基于問題導向的融合式高效課堂改革與實踐

摘 要：針對傳統(tǒng)教學模式存在問題，該文從教學內(nèi)容、教學方法、教學模式和教學資源上進行全面改革，基于Uclass智慧教學平臺，以實際問題牽引教學內(nèi)容，以教學數(shù)據(jù)驅(qū)動教學精進，以融合式課堂為教學模式，實現(xiàn)線上導學與線下研討的有機融合，解決傳統(tǒng)課堂參與廣度不足、深度不夠、學習評價單一和教學數(shù)據(jù)匱乏等問題，學員的學習積極性、主動性大幅提高，取得較好的教學效果。

關(guān)鍵詞：智慧教學；混合式教學；問題導向；專業(yè)基礎(chǔ)課；教學改革

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）26-0114-05

Abstract： In view of the problems existing in the traditional teaching mode， this paper carries out a comprehensive reform from the aspects of teaching content， teaching method， teaching mode and teaching resources. Based on the Uclass intelligent teaching platform， this paper draws the teaching content by practical problems， drives the teaching progress by teaching data， and takes integrated classroom as the teaching mode， realizing the organic integration of online guidance and offline discussion， and solving the problems of insufficient breadth and depth of traditional classroom participation， single learning evaluation， and lack of teaching data， and the students' learning enthusiasm and initiative are greatly improved， and better teaching results are achieved.

Keywords： smart teaching; blended learning; problem oriented; professional basic courses; reform in education

熱工基礎(chǔ)是海軍工程大學輪機工程、機械工程、安全工程等專業(yè)的專業(yè)背景模塊必修課程，主要講授熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律、熱量傳遞的規(guī)律以及能量的高效利用，為學員學習任職專業(yè)課起到預(yù)修先導和理論儲備的支撐作用，也為其軍事職業(yè)生涯打下堅實工程基礎(chǔ)[1-2]。課程公式多、概念多、難點多，但學時較少。傳統(tǒng)的教學模式為講授式，課堂氛圍不活躍，學員參與度低，學員普遍反映難學好、難學透，教學效果難以滿足海軍創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求[3-4]。

智慧教學，即依托互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)打造的泛在化的教育信息生態(tài)系統(tǒng)，以教育信息化促進教育現(xiàn)代化，用信息技術(shù)改變傳統(tǒng)模式[5-6]。各種智能化的教育教學軟件正在走進越來越多的課堂，不但便利了教師的教學工作、提升課堂效率，還能讓學生更好地融入和參與到老師的課堂教學活動[7]。

本課程組在多年教學改革經(jīng)驗基礎(chǔ)上，基于Uclass智慧教學平臺，從教學內(nèi)容、教學方法、教學模式和教學資源上進行全面改革，以實際問題牽引教學內(nèi)容，以教學數(shù)據(jù)驅(qū)動教學改進，以融合式課堂為教學模式，實現(xiàn)了線上導學與線下研討的有機融合，解決了課堂參與廣度不足、深度不夠、學習評價單一和教學數(shù)據(jù)匱乏等問題。學員的學習積極性、主動性大幅提高，取得了較好的教學效果。

一 傳統(tǒng)教學存在問題

（一） 參與廣度不夠

多數(shù)情況下，學員沒有預(yù)習習慣和預(yù)習資源，教員課堂連續(xù)講授時間過長，只有少數(shù)學員能夠全程聽講，理解接受，有效思考，大多數(shù)學員注意力難以集中，甚至有打瞌睡的現(xiàn)象，學員的教學參與度較低。

（二） 參與深度不夠

學員對課堂的參與主要體現(xiàn)在與教員的互動，傳統(tǒng)講授式課堂設(shè)計的互動往往停留在少量的、簡單的提問，參與流于形式，深度不夠，覆蓋面小，學員主動學習、主動思考的壓力和動力明顯不足。

（三） 教學層次不高

由于講授式教學模式的課堂時間用于單向知識灌輸，缺少學員主動參與的思考和討論環(huán)節(jié)，使得教學內(nèi)容大多停留在布魯姆教學模型的低層次，缺少“金課”的要素——高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度。

