新媒体结合工科教学的探索

李文强 冯喜平 惠卫华

摘 要：在新工科建设和发展的背景下，本文针对线下课堂授课模式单一以及理论与实验脱节的问题，创新性提出了通过新媒体技术将前沿科学实验引入线下理论课堂的教学改革方式。例如：通过“直播”的方法，及时将科学实验及时带入理论课堂，提升课堂气氛的同时，利用实验对学生进行深度启发。本教改方法实现了将理论、实验与创新在一堂课中融为一体。通过对西北工业大学“传热学”课程的改革实践，发现该授课模式可极大激发学生的课堂热情和创新思维，大幅提升了理论学习的效率。

关键词：教学改革;新媒体;实验;理论;创新

中图分类号：G642  文献标识码：A

Abstract：Under the background of construction of the new engineering curriculum of the Ministry of education，the present study proposes a teaching reform method that integrates new-media tool and theoretical curriculum，aiming to solve the problems existing in the traditional teaching mode，that is，monotonous and detachment of experiment and theory.By innovatively introducing cutting-edge experiment into class through direct-broadcast media，we have realized the integration of theory，experiment and innovation in one class.Through the reform of course of "Heat Transfer" in Northwestern Polytechnic University，it is found that this teaching mode can greatly stimulate students’ classroom enthusiasm and innovative thinking and improve the efficiency of theoretical learning.

Keywords：teaching reform;new media;experiment;theory;innovation

一、概述

随着我国向着创新型工业的迈进，对人才的要求也从掌握知识技能向实践创新能力进行转变。但是，目前的课堂模式大多是延续传统老旧的教学方法。近年来，随着网络课堂的兴起和数字传媒的发展，传统线下课堂已不再成为获取知识的唯一途径。例如：斯坦福大学和麻省理工大学公开课、国内MOOC课堂、网易公开课等优质的网络教育资源正在逐步取代线下老旧的“老师台上教，学生底下学”授课模式，而且，目前的线下课堂还是以PPT结合板书的授课方式，与线上教育日益新型化和多元化的模式相比，传统授课模式难以激发学生的积极性。

除此之外，对于一些工科类别的专业基础课程，例如“传热学”，是工程热物理专业方向的必修课程，也是一门理论和实验并重的学科。该学科涉及的概念和理论公式较多，学生在课上容易出现专注力下降的问题。为此，本学科配套增设了8个实验学时，但是，二者并未起到互补递进的作用。原因是实验教学与理论教学是分开的，即：理论教学结束后再进行单独实验教学。这种模式带来两个问题：

（1）理论和实践存在非时效性。理论学习效率不高的问题依然存在，这也导致学生无法运用所学理论对实验数据进行解释;

（2）实验课并未在理论课的基础上形成递进关系。即：无法通过实验对学生进行深度启发和思考，巩固和加深理论学习。

再者，学生在传统教学模式的培养下，只是被动获取知识，甚至只以获取学分和考试分数为目标，不明白如何将所学知识运用到科学研究和创新生产当中，考试结束便很快忘记所学，创新思维严重不足，这也是多年应试教育的最大弊端。因此，一味地追求对知识点的准确掌握忽略了批判性思维的培养，这与我国创新型科技的发展趋势是不相符合的。

因此，如何在新工科课程改革和创新型工业推动的背景下，针对教学模式老套、实验与理论分割以及创新乏力的问题进行教学改革，是目前理论课堂亟待解决的问题。

二、教学改革方法

针对传统课堂授课模式单一化问题，出现了线下翻转课堂[1-3]、MOOC课堂[4-6]、KAPI课程体系[7]等丰富的教学方式，针对理论和实践脱节的问题，高校通过开设实验实践课程、工程训练课程[8]、创新创业竞赛[9-10]等方式来解决。但是，上述这些实验实践方法与理论课堂教学始终都是分割开来的，存在非时效性，无法及时在课堂上引发学生对科学的深度思考和对前沿创新的启发。因此，本文采用将科研实验搬进理论课堂的方法。需要注意的是，虽然该方案已经在理论课堂中经常被采用[11]，但课堂实验适用于易携带的装置，有很强的局限性，并且，简易的初级装置并不能体现科研前沿进展。因此，还需要将最近的知识和科学融入实验当中，进而引发学生对科学的深度思考和对前沿创新的渴望，而前沿的实验装置和设备的体积和重量往往较大，无法进行现场演示和讲解。

针对这一问题，本文创新性地通过新媒体技术，通过直播等新兴方式，将前沿科学实验带入理论课堂，提出了理论—实验—创新一体化培养的课堂教学改革方案。教学改革的最终目的是激发学生自主学习的兴趣、引发学生的深度思考，培养学生的创新能力。本次教改思路的最大特点是它不同于传统课程群模式，即将理论、实验和创新科研项目分割开来，而是将三者融合在一堂课中，形成多功能教学课堂。例如，通过新媒体技术将实验以现场直播的方式呈现给学生。实验人员将实验过程进行压缩并进行简短的演示，让学生可以在理论学习过程中“现场体验”实验过程，并与实验人员进行交流。通过上述方法，既可实现实验与理论之间的“无缝连接”，又能解决传统课堂授課单一化问题，增加了学生的课堂兴趣，强化了理论学习效率。

