疫情防控下工科專業課云課堂實踐探索

張東 南軍虎 安周建 侯宏藝

[關鍵詞]云課堂;流體力學;混合式教學平臺;疫情

針對新型冠狀病毒肺炎疫情對高校的課堂教學和正常開學造成的影響，《教育部應對疫情工作領導小組工作方案（試行）》要求，面對延遲開學，采取政府主導、高校主體以及社會參與的方式，面向學生開展網絡教學、線上答疑等活動，共同實施并保障在疫情防控期間高校的在線教學。鼓勵各高校充分利用上線的優質在線課程教學資源和實驗資源平臺。依托各類校內網絡學習空間、在線課程平臺等，積極開展線上學習和線上授課等在線教學活動，保證疫情防控期間的教學質量和教學進度，實現“停課不停學、停課不停教”。

由于流體力學課程理論性強、邏輯嚴密、公式繁多和線上教學互動不便的特殊性，流體力學線上教學要借助混合式教學平臺、直播平臺等，增強課程教學過程中的師生活動，讓每位學生都能全面理解流體力學的基本概念、理論和方法，能夠運用流體力學的知識，并對流體機械的基本流動問題進行正確表達，獨立建立數學模型進行求解，同時通過分析獲得有效結論。應引導學生從流體的宏觀和微觀、運動和靜止等辯證角度認識客觀世界，激發和增強學生的科學興趣和創新意識，讓流體力學內容形象化、直觀化、具體化。應結合工程實踐和學科前沿，培養學生解決復雜流動工程問題的能力。

流體力學課程的線上教學設計采用“多措并舉、三位一體”的形式：“視頻+直播+討論”多措并舉，“課前+課中+課后”三位一體。結合混合式教學平臺，盡可能增強課程教學過程中的師生活動與學生的學習效果。基于云課堂的混合式教學模式不僅能發揮云課堂的優勢，還能有效彌補傳統教學模式的缺陷。

一、云課堂與流體力學課程特點

流體力學課程具有涉及的基礎知識面廣、內容多、知識體系復雜、理論性和實踐性強等特點，包含許多公式和理論。本課程的教學應使學生通過學習流體力學的基本概念、理論和應用，能夠運用流體力學的知識對流體機械的基本流動問題進行正確表達，建立數學模型進行求解，并通過分析獲得有效結論;結合工程實踐和學科前沿，培養學生解決復雜流動工程問題的能力，有效提升學生在宏觀尺度水力機械、微米一毫秒時空尺度液壓元件、新能源開發等方面的專業核心能力和綜合素質，為后續專業課程的學習和實際流體力學問題的解決奠定基礎。同時，在課程教學過程中，應特別注重融入課程思政元素，引導學生從流體的宏觀和微觀、運動和靜止等辯證角度認識客觀世界，激發和增強學生的科學興趣與創新意識。

在疫情防控期間教師運用云存儲技術，上傳PPT、視頻資源、討論話題、作業等相關資料到平臺上，非常方便教師對學習資源進行分配、管理、訪問。學生可以自主學習，自主分配學習時間，這使學生從知識的被動接受者轉變為主動參與者。同時，云計算可以運用大數據分析，為教師提供學生學習的相關數據，教師可依據學生的學習記錄及時針對課程內容、課程活動以及課程策略進行相應的改變和調整。這樣既能發揮教師監控教學過程的主導作用，又能充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性。云課堂中教師還能通過直播方式“面對面”進行知識傳授與能力培養，及時解決學生在課程學習中遇到的問題，增加課堂互動性，鼓勵學生積極思考、勇于表達，從而產生良好的學習氛圍。云課堂這種開放的學習空間能有效地實現學習資源的合理配置以及學習者之間的思維碰撞。

