“互联网+”背景下“热力学与传热学基础”课程教学模式创新与实践研究

摘"要：开展基于在线课程的线上线下混合式教学，成为新时期高等教育改革的热点。本文以本校机械类专业基础必修课程“热力学与传热学基础”为例，开展了在线课程建设和混合式教学的改革与探索。本文分析了该课程传统线下教学存在的难点，阐述了在线课程建设和线上线下有效结合的混合式教学的实施过程，实践证明了教学效果取得显著提高。最后，总结了本门课程在采用混合式教学模式中体现的优势与不足之处，该研究可为高等教育开展在线课程建设与混合式教学提供参考。

关键词：在线课程；混合式教学；热力学与传热学基础

在“互联网+”背景下，随着信息技术的发展，大数据、云平台、人工智能与教育不断融合，教育信息化程度不断加深，我国线上教育的规模不断壮大，涌现出各类线上教学平台。在线教学打破了时间与空间的束缚，教师和学生可以相对自由地完成课程的教与学［12］。自2020年春季学期以来，国内高校依托这些平台实施了大规模的在线教学实践，极大地推动了线上教学的发展［3］，成为与线下课堂教学等效的有效教学模式。开展线上教学，与线下教学合理有效地结合，创新教育形态和人才培养模式，成为现在高等学校教学的新常态［4］。本文主要以“热力学与传热学基础”这门专业基础必修课的教学为例进行探索：利用南京工程学院机械工程学院机械设计制造及其自动化、机械电子工程及机械工程专业的教学实践，依托中国大学生MOOC平台建立“热力学与传热学基础”线上课程，与本科生线下课堂教学结合，针对“热力学与传热学基础”的课程特点，开展线上线下混合式教学的实践与探索，为“热力学与传热学基础”的教学改革与创新提供新思路。

1"“热力学与传热学基础”课程及传统教学难点

“热力学与传热学基础”课程主要是在阐述热力学普遍原理的基础上，研究这些原理的技术应用的学科，着重研究的是热能与其他形式能量（主要是机械能）之间的转换规律及其工程应用［5］。总学时为32课时，学分为2分，是本校机械类及相关专业本科生的专业基础课。

目前，在各高校“热力学与传热学基础”课程的教学过程中，传统的面对面课堂讲授法仍然是其主要教学模式。对于本门课程，课堂授课面对的第一个问题是内容繁多、课时不足。以我校为例，依据学院对机械专业的培养方案，2021年春季学期本课程课时从原来的48课时缩短为32学时，这无疑增加了学生学习和教师教学的难度与压力。本课程选用的教材由高等教育出版社出版，童钧耕、王丽伟、叶强主编的《工程热力学（第6版）》，共13章内容。32课时不可能完整讲授该教材的全部内容，所以本课程选取了其中的第一章《基本概念及定义》、第二章《热力学第一定律》、第三章《气体和蒸汽的性质》、第五章《气体和蒸汽的基本热力过程》、第六章《热力学第二定律》、第八章《压气机的热力过程》、第九章《气体动力循环》共七章内容进行讲授。其中前五章为热力学的重要概念和理论，第八章、第九章为两种常见工程机械的热力学分析。但是即使缩减了教学内容，在32学时内讲授完全部内容并保证教学质量也是极为困难的。因此，打破线下课堂教学时间与空间的局限性，将线上丰富的教学资源和授课方式灵活的优势与线下课堂面对面交流的优势充分结合，会极大提高课堂效率，更好地完成教学目标，提升教学质量。

第二个问题是本门课程学习难度较大。本课程内容理论性强，抽象概念多，如焓、熵、等概念和热力学第二定律等，理解起来难，学习难度高，导致学生难以掌握，更难以应用解决实际工程问题。且本课程定理公式繁多复杂，要求学生对“高等数学”“大学物理”等先修基础课程中的相关知识掌握扎实，否则就会对本课程的许多公式以及推导过程难以理解与掌握，影响学生对深度内容的理解与工程实践问题的应用。并且由于教学课时少、内容多，因此线下授课时，教学方式主要以教师讲授为主，缺少互动，课堂的活跃度低，这导致学生学习以被动接受为主，主观能动性未能充分发挥，不利于对学生创新思维和能力的培养。多数学生为应付考试，对理论和公式死记硬背，但并没有理解掌握，学习效果不够理想。

