基于慕課平臺(tái)的《工程熱力學(xué)》教學(xué)探究

李奉翠 靳俊杰

摘?要：文章簡(jiǎn)述了慕課平臺(tái)教學(xué)的必要性，分析了基于慕課平臺(tái)的《工程熱力學(xué)》互動(dòng)式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，包括微視頻內(nèi)容設(shè)計(jì)、慕課平臺(tái)在教學(xué)中高效應(yīng)用，教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)效果情況。

關(guān)鍵詞：慕課平臺(tái);互動(dòng)式教學(xué);微視頻

隨著教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)代教育科技的發(fā)展，傳統(tǒng)課堂“滿堂灌”的教學(xué)模式和以“教師為主”的教學(xué)過(guò)程已經(jīng)不能適應(yīng)新時(shí)代的高校學(xué)生。隨著師生地位和關(guān)系發(fā)生的根本改變，以微課、慕課等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方式的教學(xué)模式和以“學(xué)生為主”的教學(xué)過(guò)程在培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力等方面顯示出強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。慕課平臺(tái)是一種把教學(xué)資源分享在網(wǎng)絡(luò)上，學(xué)生可以隨時(shí)隨地打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)在平臺(tái)上學(xué)習(xí)，老師可以隨時(shí)隨地在平臺(tái)上批改學(xué)生作業(yè)、和學(xué)生一起討論問(wèn)題等教學(xué)管理。

1 《工程熱力學(xué)》教學(xué)改革的必要性

工程熱力學(xué)是建筑環(huán)境與能源工程、制冷與低溫工程、動(dòng)力機(jī)械等相關(guān)專業(yè)的一門(mén)重點(diǎn)專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程主要論述了物質(zhì)的熱力性質(zhì)、熱力過(guò)程、熱力循環(huán)，以熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律為理論基礎(chǔ)，從而得出熱能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律、能量轉(zhuǎn)換方法以及有效合理利用熱能的途徑。所以工程熱力學(xué)課程對(duì)能源的高效利用與開(kāi)發(fā)、節(jié)約新能源等方面起著重要的指導(dǎo)作用[1]。

1.1 概念抽象，公式繁多

《工程熱力學(xué)》這門(mén)課主要講了熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的特性和規(guī)律，雖然此課程教學(xué)目標(biāo)明確，但課程中大部分概念非常抽象，學(xué)生很難理解。比如平衡狀態(tài)、狀態(tài)公里、可逆過(guò)程、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、膨脹功、技術(shù)功、流動(dòng)功、軸功等等，如果沒(méi)有在課下很好地預(yù)習(xí)，只靠課堂上老師講解，學(xué)生很難領(lǐng)會(huì)這些概念的內(nèi)涵。

《工程熱力學(xué)》這門(mén)課程公式繁多且應(yīng)用條件復(fù)雜，邏輯性強(qiáng)，如下表是該課程中第四章理想氣體熱力過(guò)程分析的公式。從表中我們可以了解到，不同的熱力過(guò)程，計(jì)算同一個(gè)參數(shù)所需要的公式是不同的。學(xué)習(xí)完這部分內(nèi)容，學(xué)生必須做大量的練習(xí)，才能把這些公式靈活運(yùn)用。

如果還是用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，單憑學(xué)生死記硬背，難度很大，學(xué)生會(huì)感覺(jué)這門(mén)課程很難學(xué)，慢慢的就會(huì)對(duì)這門(mén)課的學(xué)習(xí)失去興趣。以前用傳統(tǒng)教學(xué)方法教授此門(mén)課程，我校學(xué)生在期末考試中《工程熱力學(xué)》成績(jī)不及格率達(dá)到50%。所以如何提高學(xué)生對(duì)此門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣是目前急需解決的迫切問(wèn)題[2]。

1.2 社會(huì)發(fā)展的需要

在過(guò)去的幾年中，社會(huì)的變化、科技的進(jìn)步相信大家都有目共睹，無(wú)論是人工智能、機(jī)器人發(fā)展，又或者5G技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，一切關(guān)乎高新科技技術(shù)的發(fā)展都可以說(shuō)令人瞠目結(jié)舌。我們不禁會(huì)思考，隨著這些技術(shù)越來(lái)越成熟，有哪些新的工作會(huì)被創(chuàng)造出來(lái)？什么樣性質(zhì)的工作會(huì)消失？尤其是我們的下一代想在未來(lái)社會(huì)站穩(wěn)腳跟，需要做些什么？

