基于智慧树平台的“工程热力学”混合式授课效果研究

［摘 要］ 在新形势下，线上线下混合式教学已经成为一种崭新的授课模式，以哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院的“工程热力学”课程作为案例，从教改原因、教改设计、效果分析等三个方面介绍了“工程热力学”混合式教学模式的研究与实践。结果表明，相较于传统课堂，包含课前、课中、课后的三段式线上线下混合式教学模式在明确学习目标、强化知识理解、巩固课堂知识、调动学生的学习兴趣及学习能动性等方面对学生均有较大帮助。

［关键词］ 工程热力学；线上线下混合式教学模式；调查问卷；教学改革

［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年度黑龙江省高等教育教学改革研究项目“基于线上线下混合式授课模式的‘工程热力学’课程建设”

［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副教授（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（2023）22-0124-04 ［收稿日期］ 2022-07-28

引言

随着社会技术的进步和时代的发展，新时代大学生的思维方式和接受信息的方式发生了根本性的改变，这促使高校不断推进在线教学改革。在近年来的调研中发现，大学生上课不爱记笔记，多数学生只是带着耳朵来听课，遇到重点、难点问题多采用给板书拍照、录像等方式记录。笔者认为其根本原因在于新时代大学生接收信息的方式发生了改变。由于信息技术的发展和国家政策的支持，高质量慕课不再稀缺，学生可以通过各种途径观看国内外大学的线上课程资源。此外，为满足新版培养方案中课内学时向课外学时延伸的要求，学校需要打破传统授课模式的局限。新时代的发展要求表明，要加快一流大学和一流学科建设，在更新课程教学内容的同时改进课程教学模式［1-3］。在新形势下，线上线下混合式教学更是已经成为一种崭新的授课模式［4-9］。

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了“工程热力学”这一专业核心课程，这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”和“航空发动机原理”）的必修课。该课程从工程热现象的宏观角度出发，结合实际工程技术学，研究各种物质的热力学物理性质、建立热能与其他能量平衡关系的科学规律和方法，以及如何更高效、更合理地提高热能的利用率和热功转换率，为热能开发提供新途径。通过本课程的学习，学生能够理解热力学研究对象的特殊性，建立学科特有的系统分析及能量转换的专业思维模式和研究方法，形成能源—工质—系统—效率—环境“五位一体”的基本知识架构和分析思路，最终达到学生能够灵活运用课程理论知识解决工程实际问题的目的。但是，根据哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院多年来开设“工程热力学”课程的实际教学经验来看，达到课程预期目标仍有一定距离；而且，虽然以往已有一些学者对线上线下混合式教学模式进行了探讨，但结合热力学特有的学习方式方法和通过课堂调查研究其运行机制及影响的相对较少。因此，课程组基于在“工程热力学”课程教学过程中存在的诸多问题，从线上线下混合式教学模式的设计方案、实现形式、具体效果等方面进行问卷调查，对“工程热力学”线上线下混合式教学模式进行了研究与实践。

一、传统“工程热力学”教学中存在的问题

传统的“工程热力学”教学存在一些问题。一方面，在传统的教育体制下，课程教学模式主要以课堂教学为主，课后布置习题巩固，学生比较被动地接受或吸收知识，学生的创新能力没有得到有效的培养和锻炼；而且“工程热力学”理论课程不仅抽象的数学概念多，还包含许多难以准确理解的数学过程［10］。另一方面，“工程热力学”课程在课堂讲解时会列举一些工程应用实例，学生由于无法亲自感知，体会和认知效果不明显，导致学习兴趣及主观能动性较差。另外，由于传统的工程热力学实验存在设备体积大、占地面积多、资源紧缺等诸多客观限制因素，往往导致实验结果不理想。

二、“工程热力学”课程线上线下混合式教学模式的设计方案

“工程热力学”课程总共64学时，其中包括基础理论知识讲授43学时、实验8学时和学术专题研讨13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来进行，笔者对教学方案设计进行了详细研究［11］。学生的课堂理论学习教育活动工作成效始终为整个教师课堂教学活动的根本内在出发点和最终的落脚点。本课程的网络资源基于智慧树平台，课程主页建于2022年3月，目前已运行1个完整学期，师生互动3 880次。

课前，学生通过网络明确本次课程的学习任务和目标，并自主进行课前预习，师生通过线上平台进行交流。课中，首先采用智慧树教学平台进行课堂测验，测验内容包括上次课程内容和本次课程的预习内容两部分。教师会根据综合测验的情况，对课程的各个重点、难点知识内容分别进行针对性的讲解，并对基础知识的实际应用与学生的拓展技能进行重点引导，帮助广大学生快速完成对基本知识的基础内化和基本建构。在课中和课后环节，教师和学生都有总结与反思，并反馈到下一轮的教学中进行迭代，实现课程教学的持续改进。课后，学生通过习题练习可以巩固知识并顺利完成本次习题作业，教师则可以在线上及时进行习题辅导和答疑。在课程改革教学方案设计中，将知识建构、能力培养和价值塑造统一到课程教学活动中，实现全过程育人。