二、流體力學線上教學設計

（一）線上教學設計解決的問題

為實現高校創新型人才的培養目標，教師須在云課堂上把握教學工作的重難點，從“授之以魚”轉變為“授之以漁”。流體力學云課堂教學過程中同樣要注意以下重點問題：

1.如何將專業基礎課的繁雜內容轉變為有序的整體——建立流體力學的內容體系。以不可壓縮流體的連續性方程、伯努利方程及動量方程等三個方程為主線，建立流體力學的內容體系，將無序零碎的內容轉變為有序的整體，形成模塊化、葡萄串式的課程知識體系，讓學生形成對流體力學相關內容觸類旁通的認識。如圖1所示，流體力學課程以流體靜力學、流體運動學及動力學、管流損失和管路計算四部分內容為基礎，這四部分內容又以三大方程為基礎，進行拓展運用即可獲得相似理論及量綱分析、一元氣體動力學基礎、漩渦理論、粘性流體力學、明渠恒定均勻流等內容，形成清晰的流體力學知識體系。

2.如何在專業基礎課中注重發展學生的工程應用能力，實現高校創新型人才的培養目標——從“人生無處不流體”實際出發，將形象化教學融入線上教學的各環節，從發展思維能力人手培養學生的工程應用能力。為提高學生運用所學知識解決實際工程問題的能力，激發學生的思維興趣，應注重教學邏輯，鍛煉學生的邏輯思維能力;應理論聯系實際，提高學生的創新思維能力;應強調歸納總結，培養學生的分析思維能力，如圖2所示。

（二）線上教學資源建設與有機整合

由蘭州理工大學流體力學教學團隊精心打造的流體力學MOOC在線課程于2020年2月21日提前在智慧樹平臺發布。流體力學MOOC在線課程共分為6章，有3-15分鐘的小視頻共51個片段，350分鐘，里面包含視頻彈題59道，測試題161道，章節討論題18道，另外有期末考試題260道。通過生動的動畫演示、豐富的視頻素材、直觀的實驗操作，將情景劇、教學道具、電影片段、學科前沿紀錄片等素材穿插其中，力求課程內容的趣味性、專業知識的系統性、教學方式的多元性，體現不一樣的流體力學線上教學資源。本課程資源不僅可以作為線上教學平臺按計劃開展教學工作，而且可以作為輔助教學資源進行學生自主學習和單元測驗等活動。

我們在超星學習通上建成流體力學課程混合式教學平臺，現有教學視頻52節段、教學PPT47節、習題1500道，已完整運行6輪，18萬余人次應用，能夠很好地發揮輔教輔學功能，滿足教師教學和學生學習的需要。流體力學MOOC在線課程按選擇題、判斷題、填空題、簡答題、計算題等題型對每章的知識點進行了歸類，共收集各類考試題1000余道，按章節上傳到學習通平臺，建立了教學習題庫及試題庫。

我們將實踐教學創新整合，建設部分流體力學基礎實驗與創新性實驗線上教學實驗項目，形成流體力學線上虛擬仿真實驗平臺，利用學校虛擬仿真中心開設了“流體管流虛擬仿真模擬實驗”“流動演示實驗”“伯努利方程實驗”“動量方程實驗”等實驗。充分調動了學生的積極性，激發了學生潛能，提高了其學習興趣，培養了其創新能力和科研能力，同時服務了流體力學系列課程建設。

（三）線上教學設計

結合以上流體力學線上資源，流體力學線上教學借助智慧樹、超星學習通和釘釘群來實現，教學采用釘釘群網絡直播、超星學習通平臺討論和釘釘群答疑的形式，如圖3所示。流體力學與葉柵理論課程的線上教學設計采用“多措并舉、三位一體”的形式：

1.“視頻+直播+討論”多措并舉。以葡萄串式知識點制作的教學視頻，每個視頻10分鐘左右，在智慧樹MOOC平臺發布，適合學生進行知識回顧和課前預習，學生可以根據自己的需求隨時多次點播學習視頻。正式線上教學采用釘釘群直播，教師制作了精美的PPT，準備了豐富的視頻素材，設計了諸多的互動討論問題，通過視頻連線、問答題信息板作答的形式進行師生互動，每次課的互動次數保持在3次以上。課后在超星學習通討論版塊布置了豐富有趣的討論話題，并提供了豐富的課外閱讀素材，方便學習者進行課后互動。