2"“热力学与传热学基础”课程建设与实施

2.1"中国大学MOOC平台在线课程建设

基于以往线上授课的经验，本热力学与传热学基础课题组在中国大学慕课平台建立了“热力学与传热学基础”在线课程。在线课程的主要内容包括：基本概念及定义、热力学第一定律、气体和蒸汽的性质、气体和蒸汽的基本热力过程、热力学第二定律、压气机的热力过程、气体动力循环和蒸汽动力循环，共设置了8个学习单元，每个学习单元下又对应设置了若干个子单元。在线课程的每个学习单元都包含有教学视频、授课课件、单元测试、电子版教材、讨论区（包含教师答疑区和话题讨论区）等多类型资源库，如下图所示。

“热力学与传热学基础”在线课程教学资源库示例图

2.2"混合式教学实践应用

在课前，教师提前设置好与本节课相关的教学资源的发布时间，如本节课的教学视频、授课课件、单元测试和工程案例分析资料等。通知学生及时登录网络教学平台，查看当前阶段的学习任务，明确本节课程需要学习的重点知识内容，学生通过线上课程提前进行预习，并按时完成单元测试。教师根据MOOC平台提供的学习数据统计，及时掌握学生预习情况，从而对线下课堂教学活动进行合理设计。

在线下授课过程中，教师结合要求学生完成的线上课程预习任务，更直接地引出本节课教学内容。然后依照教学方案，针对课程内容的特点合理地安排教学活动，围绕重点内容多与学生互动交流。线下以板书的形式进行公式推导，用多媒体结合工程案例讲解理论知识和相关概念，有限的线下教学时间可以更有效地得以利用。多与学生互动，及时解决学生学习过程中遇到的问题，将学生转变为主动学习者。

“热力学与传热学基础”课程的学习难度较大，仅通过教师在课堂上讲解知识点，学生要理解和掌握相关知识较难，必须课下巩固复习，并进行大量的习题练习。学生在课后可以通过在线课程资源进行反复复习巩固，理解与掌握知识点重难点。学生还可以通过讨论区发布问题，与同学进行讨论学习，加深对知识点的理解与应用，教师也会定时查看讨论区，与学生互动，解答学生的困惑。同时，教师在课后还会发布一些生活实例、热点问题、学术科研问题、工程实例等多种项目资源到讨论区，让学生进行讨论，将所学知识应用到工程实际中。

具体到每一部分内容，对于绪论和基本概念及定义，以学生课前预习为主、课堂讲解为辅，线下课堂重点对重难点热力系统、平衡状态、状态参数以及功和热等内容通过案例分析、习题讲解，加深学生对这些基础内容的理解与记忆。而对于热力学第一定律、气体的性质、气体的热力过程、热力学第二定律等抽象复杂的内容，线上课程可以详尽地展示公式推导过程，并对涉及的相关基础知识进行一定的补充讲解；线下课堂则可以更多地将重点集中在讲授如何理解和运用知识点进行解题和工程应用，并进行案例分析。这样线上线下相结合，可以加深学生对知识的印象和理解，提高学生的实践能力和解决问题的能力。

最后，在中国大学MOOC平台的线上课程中，我们还设置了多套模拟测试。在课程的最后阶段，这些模拟测试将会定时开放，学生需要在规定的时间内完成模拟测试。模拟部分为教师批改，部分为学生互评，学生互评可以增强学生的参与度与学习积极性，教师批改可以让教师了解学生对知识点的掌握和理解程度，以便于后续在线下课堂展开针对性教学，进行复习巩固，模拟测试的参与度作为最终成绩的衡量依据之一。在考试结束以后，每一套模拟测试也会配有详尽的答案，学生在考试后可以自己对照答案解决自己不会的问题，这也可以满足学生的个性化学习需求，同时还可以有效提升学生的自主学习积极性。

课题组对以往传统教学的考核评价体系也进行了优化。在2020春季学期以前，本课程的考核方式为期末考试80%+平时成绩20%，其中平时成绩一半为考勤表现，一半为平时作业。这种考核方式虽然也考虑了学生的课上表现和课后表现，但是卷面考试成绩占比过大，没有体现出对学生能力和技能的考核，不利于开发学生创新性和探索性，无法全面考查学生的知识掌握、能力提升和素质拓展情况。

以培养创新型学生为目标，改革实施多样化考核方式，优化后的考核评价体系课程总成绩采用百分制评定，期末考试成绩占比60%，过程考核成绩占比40%。期末考试采用闭卷考试形式，考试内容紧扣教学大纲和教材内容，考试内容主要分基本知识点的针对性考核和综合能力考核。基本知识点考核主要考查学生对于课程基本理论知识的掌握程度，检测学生是否能够正确运用理论和公式进行计算分析。综合能力考核则侧重对实际工程问题进行分析和解决能力等方面的考查，检测学生是否能够将所学知识点进行整合和应用。