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是把知識(shí)灌輸給學(xué)生，知識(shí)型人才已不能滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需求，缺乏創(chuàng)新思維。教育永遠(yuǎn)不可能將所有的知識(shí)傳授給學(xué)習(xí)者。面對(duì)隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化的未來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生終身自主學(xué)習(xí)的能力，是學(xué)生是否具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵。利用線上線下互動(dòng)式教學(xué)模式替換教師滿堂灌的教育模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才，是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要，當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革。新時(shí)代的教學(xué)模式正在朝著以學(xué)生為主體，培養(yǎng)創(chuàng)新能力的方向發(fā)展，將傳統(tǒng)的授課模式與現(xiàn)代技術(shù)相融合，使學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境豐富多彩，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，有益于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展

美國(guó)新媒體聯(lián)盟《地平線報(bào)告》已經(jīng)連續(xù)多年提到混合式教學(xué)，它已經(jīng)作為一種核心趨勢(shì)越來(lái)越多地在教學(xué)中得到應(yīng)用[3]。學(xué)習(xí)通、雨課堂、智慧樹(shù)、云課堂等在線教學(xué)平臺(tái)的出現(xiàn)，快速推動(dòng)了線上線下混合式教學(xué)的發(fā)展。學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)很好地將線上線下結(jié)合起來(lái)，這種混合式教學(xué)模式提升教師教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

筆者在多年從事《工程熱力學(xué)》課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)借鑒他人經(jīng)驗(yàn)，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，針對(duì)當(dāng)前新形勢(shì)，對(duì)該課程在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式等方面進(jìn)行相應(yīng)的改革和實(shí)踐探索。

利用《工程熱力學(xué)》慕課平臺(tái)教學(xué)資源，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性[4，5]。在我校《工程熱力學(xué)》課程的教學(xué)中，自從利用了慕課平臺(tái)，教學(xué)效果明顯提高，不及格率由原來(lái)的50%降到了不足10%。

2 慕課平臺(tái)微視頻的設(shè)計(jì)

慕課平臺(tái)上需要上傳的內(nèi)容有很多，如課程執(zhí)行大綱，課程教學(xué)目標(biāo)，章節(jié)內(nèi)容PPT和視頻、測(cè)試題、課后練習(xí)題等等。最主要的部分是課程章節(jié)內(nèi)容，其中微視頻是慕課平臺(tái)的核心部分。觀看微視頻是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要途徑，學(xué)生可以自由安排觀看視頻學(xué)習(xí)時(shí)間。所以微視頻是學(xué)生線上學(xué)習(xí)的主要資源，微視頻錄制的內(nèi)容的合理性和準(zhǔn)確性就顯得尤為重要。為了能讓學(xué)生有興趣看完每一個(gè)視頻，我們課題組在錄制視頻的時(shí)候，每個(gè)視頻時(shí)長(zhǎng)盡量控制在10分鐘之內(nèi)。

《工程熱力學(xué)》課程組在錄制微視頻時(shí)，為了使學(xué)生更好的理解課程章節(jié)之間的關(guān)系，我們課程組成員反復(fù)討論，把整本教材的課程體系進(jìn)行了重構(gòu)。在構(gòu)建新課程體系時(shí)，把整本書(shū)的內(nèi)容分成三大模塊：工質(zhì)的性質(zhì)、熱力過(guò)程和熱力循環(huán)。工質(zhì)的性質(zhì)模塊又分了三個(gè)小模塊即理想氣體性質(zhì)、濕空氣性質(zhì)、水蒸氣性質(zhì);熱力過(guò)程模塊又分為熱力學(xué)第一定律、理想氣體熱力過(guò)程的分析、水蒸氣熱力學(xué)過(guò)程分析、濕空氣熱力過(guò)程的分析四個(gè)小模塊;熱力循環(huán)模塊又分為熱力學(xué)第二定律、卡諾循環(huán)、動(dòng)力循環(huán)、制冷循環(huán)四個(gè)小模塊。在每個(gè)小模塊里又分為若干個(gè)知識(shí)單元，每個(gè)知識(shí)單元做一個(gè)微視頻。比如“理想氣體熱力過(guò)程”模塊里分為六個(gè)知識(shí)單元，分別是：理想氣體定壓熱力過(guò)程分析知識(shí)單元、理想氣體定容熱力過(guò)程分析知識(shí)單元、理想氣體定溫?zé)崃^(guò)程分析知識(shí)單元、理想氣體定熵?zé)崃^(guò)程分析知識(shí)單元、理想氣體多變熱力過(guò)程分析知識(shí)單元、理想氣體熱力過(guò)程的實(shí)際工程應(yīng)用知識(shí)單元。針對(duì)這個(gè)小模塊我們錄制了六個(gè)微視頻。

