基于慕課平臺的《工程熱力學》教學探究

李奉翠 靳俊杰

摘?要：文章簡述了慕課平臺教學的必要性，分析了基于慕課平臺的《工程熱力學》互動式教學的優(yōu)勢，包括微視頻內容設計、慕課平臺在教學中高效應用，教學評價和教學效果情況。

關鍵詞：慕課平臺;互動式教學;微視頻

隨著教學資源網絡化和現(xiàn)代教育科技的發(fā)展，傳統(tǒng)課堂“滿堂灌”的教學模式和以“教師為主”的教學過程已經不能適應新時代的高校學生。隨著師生地位和關系發(fā)生的根本改變，以微課、慕課等網絡學習方式的教學模式和以“學生為主”的教學過程在培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力等方面顯示出強大優(yōu)勢。慕課平臺是一種把教學資源分享在網絡上，學生可以隨時隨地打開網絡在平臺上學習，老師可以隨時隨地在平臺上批改學生作業(yè)、和學生一起討論問題等教學管理。

1 《工程熱力學》教學改革的必要性

工程熱力學是建筑環(huán)境與能源工程、制冷與低溫工程、動力機械等相關專業(yè)的一門重點專業(yè)基礎課程，該課程主要論述了物質的熱力性質、熱力過程、熱力循環(huán)，以熱力學第一定律和熱力學第二定律為理論基礎，從而得出熱能與機械能之間相互轉換的規(guī)律、能量轉換方法以及有效合理利用熱能的途徑。所以工程熱力學課程對能源的高效利用與開發(fā)、節(jié)約新能源等方面起著重要的指導作用[1]。

1.1 概念抽象，公式繁多

《工程熱力學》這門課主要講了熱能與機械能相互轉化的特性和規(guī)律，雖然此課程教學目標明確，但課程中大部分概念非常抽象，學生很難理解。比如平衡狀態(tài)、狀態(tài)公里、可逆過程、準靜態(tài)過程、膨脹功、技術功、流動功、軸功等等，如果沒有在課下很好地預習，只靠課堂上老師講解，學生很難領會這些概念的內涵。

《工程熱力學》這門課程公式繁多且應用條件復雜，邏輯性強，如下表是該課程中第四章理想氣體熱力過程分析的公式。從表中我們可以了解到，不同的熱力過程，計算同一個參數所需要的公式是不同的。學習完這部分內容，學生必須做大量的練習，才能把這些公式靈活運用。

如果還是用傳統(tǒng)的教學方法，單憑學生死記硬背，難度很大，學生會感覺這門課程很難學，慢慢的就會對這門課的學習失去興趣。以前用傳統(tǒng)教學方法教授此門課程，我校學生在期末考試中《工程熱力學》成績不及格率達到50%。所以如何提高學生對此門課程的學習興趣是目前急需解決的迫切問題[2]。

1.2 社會發(fā)展的需要

在過去的幾年中，社會的變化、科技的進步相信大家都有目共睹，無論是人工智能、機器人發(fā)展，又或者5G技術的實現(xiàn)，一切關乎高新科技技術的發(fā)展都可以說令人瞠目結舌。我們不禁會思考，隨著這些技術越來越成熟，有哪些新的工作會被創(chuàng)造出來？什么樣性質的工作會消失？尤其是我們的下一代想在未來社會站穩(wěn)腳跟，需要做些什么？

傳統(tǒng)的教學方法是把知識灌輸給學生，知識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。教育永遠不可能將所有的知識傳授給學習者。面對隨時會發(fā)生變化的未來，培養(yǎng)學生終身自主學習的能力，是學生是否具有競爭力和發(fā)展?jié)摿Φ年P鍵。利用線上線下互動式教學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，是當今社會發(fā)展的需要，當今網絡技術的發(fā)展，促進了傳統(tǒng)教學模式的改革。新時代的教學模式正在朝著以學生為主體，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)代技術相融合，使學生的學習環(huán)境豐富多彩，提高學生的學習興趣，充分發(fā)揮網絡平臺的優(yōu)勢，有益于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 現(xiàn)代教育技術的發(fā)展

美國新媒體聯(lián)盟《地平線報告》已經連續(xù)多年提到混合式教學，它已經作為一種核心趨勢越來越多地在教學中得到應用[3]。學習通、雨課堂、智慧樹、云課堂等在線教學平臺的出現(xiàn)，快速推動了線上線下混合式教學的發(fā)展。學習通教學平臺很好地將線上線下結合起來，這種混合式教學模式提升教師教學效率和教學質量。