三、改革实践

教学改革的对象选择了西北工业大学飞行器动力专业方向的基础课程“传热学”，包括该专业的两个班级的50名学生。下面以“传热学”中“大空间沸腾传热”教学内容为例说明课堂设计和教改实施方案。

首先，以5人为一组将学生分为10个讨论小组。在上课过程中，将以小组为单位进行课上的讨论，完成课程创新作业等学习环节。这样做的目的是以小组为引导，督促组员积极参与学习和讨论，磨炼意志品质，培养团队精神。

课堂伊始，拟根据教学内容在开场时抛出以下两个生活问题引发学生思考。例如，鸡蛋在烧红的铁锅中不粘是因为不粘锅吗？锅中沸腾的水在标准大气压下是100℃吗？通过这种开场形式引出本章中的两个核心教学内容“大空间沸腾传热曲线”，同时可以增加课堂的趣味性，初步带动学生的积极性。

然后，针对“大空间沸腾传热”进行理论讲解，该部分为理论教学，理论教学中，多媒体教学手段如PPT适用于概念性较强的内容或者图形的讲解，而针对理论性较强的内容，传统的板书或者线上线下结合的混合教学更为适用。考虑到本章内容理论性较强，作者采用板书形式进行讲解。讲解时间大致控制在三分之一课堂时间左右，时间过长容易导致学生注意力分散。然后，作者将与之相关的“雾化冷却”科学实验穿插进理论教学中，进而诠释“沸腾曲线”的理论规律。“雾化冷却”是一种新型的高效冷却方式，近年来在电子器件冷却、发动机防护等领域获得了广泛的关注和应用。但是，实验系统体积较大，无法现场演示。作者创新性的采用“直播”的方式，通过直播软件现场连线至实验室科研人员。与此同时，科研人员将现场的实验画面同步传递给教室的学生，对实验过程和实验结果进行简短地介绍和讲解，并通过直播跟学生进行在线交流，进一步对“大空间沸腾传热曲线”的理论内容进行诠释，强化了理论学习。通过理论与直播实验这种新颖的授课形式，点燃学生的课堂热情，牢牢抓住学生的专注力。在直播结束后，提出问题启发学生思考。前面的实验“直播”将课堂的气氛推向了高潮。直播结束后，应趁热打铁，适时抛出相关问题引发学生思考。例如，在雾化冷却过程中，哪些因素和机制发挥作用？还存在哪些可以强化沸腾传热的方式？然后，按组进行讨论和发言。讨论采用开放和自由的形式。此时，学生学习和探索的热情高涨，学习效率大幅提高。

最后，在讲授完书本知识点之后，还可以进一步将本节课知识点拓展至与之相关的学科前沿中，将前沿基础研究和成果介绍给学生。还是以“大空间沸腾”内容为例，气泡初始生成机理一直以来悬而未决，作者在课堂最后针对该问题组织学生进行了分組讨论。目的是让学生不再孤立和生硬的学习知识，而是在科学前沿的大背景下让学生对所学知识进行更深层次的思考，进而激励学生进行科研创新。

四、展望

本次教改创新性将新媒体方法引入教学课堂，通过直播的方法将前沿的学科实验与理论知识和科研创新有机地融合在一节课中。使得学生从过去的被动接受知识向主动和创新型学习的模式进行转变。对本次教改的展望和建议如下：

（一）提升教改模式的适应性

本文提出的教改方法首先应用于本学科基础课程“传热学”的教学中，并取得了良好的效果。但是，不同学科课程体系和培养方案存在差异。因此，需要针对不同学科对实验内容和形式进行调整，以完善该教学模式在多学科中的应用。此外，实验的选择非常关键，既要能够与理论学习形成互补，又要有趣味性，不能太过复杂。

（二）加入线上优质教育资源

线上教育资源应该与线下课堂教学形成互补和拓展关系，不应简单的重复。优先选择更先进和有趣的高质量在线课程材料，材料形式可以是大学生MOOC课堂、网络视频、讲座以及图片等。采用线上教育资源可以增加课堂的趣味性，进一步提高学生的积极性。应注意的是，在线课程的时间应占总课堂时间的1/3以内，在播放过程中可对重点和难点内容进行补充解释。

（三）教学过程中加入思政元素

课堂教学不应忽视思想道德修养的教育和培养。可以适时在培养环节中加入思政元素[12-13]，通过课堂对学生进行思政教育，提高学生的思想道德修养，更好发挥其在“立德树人”教育中的作用。

（四）改善考核评价体系

除了基本的作业习题之外，学生以小组为单位，根据课上所讨论前沿科学自行拟定创新题目或针对已存在问题给出解决方案，题目不要求难度，但要具有创新性，以此鼓励学生创新，并计入最终考核成绩，避免“平时不作为，一考定终身”的现象。

结语

在新工科建设和发展的背景下，本教改以解决传统课堂教学模式单一、理论与实验分割和学生缺乏创新问题为目标，创新性地通过新媒体技术，将前沿科学实验引入理论课堂，实现了科研实验、理论教学和创新培养的有机融合。使得实验和理论形成了即时互补和强化关系，为课堂融入了更多功能和内涵，实现了从理论知识向实验实践和科研创新的转化，获得了“一加一远大于二”的教学效果。前沿实验的“直播”效应极大地激发了学生学习的热情，引发学生的深度思考。

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作者简介：李文强（1985— ），男，汉族，陕西西安人，博士，高级职称，研究方向：高等教育。