三、“工程热力学”课程线上线下混合式教学模式的效果初探

（一）研究对象及方法

本研究以哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院（下文简称“案例学院”）中“工程热力学”课程的全体学生作为研究对象，采用课程问卷调查的手段对学生样本实现全覆盖，共发放100份问卷，回收100份，问卷回收率为100%。其中有效问卷98份，问卷有效率为98%。问卷由三部分构成，第一部分是“工程热力学”线上线下混合式教学模式的基本信息及学生所反馈的授课效果；第二部分是“工程热力学”线上线下混合式教学模式的优点；第三部分是“工程热力学”线上线下混合式教学模式的缺点。

（二）研究结果

图1至图3是采用线上线下混合式教学模式后，对“工程热力学”课程授课班级进行问卷调查所得到的统计结果，表1为问卷的具体项目及结果。从中可以看出，相对于传统的教学模式，班级学生中将近80%的学生更倾向于“课前线上大纲梳理+MOOC自学—课中线下智慧树教学+课堂测验—课后线下做题+线上答疑”的三段式线上线下混合式教学模式，更有超过90%的学生认为线上线下混合式教学模式对提高课堂参与性及师生、生生互动交流，强化知识理解，调动学习兴趣及学习能动性，扩展专业知识，积累理论经验，提高对专业实际的了解等方面均有帮助。图1为对线上线下混合式教学模式的喜爱度的调查结果，从中可以看出，学生中超过83%的人喜欢这种新型的教学模式，然而约10%的人表示一般，经调查了解，较大原因在于部分学生不了解这种线上线下混合式教学模式，在此前的学习生涯中也未有过相似模式的课程经历，可见对这种线上线下混合式教学模式普及的重要程度。

（三）“工程热力学”课程线上线下混合式教学模式的利弊分析

本研究分析了线上线下混合式教学模式存在的利弊。其中图2列出了其优点，能够发现83.7%的学生认为该模式听课更为便捷，何时何地都可以获取知识；81.6%的学生认为可以更容易地了解MOOC上名师专家的授课，得到更多优质的教学资源和经验以开阔视野；同时从课程心理的角度来说，只有35.7%的学生感受到了教师和学生的动态多向结合。这意味着混合式教学模式在以学生为中心的授课理念和设计方面，还需进一步加强。图3列出了其缺点，可以发现现有的线上线下混合式教学模式仍然有很大的改进空间。比如：在线上线下混合式教学中经常出现的线上线下间的疏离感、缺乏课堂气氛、课堂交流不易实现等问题，这是由于在高校数字教改的前中期，技术等方面还无法达到师生的预期目标，甚至有时还会出现网络连接问题。但笔者相信随着互联网和大数据技术的持续提高，这些问题会逐渐得到解决。值得关注的是，笔者团队正在打造线上虚拟仿真实验室，利用互联网技术所营造的多维度教学环境来解决上述的线上线下间的疏离感、缺乏课堂气氛、课堂交流不易实现等问题，虽然目前还处于过渡期，但随着对线上线下混合式教学方法和运行机制的不断探究，终将会为高效授课带来新的机遇。

（四）未来授课重点

“工程热力学”线上线下混合式教学模式，提高了学生的学习兴趣，培养了学生的专业技术。课程调查问卷显示，超过九成的学生对本课程的授课方式较为满意；但仍有一些学生认为课程还存在可以改进的地方，比如在线上线下间的疏离感、缺乏课堂气氛、无法专注听讲等方面。未来笔者团队将在对“工程热力学”课程相关教学方法进行改革的过程中，深入分析课程教学改革中的问题，系统总结线上线下混合式课程运行的规律及本科生培养体系与授课成效的影响因素，力图打造一门有特色、有价值的一流课程，并且创建显性课堂与隐性课堂相结合的思想政治融入式全过程育人模式，为提高本科生培养质量提供助力。

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、设计等相关工作必不可少的理论基础。本文通过不断改进传统课堂教学模式，深入浅出地进行教学改革，通过结合移动互联网和大数据等新技术，运用线上线下混合式互动教学模式实施新型动态课改。以哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院的“工程热力学”线上线下混合式教学课程作为典型案例进行探究，根据问卷调查所得到的结果发现，相比于传统课堂，学生认为课前、课中、课后的三段式线上线下混合式教学模式在明确学习目标、强化知识理解、巩固课堂知识、调动学习兴趣及学习能动性、提高对专业实际的了解等方面均有帮助。同时分析了混合式教学模式所存在优缺点，发现除了授课便捷等优点外，还存在线上线下间的疏离感、缺乏课堂气氛、课堂交流不易实现等缺点需要进一步完善。

参考文献

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［10］沈维道，童钧耕.工程热力学［M］.5版.北京： 高等教育出版社，2016：43+155-157.

［11］张小彬，王璐，谷德林，等.“工程热力学”线上线下混合式教学改革研究［J］.教育教学论坛，2022（6）：77-80.

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