“熱質交換原理與設備”課程線上教學實踐及對教學改革思考

王占偉 周西文 王 林 馬愛華 李修真

（河南科技大學 洛陽 471000）

0 引言

2020年初，一場突如其來的新冠肺炎肆虐全球，為了阻斷疫情向校園蔓延，確保全國師生生命安全和健康，教育部于2020年1月27日發布了《關于2020年春季學期延期開學的通知》，要求全國各高校推遲2020年春季學期開學時間，并切實做好疫情防控工作。緊接著，教育部于2月4日發布了《關于在疫情期間做好高校在線教學組織與管理工作的指導意見》，并于2月12日在國務院聯防聯控機制新聞發布會上明確提出了“停課不停教、停課不停學”。據統計，全國已有1454 所高校參與在線教學，授課教師達到103 萬人，在線學習達到23 億人次，在線課程開放1226 萬門次[1]。疫情期間在線教學的規模之大、范圍之廣、程度之深，前所未有，對中國乃至世界高等教育都將產生深遠的影響。它改變了教師的“教”，改變了學生的“學”，改變了學校的“管”，改變了教育的“形態”[2]。教育部高教司吳巖司長指出，我們不可能、也不應該退回到疫情發生之前的教與學狀態，“互聯網+”、“智能+”的在線教學已成為世界高等教育重要發展方向。

在此背景下，作者對“熱質交換原理與設備”課程的線上教學方法進行研究與總結，對線上教學的實施及其效果進行評價，旨在分享該課程的線上教學經驗與體會，為土木類專業課程授課教師開展線上教學進行參考與借鑒，同時分享了線上教學對教學改革的兩點思考。

1 “熱質交換原理與設備”課程內容與特點

“熱質交換原理與設備”是建筑環境與能源應用工程專業的一門主干專業理論課，同時兼顧創造建筑室內環境所用熱質交換方法的理論知識與設備知識，起著連接本專業基礎課與技術課的橋梁作用。其主要內容是將專業中“傳熱學”、“流體力學”、“工程熱力學”、“供暖工程”、“空氣調節”、“空調用制冷技術”、“鍋爐及鍋爐房設備”和“燃氣燃燒”等課程中牽涉到流體熱質交換原理及相應設備的內容抽出，經綜合整理、充實加工而形成的一門課程[3]，結構上可分為原理和設備兩大部分，涉及面廣，理論性強，難度較大，學生學習時易感到枯燥。

2 課程線上教學的特點

線上教學不同于線下，有著獨特的優點和缺點[4,5]。線上教學的優點：（1）靈活性強。線上教學打破了時間和空間的限制，學生隨時可學，隨地可學；（2）網絡教學資源豐富。中國大學MOOC、學堂在線和智慧樹等在線教育共享平臺上有著大量來自全國優秀教師分享的優質在線課程，且疫情期間，學生可輕松獲取資源，這一定程度上可緩解教育資源不均問題；（3）通過課堂實錄，講課視頻學生可反復觀看，這可讓沒有及時上課的學生補充上課，讓沒有聽懂的學生，反復回看；（4）學生反饋更及時。網絡發布作業、測試等，學生回答上傳提交，可及時反饋到教師，同時基于即時聊天軟件，可及時掌握學生的學習效果。

線上教學的缺點：（1）師生互動有限。線上教學無法做到線下師生面對面授課的互動效果；（2）學生注意力不容易集中。線上教學由于缺少了老師與學生近在遲尺地面對面授課，線上教學更依靠于學生自身的自覺與自律；（3）對于理論性較強的課程，線上難以取得線下在教室面對面授課結合板書演繹的授課和學習效果；（4）對學生學習狀態有效監督的措施有限。線上授課通常只能看到學生的在線狀態，但無法獲悉學生是否真的在聽課，是否真的在認真做筆記。

3 本課程線上教學方法及其效果評價

充分考慮到線上教學的特點，為了盡可能地做到線上學習與線下課堂教學質量實質等效，本課程從教學理念、教學方法和教學過程三方面入手，探討該課程線上教學的新途徑和新思想。

