新媒體結合工科教學的探索

李文強 馮喜平 惠衛華

摘 要：在新工科建設和發展的背景下，本文針對線下課堂授課模式單一以及理論與實驗脫節的問題，創新性提出了通過新媒體技術將前沿科學實驗引入線下理論課堂的教學改革方式。例如：通過“直播”的方法，及時將科學實驗及時帶入理論課堂，提升課堂氣氛的同時，利用實驗對學生進行深度啟發。本教改方法實現了將理論、實驗與創新在一堂課中融為一體。通過對西北工業大學“傳熱學”課程的改革實踐，發現該授課模式可極大激發學生的課堂熱情和創新思維，大幅提升了理論學習的效率。

關鍵詞：教學改革;新媒體;實驗;理論;創新

中圖分類號：G642 ?文獻標識碼：A

Abstract：Under the background of construction of the new engineering curriculum of the Ministry of education，the present study proposes a teaching reform method that integrates new-media tool and theoretical curriculum，aiming to solve the problems existing in the traditional teaching mode，that is，monotonous and detachment of experiment and theory.By innovatively introducing cutting-edge experiment into class through direct-broadcast media，we have realized the integration of theory，experiment and innovation in one class.Through the reform of course of "Heat Transfer" in Northwestern Polytechnic University，it is found that this teaching mode can greatly stimulate students’ classroom enthusiasm and innovative thinking and improve the efficiency of theoretical learning.

Keywords：teaching reform;new media;experiment;theory;innovation

一、概述

隨著我國向著創新型工業的邁進，對人才的要求也從掌握知識技能向實踐創新能力進行轉變。但是，目前的課堂模式大多是延續傳統老舊的教學方法。近年來，隨著網絡課堂的興起和數字傳媒的發展，傳統線下課堂已不再成為獲取知識的唯一途徑。例如：斯坦福大學和麻省理工大學公開課、國內MOOC課堂、網易公開課等優質的網絡教育資源正在逐步取代線下老舊的“老師臺上教，學生底下學”授課模式，而且，目前的線下課堂還是以PPT結合板書的授課方式，與線上教育日益新型化和多元化的模式相比，傳統授課模式難以激發學生的積極性。

除此之外，對于一些工科類別的專業基礎課程，例如“傳熱學”，是工程熱物理專業方向的必修課程，也是一門理論和實驗并重的學科。該學科涉及的概念和理論公式較多，學生在課上容易出現專注力下降的問題。為此，本學科配套增設了8個實驗學時，但是，二者并未起到互補遞進的作用。原因是實驗教學與理論教學是分開的，即：理論教學結束后再進行單獨實驗教學。這種模式帶來兩個問題：

（1）理論和實踐存在非時效性。理論學習效率不高的問題依然存在，這也導致學生無法運用所學理論對實驗數據進行解釋;

（2）實驗課并未在理論課的基礎上形成遞進關系。即：無法通過實驗對學生進行深度啟發和思考，鞏固和加深理論學習。

再者，學生在傳統教學模式的培養下，只是被動獲取知識，甚至只以獲取學分和考試分數為目標，不明白如何將所學知識運用到科學研究和創新生產當中，考試結束便很快忘記所學，創新思維嚴重不足，這也是多年應試教育的最大弊端。因此，一味地追求對知識點的準確掌握忽略了批判性思維的培養，這與我國創新型科技的發展趨勢是不相符合的。

因此，如何在新工科課程改革和創新型工業推動的背景下，針對教學模式老套、實驗與理論分割以及創新乏力的問題進行教學改革，是目前理論課堂亟待解決的問題。

二、教學改革方法

針對傳統課堂授課模式單一化問題，出現了線下翻轉課堂[1-3]、MOOC課堂[4-6]、KAPI課程體系[7]等豐富的教學方式，針對理論和實踐脫節的問題，高校通過開設實驗實踐課程、工程訓練課程[8]、創新創業競賽[9-10]等方式來解決。但是，上述這些實驗實踐方法與理論課堂教學始終都是分割開來的，存在非時效性，無法及時在課堂上引發學生對科學的深度思考和對前沿創新的啟發。因此，本文采用將科研實驗搬進理論課堂的方法。需要注意的是，雖然該方案已經在理論課堂中經常被采用[11]，但課堂實驗適用于易攜帶的裝置，有很強的局限性，并且，簡易的初級裝置并不能體現科研前沿進展。因此，還需要將最近的知識和科學融入實驗當中，進而引發學生對科學的深度思考和對前沿創新的渴望，而前沿的實驗裝置和設備的體積和重量往往較大，無法進行現場演示和講解。

針對這一問題，本文創新性地通過新媒體技術，通過直播等新興方式，將前沿科學實驗帶入理論課堂，提出了理論—實驗—創新一體化培養的課堂教學改革方案。教學改革的最終目的是激發學生自主學習的興趣、引發學生的深度思考，培養學生的創新能力。本次教改思路的最大特點是它不同于傳統課程群模式，即將理論、實驗和創新科研項目分割開來，而是將三者融合在一堂課中，形成多功能教學課堂。例如，通過新媒體技術將實驗以現場直播的方式呈現給學生。實驗人員將實驗過程進行壓縮并進行簡短的演示，讓學生可以在理論學習過程中“現場體驗”實驗過程，并與實驗人員進行交流。通過上述方法，既可實現實驗與理論之間的“無縫連接”，又能解決傳統課堂授課單一化問題，增加了學生的課堂興趣，強化了理論學習效率。