通過(guò)對(duì)《工程熱力學(xué)》課程體系的重構(gòu)，使整本教材內(nèi)容更加緊湊，使初學(xué)者對(duì)章節(jié)內(nèi)容的關(guān)系一目了然。

3 基于慕課平臺(tái)的《工程熱力學(xué)》教學(xué)過(guò)程

本文以“理想氣體定熵?zé)崃^(guò)程分析”教學(xué)內(nèi)容為例，借助慕課平臺(tái)探究現(xiàn)代化教學(xué)模式在教學(xué)中的應(yīng)用。

3.1 微課視頻引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

在慕課平臺(tái)上，每單元教學(xué)內(nèi)容安排中編輯教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)分析及相關(guān)要求，設(shè)有分組討論的問(wèn)題和知識(shí)點(diǎn)解析。比如“理想氣體定熵?zé)崃^(guò)程分析”重點(diǎn)是掌握定熵過(guò)程功和熱的計(jì)算方法，難點(diǎn)是定熵?zé)崃^(guò)程分析方法;要求學(xué)生預(yù)習(xí)過(guò)程中了解公式的推導(dǎo)方法，在這部分學(xué)習(xí)內(nèi)容用到分?jǐn)?shù)和指數(shù)的積分，要求學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)就要把積分方法鞏固好。老師在講“理想氣體定熵?zé)崃^(guò)程分析”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)之前，把理想氣體定熵?zé)崃^(guò)程分析微視頻進(jìn)行發(fā)布，要求學(xué)生課下進(jìn)行至少20分鐘的學(xué)習(xí)過(guò)程，同時(shí)將學(xué)習(xí)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，以作業(yè)的形式上傳到平臺(tái)。教師隨時(shí)在慕課平臺(tái)上監(jiān)督學(xué)生觀看視頻情況，了解學(xué)生對(duì)預(yù)習(xí)情況的反映，了解學(xué)生小組討論情況，老師還可在慕課平臺(tái)上對(duì)同學(xué)們提出的問(wèn)題進(jìn)行答疑。通過(guò)做課前預(yù)習(xí)習(xí)題，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)預(yù)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握。以前的教學(xué)模式，雖然也安排學(xué)生提前預(yù)習(xí)，但學(xué)生有沒(méi)有預(yù)習(xí)，老師無(wú)法監(jiān)控，課上也無(wú)法做到逐個(gè)檢查。

3.2 慕課平臺(tái)在課堂上的高效應(yīng)用

在課堂上，首先利用慕課平臺(tái)，抽查學(xué)生對(duì)本堂課觀看微課視頻情況，進(jìn)一步了解學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)的深度。比如了解學(xué)生課前對(duì)理想氣體定熵?zé)崃^(guò)程分析的掌握和理解。課前問(wèn)題思考內(nèi)容：理想氣體定熵?zé)崃^(guò)程是不是絕熱過(guò)程？定熵?zé)崃^(guò)程與其它熱力過(guò)程有哪些不同點(diǎn)？在實(shí)際工程中哪些過(guò)程可以認(rèn)為是定熵過(guò)程？利用慕課平臺(tái)的搶答功能進(jìn)行提問(wèn)，學(xué)生會(huì)很積極的參與到這個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)學(xué)生的回答，授課教師很快就能了解學(xué)生對(duì)本堂課程的掌握情況，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)解決沒(méi)有掌握的知識(shí)點(diǎn)，提高了課堂效率。

利用慕課平臺(tái)，進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)模式，課堂上學(xué)生積極性較高，學(xué)生上課睡覺(jué)現(xiàn)象不存在了，采用對(duì)比方法、結(jié)合實(shí)際工程等多種手段引導(dǎo)學(xué)生探究學(xué)習(xí)，從而理解定熵?zé)崃^(guò)程分析方法，掌握定熵?zé)崃^(guò)程的功和熱量的計(jì)算過(guò)程。同時(shí)也提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