筆者在多年從事《工程熱力學》課程教學的基礎上，學習借鑒他人經驗，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標，針對當前新形勢，對該課程在教學內容及教學方式等方面進行相應的改革和實踐探索。

利用《工程熱力學》慕課平臺教學資源，充分發(fā)揮教師的引導作用，調動了學生的學習積極性和主動性[4，5]。在我校《工程熱力學》課程的教學中，自從利用了慕課平臺，教學效果明顯提高，不及格率由原來的50%降到了不足10%。

2 慕課平臺微視頻的設計

慕課平臺上需要上傳的內容有很多，如課程執(zhí)行大綱，課程教學目標，章節(jié)內容PPT和視頻、測試題、課后練習題等等。最主要的部分是課程章節(jié)內容，其中微視頻是慕課平臺的核心部分。觀看微視頻是學生學習的重要途徑，學生可以自由安排觀看視頻學習時間。所以微視頻是學生線上學習的主要資源，微視頻錄制的內容的合理性和準確性就顯得尤為重要。為了能讓學生有興趣看完每一個視頻，我們課題組在錄制視頻的時候，每個視頻時長盡量控制在10分鐘之內。

《工程熱力學》課程組在錄制微視頻時，為了使學生更好的理解課程章節(jié)之間的關系，我們課程組成員反復討論，把整本教材的課程體系進行了重構。在構建新課程體系時，把整本書的內容分成三大模塊：工質的性質、熱力過程和熱力循環(huán)。工質的性質模塊又分了三個小模塊即理想氣體性質、濕空氣性質、水蒸氣性質;熱力過程模塊又分為熱力學第一定律、理想氣體熱力過程的分析、水蒸氣熱力學過程分析、濕空氣熱力過程的分析四個小模塊;熱力循環(huán)模塊又分為熱力學第二定律、卡諾循環(huán)、動力循環(huán)、制冷循環(huán)四個小模塊。在每個小模塊里又分為若干個知識單元，每個知識單元做一個微視頻。比如“理想氣體熱力過程”模塊里分為六個知識單元，分別是：理想氣體定壓熱力過程分析知識單元、理想氣體定容熱力過程分析知識單元、理想氣體定溫熱力過程分析知識單元、理想氣體定熵熱力過程分析知識單元、理想氣體多變熱力過程分析知識單元、理想氣體熱力過程的實際工程應用知識單元。針對這個小模塊我們錄制了六個微視頻。

通過對《工程熱力學》課程體系的重構，使整本教材內容更加緊湊，使初學者對章節(jié)內容的關系一目了然。

3 基于慕課平臺的《工程熱力學》教學過程

本文以“理想氣體定熵熱力過程分析”教學內容為例，借助慕課平臺探究現(xiàn)代化教學模式在教學中的應用。

3.1 微課視頻引導學生自主學習

在慕課平臺上，每單元教學內容安排中編輯教學內容的重難點分析及相關要求，設有分組討論的問題和知識點解析。比如“理想氣體定熵熱力過程分析”重點是掌握定熵過程功和熱的計算方法，難點是定熵熱力過程分析方法;要求學生預習過程中了解公式的推導方法，在這部分學習內容用到分數和指數的積分，要求學生預習時就要把積分方法鞏固好。老師在講“理想氣體定熵熱力過程分析”這個知識點之前，把理想氣體定熵熱力過程分析微視頻進行發(fā)布，要求學生課下進行至少20分鐘的學習過程，同時將學習重點內容進行歸納總結，以作業(yè)的形式上傳到平臺。教師隨時在慕課平臺上監(jiān)督學生觀看視頻情況，了解學生對預習情況的反映，了解學生小組討論情況，老師還可在慕課平臺上對同學們提出的問題進行答疑。通過做課前預習習題，進一步加強對預習內容的理解和掌握。以前的教學模式，雖然也安排學生提前預習，但學生有沒有預習，老師無法監(jiān)控，課上也無法做到逐個檢查。

3.2 慕課平臺在課堂上的高效應用

在課堂上，首先利用慕課平臺，抽查學生對本堂課觀看微課視頻情況，進一步了解學生課前自主學習的深度。比如了解學生課前對理想氣體定熵熱力過程分析的掌握和理解。課前問題思考內容：理想氣體定熵熱力過程是不是絕熱過程？定熵熱力過程與其它熱力過程有哪些不同點？在實際工程中哪些過程可以認為是定熵過程？利用慕課平臺的搶答功能進行提問，學生會很積極的參與到這個環(huán)節(jié)。通過學生的回答，授課教師很快就能了解學生對本堂課程的掌握情況，引導學生繼續(xù)解決沒有掌握的知識點，提高了課堂效率。

