“GRIDS”教學法在工程熱力學教學中的創新與實踐

劉 龍，劉翠浴，時 偉，王海英，徐振軍，徐愛玲，李 凱，榮 華

（1.青島理工大學，山東 青島 266520；2.青島農業大學，山東 青島 266109）

在高等教育專業培養體系中，課程的構成主要分為四大類：通識課、專業基礎課、專業核心課和專業選修課[1-2]。其中專業基礎課一般是在通識課教育基礎上開展的，為后續專業課程的教育提供基礎[3]。專業基礎課的任課教師就是學生的專業領路人，其教學效果的好與壞，直接影響到學生對后續專業課的興趣和理解[4]。

專業基礎課在專業課學習過程中，占據重要地位，對后續課程的影響很大。以建筑環境與能源應用工程專業的工程熱力學為例，焓濕圖是解決濕空氣熱濕處理過程的重要工具，是暖通空調這門課的重要工具；壓焓圖是研究制冷循環的重要工具，是空氣調節用制冷技術這門課的重要工具[5]。工程熱力學在動力循環中所涉及到的朗肯循環、熱電聯產、內燃機循環和燃氣輪機循環，是能源與動力工程專業的重要理論基礎。工程熱力學在制冷循環中所涉及到的空氣壓縮制冷循環、蒸氣壓縮制冷循環、吸收式制冷、噴射式制冷和熱泵循環等是建筑環境與能源應用工程專業的重要理論基礎[6-7]。

工科類專業基礎課大多具有基礎理論內容多、與專業知識相結合但理論偏于抽象的特點[8-9]，是提升專業基礎課教學質量和效果的重要環節。傳統“填鴨式”教學讓學生不厭其煩，很多學生不愛聽講，學習過程沒有壓力，沒有緊迫感，學生卻收獲很少[10-11]。傳統的課堂教學以教師為中心，將知識學習作為教學目標，學生處在被動消極的地位，教學手段相對簡單和刻板[12-13]；只注重知識教學而忽視了學生技能、思維、個性的發展；教師急于和盤托出學習的結果，忽視學習過程的引導；注重教學結果的標準化，忽視不同學生的學習差異；教師忽視學生的主體性和師生互動的價值；課堂上對學生的評估單一[14]；專業課程與思政融合不到位，可能會讓學生產生抵觸心理。

綜上所述，開展專業基礎課教學改革研究勢在必行。本文以工程熱力學為例，闡述“GRIDS”教學法在工程熱力學教學中的創新與實踐。

一 工程熱力學教學目標和內容

工程熱力學是建筑環境與能源應用工程專業的一門專業基礎課。通過熱力學第一定律、熱力學第二定律、濕空氣、動力循環與制冷循環的學習，讓學生掌握能量轉換中的基本規律，理解實現濕空氣熱濕處理過程的方法，熟練熱效率、制冷系數的計算；培養學生人文素養、節能意識、科技報國的家國情懷、精益求精的大國工匠精神、批判意識和創新能力。課程目標如圖1所示。

圖1 課程目標

工程熱力學教學內容從簡入難，從理論到實踐，圍繞“動力循環”和“制冷循環”中的工程問題展開討論，培養學生解決復雜工程問題的能力。以教材為基礎，還應拓展二氧化碳跨臨界制冷、磁懸浮水冷機組、補氣增焓、冷熱電三聯供、多聯機和土壤源熱等學科前沿，滿足行業與社會需求。工程熱力學知識框架如圖2 所示。

圖2 工程熱力學知識框架圖

二 教學痛點及解決方法

教學痛點有：工程熱力學教學內容多且枯燥、抽象，重點難以把握，傳統教學課堂沉悶、教學效率低、專業拓展少和課時吃緊；“蜻蜓點水”式思政方式“入耳不入心”，缺少考評；學生渴望參與科創比賽，但創新能力培養不足；缺乏過程監督，掛科率高，如圖3 所示。

圖3 教學痛點及解決方法

針對以上問題，提出了基于混合式課程的“GRIDS”教法鏈動模式與賽教融合模式，如圖4 所示。

圖4 “GRIDS”教法鏈動與賽教融合

“GRIDS”教法鏈動模式突出學生主體地位，體現“做中學，做中教”，注重互動和討論；賽教融合模式培養學生創新能力，引導學生求真向善，用專業知識服務社會。

三 教學組織與實施

依托線上線下混合式一流課程，低階內容線上呈現，高階內容線下補充。課前發布學習任務單，學生線上完成低階知識點的學習和檢測。如圖5 所示。

圖5 教學組織與實施

課中采用“GRIDS”教法鏈動模式，圍繞教學中經典問題、高階性問題或內容進行針對性設計，將課程內容揉碎重組，體現學科前沿，擴展課堂廣度；案例、時政話題具備新穎性、思辨性、挑戰性，解決教學重難點的同時，提升課堂溫度。賽教融合模式培養學生創新能力，拓展課程深度。思政融入課堂的方方面面，形成4 種范式，并借助公眾號開啟思政第二課堂。賽創融合模式項目逐年迭代，反哺教學。