2.“課前+課中+課后”三位一體。教師課前發布課程信息及相關的有趣問題，學生在智慧樹平臺和超星學習通通過視頻、PPT等對課程學習內容進行簡要預習，并對課前問題進行充分思考。教師首先對上次課發布的課后討論話題進行點評和總結，對個別學生的討論觀點進行肯定，隨之通過課前問題引入本次課程的學習內容，此時往往播放2分鐘左右網絡上的相關視頻，使學生迅速進入學習狀態。教師在每一個重點知識點講解后會設置1～2個選擇題，并與學生互動。教師課后及時發布作業及有趣的討論話題，學生可以對此自由發表觀點，以增強學習興趣和延伸知識點，教師也會在討論區與學生互動，實現教學相長。

三、流體力學云課堂特色與實效

流體力學課程的線上教學可以總結為：一個直播、兩個平臺、三位一體、多措并舉，如圖4所示。由于云課堂交互性更強，課中需要更多的時間進行廣泛討論，直播中教師對知識的單純講授會顯著減少，此時需要課堂教學效率做加法，教學內容的講解做減法。因此，只能對課前、課后進行教學設計，學生充分利用線上教學資源，課前帶著疑問預習，課后帶著知識討論，真正實現以學生為中心。而具體每個學生學了什么，大數據會定量化準確地統計學生的狀況，使教師有的放矢地進加法和減法，具體表現為：

1.以釘釘群直播為線上教學主陣地，智慧樹+超星學習通教學平臺相互補充，一個擁有豐富短視頻教學資源，一個可進行PPT預習、作業及課后討論。從學生端采集他們的行為反饋到計算機，實現信息投遞，通過平臺可以檢測到學生學習的次數和時間，有利于教師掌握學生學習情況。同時，釘釘群直播具有回放功能，可以滿足學生查漏補缺的需求，同時可以在群里隨時點名提問，實現答疑與互動。

2.課前、課中、課后三位一體的閉環學習過程和多舉措保證了學生的學習效果。課程的教學始于教師提出問題，學生了解及思考問題并產生自己的想法，直播教學中解決疑惑、傳授新知，課后通過有趣的問題（例如：馬赫數及高超音速論題——世界各國在陸續研制高超音速武器，學生閱讀附件資料后，簡單討論如何才能達到高超音速）進一步鞏固和延伸知識，增強學生學習興趣和學習效果。

根據學生對教師云課堂的評價和對教師期望的調查，我們在線上課程教學建設中不斷探索和改革教學方法和手段，建立了較為完善的流體力學的云課程教學體系，理論聯系實際，注重歸納總結等具體解決措施，得到了學生的認可，學生的學習興趣明顯提高，教學互動顯著增強，話題討論更為積極，取得了不錯的教學效果。

四、結束語

由于流體力學課程理論性強、邏輯嚴密、公式繁多和線上教學互動不便的特殊性，為了在疫情期間達到“停課不停學”的最佳教學效果，我們對流體力學云課堂進行了設計。教師在流體力學課程線上教學中采用了“一個直播、兩個平臺、多措并舉、三位一體”的形式：“視頻+直播+討論”多措并舉，“課前+課中+課后”三位一體。基于云課堂的混合式教學模式不僅能發揮云課堂的優勢，還能有效彌補傳統教學模式的缺陷。我們盡可能增加課程教學過程中的師生互動與提高學生的學習效果，結合云課堂的特點進行教學，讓學生學會在思考、探索、協作和討論中進行自主學習，真正實現“以學生為中心，產出導向，持續改進”的工科教育理念。