通过Felac有限元分析软件形成一个真实且不受时间、空间限制的虚拟环境[4]。使学生能够抽象出工程实际中所涉及热力学过程的数学模型，有效调动学生的学习兴趣及学习能动性，充分实现“学中做”“做中学”的教学目的与方式。

（三）教学模式的全方位改革创新

广泛开展多种、新型的教学模式，如引进启发式教学、参与性教学及翻转课程等模式，将单一的课堂模式进行创新，促使学生在思想上的激发，利用现代科研，创建良好的课外竞赛平台，如“大学生创新创业比赛”“互联网+”等，促使学生积极参与。

“双一流”建设能够提高学生知识水平，保证现代教育理念的渗透，促使知识的有效传播，彰显整体的先进性。依托学科优势和学校的优质课程建设项目，教学团队对“工程热力学”课程中的教学大纲、教学方案以及教学模式等进行全方位创新，旨在培养符合我国行业发展、国民经济建设发展的先进人才。课程建设内容主要包括出版数字化大学教材、题库和具有时间、空间四维感知属性的虚拟案例建设。

（四）课程思政建设

基于航空航天领域背景，探索和研究“工程热力学”课程思政教育的可行性，结合“工程热力学”课程的特点和思想政治教育的核心内容，在课程中合理且巧妙地加入思想政治元素，精心安排教学环节，修订教学大纲，通过各种网络平台、采取多元的考核方式等具体措施，为工程类专业基础课程的教学提供参考。

结语

“工程热力学”作为航空宇航科学与技术学科开设的一门专业核心课程，是从事航空航天类研究、开发以及设计工作的主要条件。在课程建设中还存在一些问题，该课程还需要对传统课堂教学模式进行创新，积极引进参与式、引导式教学等教学模式，利用线下和网络上的混合式互动教学，翻转移动课堂、虚拟教学实验等创新教学技术手段，引进竞赛等课外教学竞赛活动平台，培养学生的自主综合创新能力。通过不断探索引入新教学知识、新教学技术、新工具的使用，使课程教学内容得到积极应用。基于移动互联网络和大数据等技术的利用，能使整个课堂教学动态展开，保证新型教学课程符合教学动态发展需要。还可以积极引进创新课程思政教学，将“显性课堂”与“隐性课堂”完美结合，以促使地方区域经济社会发展。

参考文献

[1]决胜全面建成小康社会，夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利[N].人民日报，2017-10-28（1）.

[2]杨海军，李勇.基于学生培养的大型仪器开放共享新模式[J].实验室研究与探索，2011，30（11）：243-245.

[3]方波，李继凯.线上翻转课堂教学模式实践——以模拟电子技术课程为例[J].高教学刊，2021（11）：46-50.

[4]王丽丽，张快，客海滨.数值仿真与理论应用耦合式教学法在《工程热力学》中的实践[J].大众标准化，2021（4）：129-131.

Research on the Online and Offline Mixed Teaching Reform of Engineering Thermodynamics Course

ZHANG Xiao-bin， WANG Lu， GU De-lin， YANG Chun-ying， LIU Ping-an

（College of Aerospace and Civil Engineering， Harbin Engineering University， Harbin， Heilongjiang 150001， China）

Abstract： Under the development requirements of first-class major construction and first-class classroom construction， the teaching reform of colleges and universities is facing great opportunities and severe challenges. From the aspects of the teaching objectives， the teaching content， reasons of teaching reform， the thoughts and contents of class construction， the paper introduces the research and practice of the teaching innovation in the course of Engineering Thermodynamics. Through online and offline mixed teaching， flipped class participation and guiding teaching， teaching supported by scientific research， virtual experimental teaching， applications teaching based on Internet big data， and “curriculum ideological and political education”， the paper proposes to train applicationoriented aviation and aerospace professionals to better serve the economic and social development of the country.

Key words： Engineering Thermodynamics； online and offline； mixed； teaching reform； “double first-class”construction

3167500589261