利用慕課平臺，進行互動式教學模式，課堂上學生積極性較高，學生上課睡覺現(xiàn)象不存在了，采用對比方法、結合實際工程等多種手段引導學生探究學習，從而理解定熵熱力過程分析方法，掌握定熵熱力過程的功和熱量的計算過程。同時也提高了學生的自主學習能力。

3.3 鞏固課堂知識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維

下課后，針對本堂課程內容，在慕課平臺上發(fā)布練習題中。練習題發(fā)布之前需要設置發(fā)布和上交時間，發(fā)布和上交時間根據題量的多少來設置，時間過短，學生有可能做不完;時間過長，會影響下次作業(yè)時間。練習題一般設置為選擇題、判斷題等知識點小題型，系統(tǒng)可以自動進行批改，節(jié)省了老師批改作業(yè)的時間。《工程熱力學》課程理論性特別強，學生必須通過大量的練習題，才能把課本上知識融會貫通，提高學生的思維創(chuàng)新能力。如果單單練習教材上章節(jié)習題，學生覺得枯燥乏味。教師在設置慕課平臺的練習題時，做到由易到難，循序漸進，有利學生對所學知識的逐步掌握。另外，課后，教師還可以在慕課平臺上發(fā)布一些與教學內容相關的參考文獻，激發(fā)學生的學習興趣，拓展其學習領域，培養(yǎng)發(fā)展學生的創(chuàng)新思維。

3.4 節(jié)約時間，提高了學生課外學習效率

首先，重點知識制成微課視頻，省去學生學習非重點知識的時間。通常學生在學習一門新課程的過程中，很難確定哪些章節(jié)內容是重點，哪些章節(jié)內容是非重點，在預習的過程中，學生就會做到面面俱到，浪費了大量的時間。《工程熱力學》課程的重點知識做成了微視頻，學生在學習工程熱力學課程的時候，只通過觀看微視頻，就可以做到高效學習。其次，慕課平臺的學習非常方便，手機、電腦都可以操作。尤其是手機方式便捷，學生隨時隨地都可以學習，如排隊買飯、等公交、外出游玩空閑時間等等，可觀看微課視頻，提高了學習效率。若對哪些知識不是太明白，可以反復觀看視頻，傳統(tǒng)教學模式就無法做到。所以這種線上學習模式明顯提高了學生學習的主動性和積極性，極大提高了學生學習效率。

4 教學評價

為了更好的評價慕課平臺互動式教學在《工程熱力學》課程應用的效果，教學評價和學生學習效果有機結合在一起進行評價。教學評價采用學生座談、在慕課平臺上發(fā)起問卷調查和學生網上評教相結合的模式，通過學生反饋情況進行教學模式的修正。學生學習效果通過學生的學習成績來考核，《工程熱力學》課程中平時成績占40%，期末考試成績占 60%。平時成績由慕課平臺上的課前課后作業(yè)、單元測試題成績、課堂上發(fā)言內容和次數、實驗成績等組成，慕課平臺上每一項的數據都能導出，方便教師和學生查閱，這是傳統(tǒng)教學無法實現(xiàn)的。期末考試為閉卷筆試形式，試卷題目符合教學大綱的要求，考察的知識點全面，考核學生對基本知識掌握情況、思維創(chuàng)新能力和綜合分析問題的能力。這種互動式教學評價結果為優(yōu)秀。

5 結語

《工程熱力學》課程授課借助慕課平臺，采用互動式教學模式，以學生為主體，教師為主導，以問題解決為中心，將多種教學方法有機結合在一起。大大提高了學生學習的積極性和主動性，提高了學生課外學習效率，提高了學生在課堂上的抬頭率，提高了學生的思維創(chuàng)新能力和綜合分析問題的能力。

參考文獻：

[1]王艷玲.對提高工程熱力學教學質量的幾點思考[J].自然科學，2015（9）：51.

[2]周麗萍，蔡康旭.關于“工程熱力學”課程教學改革之淺見[J].時代教育，2009，1：97-98.

[3]金慧，胡盈瀅，宋蕾.技術促進教育創(chuàng)新：新媒體聯(lián)盟《地平線報告》.

[4]樓毅.英國跨學科核心素養(yǎng)混合式教學的實施和啟示——以曼徹斯特大學My Learning Essentials項目為例[J].牡丹江大學學報，2019，28（03）：141-144.

[5]王春燕.基于慕課-翻轉課堂的立體教學模式研究[J].科學大眾（科學教育），2019（03）：171-172.

作者簡介：李奉翠（1975-），女，山東濟南人，碩士，副教授，現(xiàn)從事建筑空調節(jié)能技術研究。