二 教學模式綜述

為提高課堂授課效果，大量學者和教育者對課堂教學模式方法進行了深入研究[8-10]，常見的教學模式主要包括：行為導向教學，以活動為導向，以人的發(fā)展為本位的全面提高學生的綜合能力的職業(yè)教學方法[11]；問題導向教學，在教學中從學生的認知規(guī)律和實際出發(fā)，科學地設(shè)計問題，提出問題，通過師生的互動，學生之間討論，逐步解決問題，達到教學目標[12]；案例教學，將真實生活引入學習之中，模仿真實生活中的職業(yè)情境，幫助學習者像從業(yè)人員那樣思考和行動[13-14]；任務(wù)驅(qū)動教學，一種建立在建構(gòu)主義學習理論基礎(chǔ)上的教學法，它基于解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動式的教學理念，將再現(xiàn)式教學轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W習，運用共有的知識和自己特有的經(jīng)驗提出方案、完成任務(wù)[15]；討論式教學，教師把要討論的內(nèi)容，分成若干個“單元”，把學生分成小組，在學生全面自學的基礎(chǔ)上，每組又各自有所側(cè)重[16]；對分課堂，把一半課堂時間分配給教師講授，一半分配給學生討論[17]。

課程組結(jié)合課程特點，將各種教學模式在課堂上進行深度融合，提出基于問題導向的融合式高效課堂教學模式，并開展教改實踐。問題導向是指，設(shè)計導學題目、研討題目和計算題目，分別用于課前自學、課堂研討、課后鞏固，通過課前、課堂和課后對問題的解答過程提高學生學習興趣、深入理解教學內(nèi)容、提高解決實際問題的能力。融合式是指，將學員自主學習、教員難點講授、學員分組研討和小組代表匯報等四種教學方法有機融合至同一課堂，并在教學內(nèi)容上打破章節(jié)的隔離，分章節(jié)預(yù)習，分專題研討，全課程應(yīng)用。高效課堂是指，以盡量少的時間和師生勞動，通過提高課堂上教與學的效率，實現(xiàn)教學效果最優(yōu)，教學效益最好。基于問題導向的融合式課堂教學模式，不僅能夠提高課堂效率，通過研討環(huán)節(jié)融入課程思政元素，將科學思維訓練融入研討主題，將科學精神與強軍精神培育融入教學內(nèi)容，能夠激發(fā)學員矢志強軍、創(chuàng)新超越、科技興軍的使命擔當。

三 Uclass智慧教學平臺簡介

銳捷Uclass智慧教學平臺是一款面向常態(tài)化教學，線上線下融合貫通，教學數(shù)據(jù)全景追蹤的智慧教學軟件產(chǎn)品。主要特點有：線上線下融合貫通，通過豐富課堂互動促教學模式創(chuàng)新，通過作業(yè)資源等線上活動設(shè)計，管理學生課外學習過程，有效打通課上課下師生互動與交流通道，實現(xiàn)了一站式教學全過程管理。

四 教學改革主要做法

（一） 教學內(nèi)容改革

1 編寫研討講義，重構(gòu)教學內(nèi)容

為適應(yīng)線上線下混合式教學，在參考國內(nèi)外經(jīng)典教材內(nèi)容基礎(chǔ)上，編寫了《熱工基礎(chǔ)研討講義》，包括導學題目、研討題目和探究題目，分別用于課前預(yù)習、課堂研討、課后鞏固。導學問題主要考察教材基本概念的理解，難度較小，大多可以通過預(yù)習獨立解答；研討題目要求對內(nèi)容深入理解，具有一定的綜合分析能力，并具有一定的開放性，適合在課堂上以研討形式集智解答；探究題目綜合性強，并需要一定計算能力，用時較長，適合在課后獨立解答。對以上問題的解答過程有助于提高學生學習興趣，深入理解基本教材內(nèi)容，培養(yǎng)解決復(fù)雜問題的能力和思維。

2 制作線上資源，豐富線上教學

依托Uclass教學平臺，課程實施過程中，總計發(fā)布線上教學資源253個，包括文檔122個，圖片49個，音視頻102個（圖1）。數(shù)據(jù)表明，資源學習最多245個，最少54個，時長最長42 h 12 min。組織線上教學活動52個，包括作業(yè)33個，測驗19個（圖2）。

3 制作微課視頻，提高學習興趣

圍繞課程教學已建成配套能量利用與海軍新能源、探究熱機效率界限的奧秘等微課6門。其中，熱的利用與熱力學簡史獲大學精品微課，動力技術(shù)及其軍事應(yīng)用獲大學微課制作一等獎、探究熱機效率界限的奧秘獲大學微課制作三等獎。

（二） 教學模式改革

1 組織開課動員，激發(fā)學員熱情

為調(diào)動學員主動學習的積極性，改變被動式、灌輸式的學習習慣，分別制作了開課動員PPT、個人介紹快閃視頻，利用晚自習時間，組織了一場別開生面的開課動員，充分激發(fā)了學員的參與熱情與學習激情。

