MOOC背景下“工程热力学”混合式教学模式的探索与实践

    谭羽非 牛冬茵

    

    

    摘? ? 要：混合式教学模式是指将网络在线教学和传统课堂教学相结合的一种新型教学模式。文章以“工程热力学”专业基础课程教学为例，通过建立基于MOOC背景下的混合式教学模式，明确教学培养目标，完成教学设计，并开展教学探索与实践。教学实践效果表明：混合式教学模式可有效提高学生自主学习兴趣，化解部分学生对研究型教学模式的不适应。尤其在2020年春季的疫情期间，混合式教学模式的实施最大限度地减轻疫情对教学工作的影响，增强了教学效果，提升了学生的综合素质，具有较大的推广价值。

    关键词：MOOC;“工程热力学”;混合式教学模式;应用与实践

    中图分类号：G642? ? ? 文献标识码：A? ? ? 文章编号：1002-4107（2021）05-0058-03

    一、前言

    “工程热力学”课程是高等工科院校绝大多数专业的重要专业基础课程，在本课程教学中实施科教结合的研究型教学模式，能有效提高学生的逻辑思维和创新能力，同时也能促进教师教学与科研的互补。但同时我们也发现，有小部分学生由于学习理解能力较差和缺少自主学习能力，导致其并不能适应研究型教学模式，甚至对专业基础课出现知识消化不良的情况和排斥厌倦情绪。

    大型开放式网络课程（massive open online courses，简称 MOOC），作为一种全新的在线课程开发模式[1]，具有课程资源丰富、形式灵活、学习无空间时间限制等优点[2]。MOOC的出现和实施，使不同层次学生的个性化学习成为可能[3]。

    2019年秋季学期，哈尔滨工业大学将MOOC引入到“工程热力学”课程研究型教学方式中，基于MOOC平台，探索并实践了线上线下相结合的混合式教学模式[4]。教学实践效果表明：混合式教学模式既能实现不同层次学生的个性化学习，化解学生对研究型教学模式的不适应，又能提高学生自主学习的兴趣，教学评价效果和学生的创新能力都有较大幅度的提高。尤其在2020年春季的疫情期间，混合式教学模式最大限度减少了疫情对教学工作的影响，增强了教学效果，对优化双一流学科建设，全面提升高等学校人才培养水平和创新能力，具有较大的推广价值。

    二、混合式教学模式的教学目标和教学设计

    （一）确定教学目标

    “工程热力学”课程是本科学生接触的第一门专业基础课，首先需要教导学生树立正确的人生观和价值观，其次需要激发学生学习的主观能动性。以《热力学第一定律》教学为例，在进行混合式教学模式方案设计时，确定了3个教学目标。

    1.素质教育引导：通过课程思政，引导学生认识到规律不能违背，只有通过认识规律和利用规律，才能改造世界为人类造福。

    2.知识点掌握：使学生深入理解热力学第一定律实质，熟练掌握各种热力学第一定律表达式的适用条件，正确灵活运用能量方程数学表达式，完成各种热力计算。

    3.能力培养：培养学生认识自然界的一切事物都是有规律可循的，拓展学生视野，掌握宽广的跨学科知识，为今后从事热能专业技术和科学研究工作，奠定坚实的理论基础。

    （二）教学设计

    优秀的教学设计是提高课程教学水平的前提，应体现科学性、整体性、协调性的理念，有利于优化教学过程，提高教学效率。

    1.教学结构设计

    教学结构设计是根据教学目标、教学对象及教学内容，恰当地选择教学环节，把握好每个环节的任务和要求，相辅相成，互相协调，合理地分配各个环节的教学时间。基于知识结构反复研讨梳理，将教学课程划分为课前、线上、线下和课后4个阶段。力求以学生为中心，有步骤地开展教学活动，以解决教学内容增加、教学时数减少的问题，使课堂教学达到最好的效果。构建混合式教学模式结构设计脉络图，如图1所示。

    2.教学内容设计

    教学内容设计是教学设计的核心，教学内容的设计过程也就是教師认真钻研教学大纲、教科书，选择、组织教学内容的过程。

    以《热力学第一定律》教学为例，学生在大学物理中已经学习过能量守恒定律，对能量不能产生和消灭是已知的。因此对于《热力学第一定律》的线上教学，不能从能量守恒定律来源讲起，而应该从生活中的热力现象出发，激发学生的学习兴趣，进而讲解第一定律的理论实质。线下教学是要让学生掌握涉及到热现象能量守恒的特殊性的实际工程问题如何用理论解释，更重要的是要掌握能源危机的起源及危害性，明确为何要节能。

    教学设计与教学目标的映射关系如表1所示。

    三、混合式教学模式的教学过程组织

    按照课前、线上、线下和课后4个阶段组织混合式教学过程，同时注意因材施教，强调个性化、差异化的教与学。

    （一）课前阶段

    教师在班级群内发放学习任务书，强调教学要求、目标以及重点和难点，并在MOOC平台上传PPT和总结性文档，发布教学资讯，布置阅读的书籍和练习题。学生登录MOOC平台，根据教师布置的学习任务进行线上学习，通过观看视频、学习PPT和教材相关内容，了解课程的知识点、重点和难点，以及教学目标的要求，能够有的放矢地形成针对性学习。

    （二）线上教学阶段

    2018年在中国大学MOOC平台上，“工程热力学”课程首次上线运行时，就有60所高校，2458人参与学习因共享范围广，应用效果好，示范性强，获得了2019年“黑龙江省精品在线开放课程”。