從教學理念上，貫徹“以本為本”的思想，堅持“以學生為中心，以目標為導向，強調持續改進”的工程教育理念，同時把“立德樹人”作為教育的根本任務，力爭培養出具有社會主義正確核心價值觀，有社會責任感，有擔當的復合型高級工程技術應用人才。

3.1 線上教學方法

本課程線上教學方法可總結為：教師的“復雜化”，課堂的“簡單化”和學生的“主動化”。

3.1.1 教師的“復雜化”

教學過程中。首先是教師的“復雜化”。本課程是一門理論性較強的專業基礎課程，課程內容涉及大量的理論及其背后機理公式的推導，而線上教學無法與學生見面，失去了面對面授課的優勢。因此為了與在教室面對面授課結合板書演繹取得實質等效的授課和學習效果，教師對課程內容進行解構與重構，按照核心知識點，將課程內容片段化。一個片段即為一個講授單元。以問題為導向，為每個片段，設置一個問題，讓學生帶著問題去學習每一個片段。考慮到學生在線學習注意力不易集中的特殊性，控制好每個講解片段的長度，在片段之間巧妙設置小問題，充分利用在線直播平臺的優勢，開展全班大討論。對授課課件進行重新制作，課件內容要模擬板書，充分展示演繹和歸納的過程。

比如，動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞這三種傳遞現象之間的類比，以及熱量和質量同時存在的傳遞現象是本課程其中兩個核心知識點。本課程在線教學時，反映這兩個核心知識點的教學設計及所分配時間分別如圖1 和圖2所示。

圖1 動量、熱量和質量傳遞類比的教學過程設計及所分配時間Fig.1 Design and allocation time of the teaching process about the momentum,heat,and mass transfer

圖2 熱量和質量同時存在的熱質傳遞的教學過程設計及所分配時間Fig.2 Design and allocation time of the teaching process about the transfer with simultaneous heat and mass

3.1.2 課程的“簡單化”

其次是課程的“簡單化”。所謂大道至簡，講授過程中邏輯清晰、方法得當。以專業工程實際為背景，復雜問題簡單化，深奧理論淺顯化，避免讓學生感到苦澀難懂，產生消極抵觸心理。而在“簡單”的同時，通過設置的問題，給學生創造思考和交流的機會和空間。同時，突出課程思政教學。在課堂講授中，注重理論聯系實際，善于講解實際工程背后所涉及的課程理論知識和工匠精神，讓學生以小見大，在領悟專業理論知識的同時，更加體會到科技的力量，建立起科技強國的自信和勇氣。

比如，在講解熱量和質量同時存在的傳遞現象時，從本專業實際的工程實踐導入，專業常見的表冷器對空氣冷卻除濕，噴水室對空氣熱濕處理，冷卻塔獲得冷卻水和濕球溫度計測量空氣的濕球溫度，引出在熱量和質量傳遞同時發生時，它們彼此之間相互影響。中國神州7 號返回艙載著三位航天員英雄順利安全返回，返回艙在與空氣高速摩擦產生大量的熱量，由此引出傳質冷卻。以專業工程實際為背景，使復雜問題簡單化，深奧理論淺顯化，同時，讓學生體會到科技的力量，自身所學可以為祖國的強大做出貢獻，從而建立起科技強國的自信與學成報國的信念，突出課程思政教學。

3.1.3 學生的“主動化”

最后是學生的“主動化”。在課上講授了知識的核心后，留置思考題，激發學生主動思考內化知識；通過作業的批改和觀察，總結學生對知識點的掌握程度，及時發現問題；鼓勵學生勇敢地質疑教材和教師，深化對知識的理解，同時培養學生的質疑精神，增強自信心；抓住學生的思維火花和小亮點，啟發并鼓勵他們進一步深入思考，提升綜合能力；按照劃分的知識點片段，對錄制的授課視頻和課件進行分割，并上傳至超星學習通等平臺，幫助學生構建知識體系，同時讓沒有及時上課的學生補充上課，讓沒有聽懂的學生，反復回看。