2 創(chuàng)新課堂活動，增強學員參與

線下教學過程中，依托Uclass教學終端，組織線下課堂活動總計118個，包括課堂問答103個、課堂討論15個，學生總參與人次3 009次。以2022年秋季學期為例，參加次數(shù)最多的103個，最少84個；完成最多的學員為53個，最少的為50個；課堂問答正確率最高96.9%（圖3）。

3 組織主題匯報，培養(yǎng)海洋意識

為豐富教學內(nèi)容，提高學員學習與創(chuàng)新熱情，課中和考前，分別以“能源動力新技術(shù)”和“傳熱強化新技術(shù)”為主題，組織主題匯報課。以小組為單位，自主選題、自主學習、收集素材，制作課件，上臺講課。一是分享知識與觀點，二是體驗與同學隊友合作、完全投入做一件事情，完成一件作品的成就感。從研討課效果看，匯報主題包括了海洋溫差能發(fā)電技術(shù)、海洋潮汐能發(fā)電技術(shù)、渦輪噴氣發(fā)動機和浸沒式冷卻技術(shù)等工程熱物理學科的前沿技術(shù)與最新發(fā)展動態(tài)，既提高了學員學習、合作、表達等能力，又樹立了保護海疆、經(jīng)略海洋的決心與遠見卓識。

（三） 實踐教學改革

1 電子實驗報告，強化數(shù)據(jù)思維

傳統(tǒng)實驗報告采用紙質(zhì)方式提交，為保證內(nèi)容的完整性，需要從實驗指導書抄寫大量知識性內(nèi)容，浪費較多時間。紙質(zhì)版的提交方式也不利于學員利用電腦工具進行數(shù)據(jù)計算、繪圖等工作。改革后，依托Uclass智慧教學平臺，課前線上發(fā)布電子版實驗指導書，學員可以把主要精力放在實驗原理的理解、實驗操作和數(shù)據(jù)處理與分析。課堂先進行理論講解，之后通過教員示范、學員分組操作，線上提交電子版實驗報告（圖4），加強操作技能和原理的掌握。

2 虛擬仿真案例，自主探究學習

為了達成高階教學目標，解決熱工課程教學中的重難點問題，引入學科前沿熱點，建設(shè)了虛擬仿真案例庫，主要包括壓氣機熱力過程仿真與計算、制冷循環(huán)計算與分析、平壁試件導熱特性分析、管內(nèi)對流換熱計算與分析、半導體制冷優(yōu)化設(shè)計和多孔介質(zhì)復(fù)合熱沉設(shè)計等案例，為學員自主探究學習和探索實踐提供了虛擬仿真平臺。

（四） 教學激勵與跟蹤

1 發(fā)布專題公告，加強師生交流

為加強師生聯(lián)系，建立了師生微信群，并邀請了學校教學督導進群跟蹤指導。教學實施過程中，在群內(nèi)發(fā)布十余個專題公告，包括任務(wù)提醒、疑難解答、注意事項和教學點評等，實時掌握學員情況，鼓勵學員創(chuàng)新實踐。同時，與學員管理單位保持密切聯(lián)系，形成室隊共建共育的良好局面。

2 自制獎勵證書，培養(yǎng)學習達人

為鼓勵學員把功夫用在平時，積極參與教學活動，形成你追我趕的學習氛圍，設(shè)立了“線上學習達人”“課堂得分王”“完美作業(yè)典范”“高分學霸”“演講達人”“王者戰(zhàn)隊”6個獎項，在結(jié)課后考試前為學員頒發(fā)獎勵證書，提高了學習積極性，增強了學員榮譽感（圖5—圖6）。

五 教學改革效果

（一） 提升了學員課堂參與廣度與深度

依托智慧教學平臺，通過課堂問答、小組討論等豐富的教學活動，實現(xiàn)了互動的全員覆蓋、實時反饋和現(xiàn)場點評，學員課堂參與度大幅提高。由于課堂活動隨時發(fā)起，課程得分稍縱即逝，課后無法彌補，全體學員課上注意力高度集中，積極參與，在無需特別管控的情況下，基本杜絕了課堂睡覺現(xiàn)象，課堂面貌煥然一新。

（二） 提高了學員實踐與信息化能力

通過電子實驗報告和線上提交的方式，所有數(shù)據(jù)都采用計算機處理，改變了學員數(shù)據(jù)分析與處理能力薄弱的現(xiàn)象，提高了學員的信息化水平，強化了學員的數(shù)據(jù)思維。