（一）分組案例匯報（Group Case Report）

實施原則：①每組分配一個與課程緊密相關的題目；②題目緊扣時代和科技前沿，能夠充分發揮學生想象力和探索力；③主講教師和各組組長根據PPT 形式、內容、講解、論文和參考文獻等綜合打分。形成性評價標準見表1。

表1 案例匯報形成性評價標準

此方法的優點有：①學生查找大量的動畫、視頻、案例資料，極大地豐富了教學素材，實現了教學相長；②科研成果引入課堂教學，科教融合；③指導學生應用軟件模擬，加深對原理的理解，體現高階性和挑戰度；④鍛煉了學生的表達能力、團隊合作能力，培養了學生的專業認同感；⑤學生互評，標準明確，評價合理。

（二）雨課堂（Rain Classroom）

雨課堂作用有三：①在課堂之初檢測學生線上學習效果；②借雨課堂提出問題，起到承上啟下的作用；③隨堂測驗、點名。

（三）思政教育（Ideological and Political Education）

結合學校辦學定位、專業特色、課程特點，確定課程德育目標[15]，并總結歸納該課程思政的4 種范式。如圖6所示。

圖6 確定德育目標、思政范式

1 詩詞無痕思政

將專業概念賦值于詩詞，將原理升華為人生哲理，用原創詩詞實現專業與思政之間的無痕嫁接；采用唯美的詩詞解釋工科現象，培養學生人文素養。

2 案例時政思政

討論的案例具有啟發性、批判性、時代性、趣味性和高階性。經典案例體現歷史積淀；時政案例體現與時俱進。為解決課堂重難點，采用針對性案例，培養學生解決復雜工程問題的能力，借機思政，將價值塑造、知識傳授、能力培養融為一體，培養學生的大國工匠精神、批判意識、社會責任感。

3 賽教融合思政

通過指導學生參與科創項目和比賽的方式進行思政。所有項目來源于課程，經過數年迭代，最終作為教學素材反饋于課程；培養學生創新能力、社會責任感、精益求精的大國工匠精神和科技報國的家國情懷。以賽教融合的方式考評思政，納入期末考評。

4 第二課堂思政

（四）討論式互動（Discussion Interaction）

討論式互動教學模式有三種。

1 借助模型、圖板討論

自制教學模型、圖板，模型現場展示，課堂互動小實驗，提升學習興趣，易于學生理解原理，效果事半功倍。

2 借助案例討論

根據不同的教學內容，實現從生活現象到專業知識再到學科前沿的分級遞進式教學。以實際工程案例為依托，采用類比法解釋抽象概念，采用對比法分析復雜工程問題；拓展專業知識，培養學生學以致用的能力。

3 結合時政熱點討論

如圍繞煤改電、煤改氣等政策是否合理，展開討論，培養學生批判意識。

（五）學習卡片（Study Card）

學習卡片內容設置原則：①精煉核心內容；②與教學內容同向而行，不能具有跳躍性。

學習卡片使用方法：①上課前，將助教批改過的學習卡片下發學生；②課下收回批改，將學習卡片成績及時反饋到課程網站上。

學習卡片優點是讓學生帶著任務學習，更容易把握課堂重難點；教師根據學習卡片作答情況，在下一次課中可以有的放矢去回顧；結課后，卡片可作為復習資料，也是期末考評的依據之一。

四 過程化考核

“GRIDS”教法鏈動的每一項均是過程化考核依據；以賽教融合作為思政考核依據，占總成績的5%（圖7）；作品、成績、點評和答案等在線上學習平臺上留痕，體現信息技術與教學方法的深度融合。

圖7 總評成績構成

五 效果檢驗

線上線下混合式教學解決了課時吃緊、學習效率低的問題；線下融入了更多高階知識點，有針對性地討論案例、時政熱點，培養了學生解決復雜工程問題的能力，拓展了更多的學科前沿，符合社會需求；討論式教學提高了學生參與度，提高了課堂溫度，學生學習興趣明顯提高；學習卡片幫助學生把握課堂重難點。

無痕思政范式讓思政“銘于心而踐于行”，且不受地點、時間、人群限制。

分組案例匯報、賽教融合模式增加了學生的專業認同感，在課堂中更容易碰撞出科技創新火花，培養了學生的創新能力。各教學方法的形成性評價是過程化考核的依據。如圖8 所示。

圖8 效果檢驗，持續改進

六 結束語

“GRIDS”教學法針對性地解決了工程熱力學教學過程中的問題。“分組案例匯報、討論式互動”重方法，組成教學緯線；“學習卡片、雨課堂”重考評，組成教學經線；“思政教育”貫穿課堂內外。“GRIDS”教法鏈動模式環環相扣，形成一張無形的網，旨在將教學內容、教學目標、教學問題一網打盡。