3.2 保證線下線上教學質量實質等效的措施

（1）基于在線教育平臺，及時發布教學預警

充分利用線上教學平臺的優勢，基于超星學習通在線教育平臺，根據平時綜合成績來及時檢驗學生的學習情況。平時綜合成績構成包括：課程訪問次數、簽到、課程視頻任務點、討論、作業及章節測試等6 個環節，設置每一環節的分數權重，學習通平臺計算出綜合成績。針對平時綜合成績低于設定成績的同學及時發布學習預警，督促這部分同學積極參與課堂活動和及時完成作業。

（2）基于即時聊天軟件的線上答疑

線上答疑不受時間和空間的約束，實際上降低了學生提問和表達不懂的門檻。根據實際體會，基于及時聊天軟件的線上答疑的學生參與度、活躍度和問題深度明顯高于線下。教師在及時對學生進行答疑時，統計出學生不懂的高頻問題及知識點，總結出學生易迷惑的地方，可放在課堂上集中講解。這樣起到的教學效果甚至好于線下。

（3）基于小組討論，學生互評

本課程根據教學安排和核心知識點，可適時安排小組討論。每3-5 名同學組成一個討論組，基于在線會議軟件，一個小組開啟一個聊天室，開展討論。根據討論的內容和結果，學生為自己打分，也為小組其他成員打分，讓學生互評，起到互相學習，取長補短的作用。

3.3 教學效果評價

本課程基于超星學習通在線教學平臺，累計發布任務數106 個，學生平均任務完成率高達98%；學生累計訪問量15130 次（學生總人數72 人，平均210 次/學生）；累計發布作業8 次，學生提交率約99%；發布了3 次教學預警；學生綜合成績分布情況如圖3所示。由圖3，約47%學生的綜合成績超過80 分，達到了良好以上，約93%學生的綜合成績超過60 分，及格率約93%。這些數據表明，本課程的線上教學基本做到了與線下課堂教學質量的實質等效。

圖3 學生綜合成績分布情況統計Fig.3 The summary about the comprehensive scores of the students

4 線上教學對教學改革的思考

（1）借力現代信息技術的發展，開展課堂教學改革

互聯網、大數據和人工智能等現代信息技術的快速發展，勢必會給土木類專業的教學帶來前所未有的挑戰和機遇。“互聯網+”、“智能+”的在線教學也必將成為高等教育重要發展方向。積極推動現代信息技術與課程教學的深度融合，將各類現代信息化教學手段引入課堂，做好信息技術對傳統教學方法的改造，對專業體系、課程體系及內容進行解構與重構，探索線上教學人才培養模式的改革。

（2）開展線上線下混合式教學方法探索

線上教學和線下教學都有其優缺點，其實也不是所有的課程都適用純粹的線上教學。在開展線上教學和線下教學時，應充分考慮到具體課程的特點，選擇更適合的教學方式。對于“熱質交換原理與設備”這門理論性較強的專業基礎課而言，開展線上和線下相結合的混合式教學方法應該是更合適的。積極探索以“線下教學為主，線上教學為輔”的混合式教學模式，充分發揮線上和線下教學的組合優勢，而這需要深入開展線上線下混合式教學模式的研究和改革。

5 結束語

本文以“熱質交換原理與設備”課程為例，給出了該課程線上教學方法，具體的教學實施過程，并對其教學效果進行了評價，評價數據顯示，本課程的線上教學基本做到了與線下課堂教學質量的實質等效。分享的該課程線上教學經驗與體會，可為土木類專業課程授課教師開展線上教學與教學改革提供參考與借鑒。

在未來，一方面，積極推動現代信息技術與課程教學的深度融合，將各類現代信息化教學手段引入課堂，探索“互聯網+”、“智能+”的在線教學，探索線上教學人才培養模式的改革；另一方面，結合線上教學和線下教學的優缺點，充分考慮課程的特點，因地制宜地選擇最合適的教學方法。對于“熱質交換原理與設備”理論性較強的專業基礎課而言，開展線上和線下相結合的混合式教學方法應該是更合適的。