（三） 規(guī)范了過程性考核的科學公正

以學員能力生成為導向的創(chuàng)新性教學活動為主要內(nèi)容，通過混合式教學的過程性考核全流程設(shè)計，形成了融合信息技術(shù)的過程性考核統(tǒng)一范式。通過平臺自動計算成績，保證了平時成績的客觀公正。學員可以用手機隨時查看自己的實時各項成績與排名，極大地促進了學員把功夫用在日常，避免了考前突擊的現(xiàn)象。

六 教學評價與反饋

（一） 大學教學評價

大學督導對課程組開展的教學改革給予肯定和高度評價：“系統(tǒng)開展翻轉(zhuǎn)課堂教學模式改革，把學員置于教學的中心地位，呈現(xiàn)出學員主動的良好局面，課內(nèi)研討，課外學習，線上自學攻克知識點，線下討論達成高階目標，是對基礎(chǔ)課的全方位教學改革嘗試，值得鼓勵和推廣。”

（二） 部隊專家評價

驅(qū)逐艦?zāi)持ш犇撑灆C電長對課程的評價：“授課教員孟凡凱是本人大學同學，為了與艦艇裝備結(jié)合更加緊密，他一直與我保持密切溝通，并多次到本人單位實習調(diào)研。他的課程教學融入了本人在亞丁灣索馬里護航、中外聯(lián)合軍演等重大實戰(zhàn)化演訓任務(wù)中緊急排故的案例，課堂對接戰(zhàn)場，引導學員堅定理想信念、鑄牢軍魂意識、矢志強軍打贏。”

（三） 學員學習體會

每學期結(jié)束和學員畢業(yè)前，針對課程教學情況開展問卷調(diào)查，學員普遍反映，通過本課程的學習，知識的綜合應(yīng)用能力得到了很大提升，對專業(yè)課學習有很強的支撐作用。221專業(yè)學員謝羅濤（已保送研究生）總結(jié)道：“我開始充分利用電腦手機，邊學邊完成各種課程任務(wù)，雖然過程磕磕絆絆，但總算體會到了一些利用信息技術(shù)學習的快感，更重要的是通過這種倒逼，我寫了第一篇完整的論文、第一次對一門課程做了一個完整的文件夾、第一次使用了Mathtype、第一次通過編程完成了作業(yè)……”。221專業(yè)學員黃茂鈴感悟到：“大學重要的是讓人作為有獨立思考的人，是讓不成熟的心靈變得成熟，是讓人開闊眼界，讓淺薄的人變得厚重，讓浮躁的心變得沉穩(wěn)。大學的價值也在于明白世界上有很多優(yōu)秀的人，讓剛剛成熟的年輕人有開始靠近的動力。”222專業(yè)學員龍昱光（優(yōu)秀畢業(yè)生）感慨道：“以前上課偶爾會打瞌睡，但在熱工基礎(chǔ)課堂，秒殺、討論、上墻、登臺，活動滿滿，完全沒有睡意。最特別的是可以在手機隨時查看自己的平時成績，這就給了我一種緊迫感，促使我一刻也不能放松。最終，我在期末考試之前就鎖定了平時成績第一，還獲得了‘課堂得分王’的榮譽證書，這是最令我開心的事情。”

七 結(jié)論

信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用能夠顯著提高教育效率，降低教育投入的時間和人力成本。智慧教學平臺在資源發(fā)布、計劃制定、方法設(shè)計、效果評價和學習記錄等方面具有普通教學所無法比擬的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)教學數(shù)據(jù)的全過程記錄與數(shù)據(jù)分析，促進教與學的持續(xù)精進。混合式教學模式汲取面對面學習和在線學習的優(yōu)勢，有利于促進教與學的持續(xù)精進，課程組在融合式高效課堂的改革與實踐對開展混合式教學改革有一定借鑒作用。

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基金項目：教育部高等學校能源動力類教學研究與實踐項目“基于Uclass智慧教學平臺的混合式教學與融合式課堂改革與實踐”（NSJZW2021

Y-31）；海軍工程大學教學發(fā)展基金項目“基于問題導向的融合式高效課堂改革與實踐”（2021-JXFZJJ-A13）；海軍工程大學教育科研項目“基于OBE理念的《熱工基礎(chǔ)》混合式教學改革研究”（NUE2023ER66）

第一作者簡介：孟凡凱（1982-），男，漢族，山東濟寧人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為熱電直接轉(zhuǎn)換、電子設(shè)備熱分析、船舶節(jié)能技術(shù)等。