3.3 鞏固課堂知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

下課后，針對(duì)本堂課程內(nèi)容，在慕課平臺(tái)上發(fā)布練習(xí)題中。練習(xí)題發(fā)布之前需要設(shè)置發(fā)布和上交時(shí)間，發(fā)布和上交時(shí)間根據(jù)題量的多少來(lái)設(shè)置，時(shí)間過(guò)短，學(xué)生有可能做不完;時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響下次作業(yè)時(shí)間。練習(xí)題一般設(shè)置為選擇題、判斷題等知識(shí)點(diǎn)小題型，系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行批改，節(jié)省了老師批改作業(yè)的時(shí)間。《工程熱力學(xué)》課程理論性特別強(qiáng)，學(xué)生必須通過(guò)大量的練習(xí)題，才能把課本上知識(shí)融會(huì)貫通，提高學(xué)生的思維創(chuàng)新能力。如果單單練習(xí)教材上章節(jié)習(xí)題，學(xué)生覺(jué)得枯燥乏味。教師在設(shè)置慕課平臺(tái)的練習(xí)題時(shí)，做到由易到難，循序漸進(jìn)，有利學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的逐步掌握。另外，課后，教師還可以在慕課平臺(tái)上發(fā)布一些與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的參考文獻(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展其學(xué)習(xí)領(lǐng)域，培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3.4 節(jié)約時(shí)間，提高了學(xué)生課外學(xué)習(xí)效率

首先，重點(diǎn)知識(shí)制成微課視頻，省去學(xué)生學(xué)習(xí)非重點(diǎn)知識(shí)的時(shí)間。通常學(xué)生在學(xué)習(xí)一門(mén)新課程的過(guò)程中，很難確定哪些章節(jié)內(nèi)容是重點(diǎn)，哪些章節(jié)內(nèi)容是非重點(diǎn)，在預(yù)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生就會(huì)做到面面俱到，浪費(fèi)了大量的時(shí)間。《工程熱力學(xué)》課程的重點(diǎn)知識(shí)做成了微視頻，學(xué)生在學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)課程的時(shí)候，只通過(guò)觀看微視頻，就可以做到高效學(xué)習(xí)。其次，慕課平臺(tái)的學(xué)習(xí)非常方便，手機(jī)、電腦都可以操作。尤其是手機(jī)方式便捷，學(xué)生隨時(shí)隨地都可以學(xué)習(xí)，如排隊(duì)買(mǎi)飯、等公交、外出游玩空閑時(shí)間等等，可觀看微課視頻，提高了學(xué)習(xí)效率。若對(duì)哪些知識(shí)不是太明白，可以反復(fù)觀看視頻，傳統(tǒng)教學(xué)模式就無(wú)法做到。所以這種線上學(xué)習(xí)模式明顯提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

4 教學(xué)評(píng)價(jià)

為了更好的評(píng)價(jià)慕課平臺(tái)互動(dòng)式教學(xué)在《工程熱力學(xué)》課程應(yīng)用的效果，教學(xué)評(píng)價(jià)和學(xué)生學(xué)習(xí)效果有機(jī)結(jié)合在一起進(jìn)行評(píng)價(jià)。教學(xué)評(píng)價(jià)采用學(xué)生座談、在慕課平臺(tái)上發(fā)起問(wèn)卷調(diào)查和學(xué)生網(wǎng)上評(píng)教相結(jié)合的模式，通過(guò)學(xué)生反饋情況進(jìn)行教學(xué)模式的修正。學(xué)生學(xué)習(xí)效果通過(guò)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)來(lái)考核，《工程熱力學(xué)》課程中平時(shí)成績(jī)占40%，期末考試成績(jī)占 60%。平時(shí)成績(jī)由慕課平臺(tái)上的課前課后作業(yè)、單元測(cè)試題成績(jī)、課堂上發(fā)言內(nèi)容和次數(shù)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)等組成，慕課平臺(tái)上每一項(xiàng)的數(shù)據(jù)都能導(dǎo)出，方便教師和學(xué)生查閱，這是傳統(tǒng)教學(xué)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。期末考試為閉卷筆試形式，試卷題目符合教學(xué)大綱的要求，考察的知識(shí)點(diǎn)全面，考核學(xué)生對(duì)基本知識(shí)掌握情況、思維創(chuàng)新能力和綜合分析問(wèn)題的能力。這種互動(dòng)式教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)秀。

5 結(jié)語(yǔ)

《工程熱力學(xué)》課程授課借助慕課平臺(tái)，采用互動(dòng)式教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以問(wèn)題解決為中心，將多種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合在一起。大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生課外學(xué)習(xí)效率，提高了學(xué)生在課堂上的抬頭率，提高了學(xué)生的思維創(chuàng)新能力和綜合分析問(wèn)題的能力。

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作者簡(jiǎn)介：李奉翠（1975-），女，山東濟(jì)南人，碩士，副教授，現(xiàn)從事建筑空調(diào)節(jié)能技術(shù)研究。