新课程评价体系增大了过程考核在最终成绩中的比重，达到了40%；考核方式更多样化，包括考勤表现10%、课后作业10%、线上课程综合表现10%和课程小论文10%。其中，线上课程综合表现评价依据中国大学MOOC平台后台采集的学生学习数据进行，包括学生课程视频观看完成度、小测试完成情况、讨论区互动活跃程度、案例分析表现等。

3"教学实施情况分析

3.1"混合式教学的优势

课题组基于在中国大学MOOC平台自建的在线课程，开展了3学期的线上和线下课堂教学结合的混合式教学。线上课程教学平台支持师生加强教学互动，提供多种教学互动场景，提升了课堂的活力，提高了学生学习自主性和积极性。混合教学模式能够引导学生开展研讨式学习、实践式学习，促进学生能力和技能的培养。并且通过线上课程平台以及线下课堂使用的学习通等教学工具，实现了教学行为的数据化，将课前预习、课中互动和课后复习及测验各环节连接起来，支持全流程教学管理，真实记录课堂教学活动及学习数据，反馈更加及时高效，为课程的考核体系提供了数据支撑，提高了教学效率。课题组对采用混合式教学前后几个学期的学生成绩进行了统计对比，如下表所示。通过对比发现，与采用混合式教学前（2018级学生）相比，混合式教学后（2019—2021级学生）期末考试卷面成绩平均分、课程总成绩的平均分、优良比例大大提高，不及格人数大大减少，教学效果提升非常显著。

3.2"反思与改进

（1）线上课程设计不够优化，教学设计形式不够丰富。目前，教学主要还是以课程视频和教学课件为主，与线下课堂授课在内容和形式上都有一定重复，而工程案例分析资料及课后延伸学习资料不足，没有充分发挥线上教学的优势，未能充分激发学生的学习兴趣，未能充分调动学生的学习积极性。（2）线上课程与线下课堂教学的融合程度不够，未能有机结合。主要是线上线下课程的课程目标不是十分明确，导致线上线下课程内容衔接性不好，时间上的分配不是十分科学合理。

基于以上问题，课程组提出以下几点改进方向。首先，要优化线上课程资源，提升教学资源的吸引力、实用性和深度。在目前课程资源的基础上，增加工程案例、实践技能锻炼等资源，满足学生个性化学习和终生学习的需要。还要将科技强国、科学创新、大国工匠精神等思政元素融入课程内容之中，提升课程的价值导向。其次，要更科学合理地安排线上课程和线下课程的内容，严格避免线上线下课程的内容出现重复和冲突的情况。强化线上与线下之间的联系，在线下课程注重对线上课程内容学习效果的检测，全面摸排学生线上学习时遇到的问题，并在线下课堂讲解答疑，帮助学生建立学习信心，提高学习自主性和积极性。

结语

“互联网+”背景下，开展基于在线课程的线上线下混合式教学成为现在高等教育的研究热点。本文以“热力学与传热学基础”课程为例，针对应用型本科高校专业基础课程开展了在线课程建设和线上线下混合式教学模式的创新与实践探索，阐述了课程的教学设计与实施过程，总结了本门课程采用混合式教学模式中体现的优势与不足之处。研究内容可为高校在线课程建设与混合式教学的研究与改革提供参考，对推动高校专业基础课程教学适应互联网+时代发展提供借鉴。

参考文献：

［1］王文平.基于在线教学平台的“高等数学”课程教学研究［J］.现代信息科技，2021，5（14）：196198.

［2］童美茹.浅谈“互联网+”背景下大学英语在线教学模式发展中的问题及措施［J］.科技资讯，2020，18（15）：20+22.

［3］李红，陈庆勇，王娜娜，等.线上线下混合教学模式在病理学教学中的应用与探索［J］.中国继续医学教育，2021，13（06）：7174.

［4］韩筠.在线课程推动高等教育教学创新［J］.教育研究，2020，41（08）：2226.

［5］童钧耕，王丽伟，叶强.工程热力学［M］.6版.北京：高等教育出版社，2022.

基金项目：中国高等教育学会2023年度高等教育科学研究规划课题（23PXZ0402）；南京工程学院高等教育研究课题（2022YB05）

作者简介：王云龙（1991—"），男，汉族，安徽六安人，博士，讲师，主要研究方向为机械设计理论。