    《热力学第一定律》线上教学时间为75分钟。教师按照教学框架设计组织MOOC平台上的教学资源，根据教学内容梳理知识点，对知识单元进行碎片化处理，将逻辑性强、关联性强的知识点进行重组，每个知识模块都要体现出课程内容的重点、难点和易错点，并根据知识点的难易程度进行详细讲解。每节视频后设置3～5道相关的交互式在线测验题，帮助学生理解重要的知识点，便于学生自主检测对知识的掌握情况，提出问题。

    （三）线下阶段

    线下教学时间为100分钟。学生完成线上学习后，记录下学习过程中出现的难以理解的问题，并向教师反馈。教师根据学生线上教学平台反馈的自学情况，了解学生学习情况，确定重点讲解内容，形成后续课堂教学的训练指导方案。根据学习情况划分学生小组，学生按组查阅相关资料，为课堂讨论作准备，后续开展讨论、探究环节均以此小组划分为准。

    线下教学时，教师首先对学生的“痛点问题”进行讲解，即学生易错、难懂、需要深层讲解的问题，帮助学生消化、快速梳理和深入剖析。并进一步对学生进行抽查，巩固学生知识体系，要求学生不仅要会求解，还要会举一反三，拓展深化。

    我们在线下教学部分，还开启了翻转课堂模式，联系工程实际应用加深对课程内容的理解，如：热力学第一定律中不同表达式的适用条件、水变油为何是伪科学等，以巩固学生对理论知识的掌握。此外，我们还将科研项目的创新内容引入课堂，如哈尔滨工业大学研发并投入使用的太阳能增温沼气系统，极大地调动了学生学习的积极性，使学生深入理解热力学第一定律实质，正确灵活运用能量方程数学表达式，完成各种热力计算。

    （四）课后阶段

    课后阶段是反馈优化环节。在完成课堂教学后，教师在线上布置单元测试，在线下布置课后作业以及思考题，并布置撰写一篇能源问题及建筑节能的科技小论文。对于测试和思考题，学生有疑点或感兴趣的地方，可以随时通过MOOC专门设置的在线讨论区提出问题，由教师进行答疑解惑，并预约线下答疑及交流活动。教师还可根据学生的作答结果对落后的学生进行个性化辅导，并将学生的共性问题归纳起来，留待下次课堂统一讲解。

    学生通过这样的反馈方式了解自身的学习状态和问题，以此改进自己的学习方法，增强学习能力。教师则通过分析学生反馈的学习效果，找出教学内容及策略的不足之处，及时对之后的课程内容及进度的安排进行调整，优化教学设计方案。

    四、混合式教学模式效果分析

    对2018级59名学生进行教学效果分析，总分共计100分。混合式教学基于MOOC平台，根据学生的学习情况重新建立了由三部分构成的评价量化标准：平时综合（作业和实验成绩，占比10%）+ MOOC成绩（单元测试，占比5%）+ 期末考试成绩（占比85%）。

    对上届和本届学生的期末成绩进行统计，对比不同届学生在学期结束时的期末答题情况和成绩可发现，本届学生成绩在混合式教学模式下有了明显的提高，本届学生及格率和优秀率达到了97%和22%，分别较上届传统教学模式下的学生提高了5%和14%，且学生的综合分析和工程应用题目答题情况明显更好。这说明学生能够适应基于MOOC背景下的混合式教学，并且接受良好，混合式教学的教学效果也要优于传统教学模式。

    根据对学生的问卷调查与沟通交流，70%以上的学生都表示非常愿意继续使用基于MOOC平台的混合式教学模式，仅有3名学生表示犹豫，认为在课程上需要投入的精力增多。可见，MOOC背景下的混合式教学模式受到了大多数学生的肯定与欢迎。

    2020年春季，受疫情因素影响，全国高校都开通了网络教学，哈尔滨工业大学教学团队主讲的“工程热力学”课程，在专业教指委的推荐下，共有128所高校、3 167人参加学习，393人发帖参与在线讨论交流，最大限度地减轻了疫情对教学工作的影响。

    五、總结

    混合式教学模式将教学划分为课前、线上、线下和课后4个阶段，最大限度将互联网技术与传统课堂教学紧密融合在一起，二者相辅相成，拓展了教与学的时间和空间，弥补了教学内容增加、教学时数减少的不足，解决了学生对研究型教学不适应的问题，构建了实现个性化协作学习的教学模式，同时满足了学生学习和教师教学的需求。

    混合式教学相较于传统课堂，增加了课前自学及课后反馈的阶段，强调教师和学生的交流互动式教学，激发了学生的学习积极性和竞争欲，使学生学会学习，自主学习，但同时也加重了学生的任务，投入课程的时间和精力大幅增长。

    总体来看，在“工程热力学”这门工科专业基础课的教学实践中，MOOC与课堂教学融合的混合式教学模式提高了学生自主学习的积极性，很好地化解了学生对研究型教学的不适应，提升了教学效果，课程成绩、作业完成率相较于传统教学都有较大进步。促进学生思维能力、创新能力、自主学习能力的提升，提高了教学质量，验证了混合式教学模式的有效性，具有很高的推广实践价值。

    参考文献：

    [1]刘科生.浅析我国高校MOOC发展与教育教学改革[J]. 大学教育，2017（12）.

    [2]翟世东，刘宋.高校MOOC教育浅析[J].科教文汇（下旬刊），2018（10）.

    [3]徐震，杨蕾，方国贤.基于MOOC的混合式高校课程教学方案设计[J].黑龙江教育（理论与实践），2018（5）.

    [4]张健，郑晓凤.基于 MOOC 的高校混合式教学模式设计与实施[J].中国成人教育，2018（16）.

    编辑∕陈晶