三、改革實踐

教學改革的對象選擇了西北工業大學飛行器動力專業方向的基礎課程“傳熱學”，包括該專業的兩個班級的50名學生。下面以“傳熱學”中“大空間沸騰傳熱”教學內容為例說明課堂設計和教改實施方案。

首先，以5人為一組將學生分為10個討論小組。在上課過程中，將以小組為單位進行課上的討論，完成課程創新作業等學習環節。這樣做的目的是以小組為引導，督促組員積極參與學習和討論，磨煉意志品質，培養團隊精神。

課堂伊始，擬根據教學內容在開場時拋出以下兩個生活問題引發學生思考。例如，雞蛋在燒紅的鐵鍋中不粘是因為不粘鍋嗎？鍋中沸騰的水在標準大氣壓下是100℃嗎？通過這種開場形式引出本章中的兩個核心教學內容“大空間沸騰傳熱曲線”，同時可以增加課堂的趣味性，初步帶動學生的積極性。

然后，針對“大空間沸騰傳熱”進行理論講解，該部分為理論教學，理論教學中，多媒體教學手段如PPT適用于概念性較強的內容或者圖形的講解，而針對理論性較強的內容，傳統的板書或者線上線下結合的混合教學更為適用。考慮到本章內容理論性較強，作者采用板書形式進行講解。講解時間大致控制在三分之一課堂時間左右，時間過長容易導致學生注意力分散。然后，作者將與之相關的“霧化冷卻”科學實驗穿插進理論教學中，進而詮釋“沸騰曲線”的理論規律。“霧化冷卻”是一種新型的高效冷卻方式，近年來在電子器件冷卻、發動機防護等領域獲得了廣泛的關注和應用。但是，實驗系統體積較大，無法現場演示。作者創新性的采用“直播”的方式，通過直播軟件現場連線至實驗室科研人員。與此同時，科研人員將現場的實驗畫面同步傳遞給教室的學生，對實驗過程和實驗結果進行簡短地介紹和講解，并通過直播跟學生進行在線交流，進一步對“大空間沸騰傳熱曲線”的理論內容進行詮釋，強化了理論學習。通過理論與直播實驗這種新穎的授課形式，點燃學生的課堂熱情，牢牢抓住學生的專注力。在直播結束后，提出問題啟發學生思考。前面的實驗“直播”將課堂的氣氛推向了高潮。直播結束后，應趁熱打鐵，適時拋出相關問題引發學生思考。例如，在霧化冷卻過程中，哪些因素和機制發揮作用？還存在哪些可以強化沸騰傳熱的方式？然后，按組進行討論和發言。討論采用開放和自由的形式。此時，學生學習和探索的熱情高漲，學習效率大幅提高。

最后，在講授完書本知識點之后，還可以進一步將本節課知識點拓展至與之相關的學科前沿中，將前沿基礎研究和成果介紹給學生。還是以“大空間沸騰”內容為例，氣泡初始生成機理一直以來懸而未決，作者在課堂最后針對該問題組織學生進行了分組討論。目的是讓學生不再孤立和生硬的學習知識，而是在科學前沿的大背景下讓學生對所學知識進行更深層次的思考，進而激勵學生進行科研創新。

四、展望

本次教改創新性將新媒體方法引入教學課堂，通過直播的方法將前沿的學科實驗與理論知識和科研創新有機地融合在一節課中。使得學生從過去的被動接受知識向主動和創新型學習的模式進行轉變。對本次教改的展望和建議如下：

（一）提升教改模式的適應性

本文提出的教改方法首先應用于本學科基礎課程“傳熱學”的教學中，并取得了良好的效果。但是，不同學科課程體系和培養方案存在差異。因此，需要針對不同學科對實驗內容和形式進行調整，以完善該教學模式在多學科中的應用。此外，實驗的選擇非常關鍵，既要能夠與理論學習形成互補，又要有趣味性，不能太過復雜。

（二）加入線上優質教育資源

線上教育資源應該與線下課堂教學形成互補和拓展關系，不應簡單的重復。優先選擇更先進和有趣的高質量在線課程材料，材料形式可以是大學生MOOC課堂、網絡視頻、講座以及圖片等。采用線上教育資源可以增加課堂的趣味性，進一步提高學生的積極性。應注意的是，在線課程的時間應占總課堂時間的1/3以內，在播放過程中可對重點和難點內容進行補充解釋。

（三）教學過程中加入思政元素

課堂教學不應忽視思想道德修養的教育和培養。可以適時在培養環節中加入思政元素[12-13]，通過課堂對學生進行思政教育，提高學生的思想道德修養，更好發揮其在“立德樹人”教育中的作用。

（四）改善考核評價體系

除了基本的作業習題之外，學生以小組為單位，根據課上所討論前沿科學自行擬定創新題目或針對已存在問題給出解決方案，題目不要求難度，但要具有創新性，以此鼓勵學生創新，并計入最終考核成績，避免“平時不作為，一考定終身”的現象。

結語

在新工科建設和發展的背景下，本教改以解決傳統課堂教學模式單一、理論與實驗分割和學生缺乏創新問題為目標，創新性地通過新媒體技術，將前沿科學實驗引入理論課堂，實現了科研實驗、理論教學和創新培養的有機融合。使得實驗和理論形成了即時互補和強化關系，為課堂融入了更多功能和內涵，實現了從理論知識向實驗實踐和科研創新的轉化，獲得了“一加一遠大于二”的教學效果。前沿實驗的“直播”效應極大地激發了學生學習的熱情，引發學生的深度思考。

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作者簡介：李文強（1985— ），男，漢族，陜西西安人，博士，高級職稱，研究方向：高等教育。