曲 燕

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 化學(xué)工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

世界大學(xué)實(shí)驗(yàn)室

加拿大卡爾頓大學(xué)混合式課程教學(xué)的互動(dòng)性和導(dǎo)向性
——以機(jī)械航空系的熱工課程為例

曲 燕

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 化學(xué)工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

互聯(lián)網(wǎng)催生了慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等基于信息化資源的教育新形態(tài)，北美高校在混合式教學(xué)和探究式學(xué)習(xí)領(lǐng)域領(lǐng)先全球。該文以加拿大排名前五的綜合性大學(xué)——卡爾頓大學(xué)機(jī)械航空系熱工課程的教學(xué)為例，闡述了如何做到課堂互動(dòng)形式的有效、互動(dòng)內(nèi)容的多樣、互動(dòng)的有序和自主，從倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、發(fā)展信息化學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、助教制度3個(gè)方面介紹了問(wèn)題導(dǎo)向式的課程教學(xué)，為國(guó)內(nèi)高?；旌鲜秸n程教學(xué)改革提供借鑒。

混合式課程教學(xué)； 互動(dòng)性； 導(dǎo)向性； 熱工課程

以提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣為目的而實(shí)施的各種課程改革在國(guó)內(nèi)盛行，提出了混合式教學(xué)的理念，其本質(zhì)是打破課堂教學(xué)的單一模式，利用豐富的信息化資源，讓學(xué)生逐漸成為學(xué)習(xí)的主角，主要的改革形式有：慕課[1-4](MOOC)、微課[5](micro-course online Video)、翻轉(zhuǎn)課堂[6](Flipped classroom)、精品課、視頻公開(kāi)課[7-8]。筆者通過(guò)旁聽(tīng)卡爾頓大學(xué)機(jī)械航空系的3門課程，即本科二年級(jí)的ThermodynamicsandHeatTransfer、四年級(jí)的HeatTransferforAerospaceApplication和研究生的ComputationalFluidDynamics，探討了國(guó)內(nèi)外互動(dòng)式課堂在形式、內(nèi)容、秩序、發(fā)起者方面的差異性，以及卡爾頓大學(xué)通過(guò)先進(jìn)的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和助教制，發(fā)揮數(shù)字化教學(xué)優(yōu)勢(shì)的具體做法，以期對(duì)我國(guó)高?；旌鲜秸n程教學(xué)提供借鑒。

1 課程教學(xué)的互動(dòng)性

(1) 互動(dòng)的有效形式。課堂互動(dòng)的主要形式是師生間的問(wèn)答，課堂互動(dòng)的頻率會(huì)因課程的性質(zhì)、課堂的人數(shù)、學(xué)生的年級(jí)而不同。先入為主的觀念認(rèn)為，低年級(jí)、教學(xué)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單、課堂人數(shù)多的大課，互動(dòng)次數(shù)會(huì)少，其實(shí)恰恰相反。比如，Thermodynamicsandheattransfer是機(jī)械航空系大二必修課，課堂人數(shù)超過(guò)120，每次課1.5小時(shí)，中間不休息。教學(xué)中，學(xué)生只要有不明白的地方，都會(huì)提問(wèn)，平均一次課的問(wèn)答至少10次。而四年級(jí)選修課HeatTransferforAerospaceApplication， 20人左右，1.5小時(shí)的課堂，平均互動(dòng)次數(shù)不超過(guò)4次。而20～30人左右的研究生課ComputationalFluidDynamics，互動(dòng)的次數(shù)更少。其原因在于，低年級(jí)學(xué)生初次接觸專業(yè)基礎(chǔ)課，有些內(nèi)容比如熱力學(xué)第二定律、熵、有效能、實(shí)際朗肯循環(huán)(過(guò)熱、再熱、回?zé)?的熱力計(jì)算等比較抽象，一開(kāi)始接觸較難透徹理解。

(2) 互動(dòng)內(nèi)容的多樣性。師生間課堂互動(dòng)的問(wèn)題可謂五花八門，比如，對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)不明白要求教師再重申一下，同教師探討某個(gè)知識(shí)點(diǎn)是否有其他的理解方式，不知道黑板板書(shū)中某個(gè)符號(hào)的含義，筆記沒(méi)有跟上要求教師將黑板拉下等。學(xué)生不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)簡(jiǎn)單或瑣碎的問(wèn)題而起哄提問(wèn)者，教師對(duì)每個(gè)問(wèn)題的回答真誠(chéng)而耐心，良好的課堂氛圍自然形成并無(wú)形中鼓勵(lì)了課堂的互動(dòng)。

(3) 互動(dòng)的有序性。如何保證課堂互動(dòng)的秩序，是互動(dòng)式教學(xué)非常關(guān)注的問(wèn)題。加拿大的課堂，互動(dòng)頻繁有序，效果很好。學(xué)生提問(wèn)不用起立，但是必須舉手示意，教師點(diǎn)到你，才能提問(wèn)。為了保證某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的連貫性，比如推導(dǎo)熱力學(xué)關(guān)系式時(shí)，教師會(huì)持續(xù)將這一部分講完，然后回答問(wèn)題。教師不會(huì)為了鼓勵(lì)互動(dòng)而犧牲教學(xué)內(nèi)容的連貫完整性，對(duì)知識(shí)信息的傳授必須是嚴(yán)肅的，盡管傳授的形式可以是輕松的。這就是卡爾頓大學(xué)的課堂給我的最大感受：嚴(yán)肅、活潑。教師從來(lái)不點(diǎn)名，每次課都是滿滿的，去晚了就只能坐到后排。國(guó)外的教學(xué)硬件設(shè)施并不比國(guó)內(nèi)先進(jìn)很多。我所旁聽(tīng)的這門大二的課，是在卡爾頓大學(xué)早期建立的那種比較小的階梯教室上的。教室的座位排列很密，沒(méi)有桌子，每個(gè)椅子扶手處有能翻轉(zhuǎn)折疊的寫字板，可以放下A4大小的筆記本，坐在后排的學(xué)生也秩序井然。

(4) 互動(dòng)的自主性。國(guó)內(nèi)高校課堂上，學(xué)生很少發(fā)問(wèn)，教師多是問(wèn)題的提出者，當(dāng)沒(méi)人回答時(shí)，點(diǎn)名回答是常態(tài)。加拿大高校的課堂上，學(xué)生具有很強(qiáng)的互動(dòng)自主性，提問(wèn)者多是學(xué)生，教師反倒提問(wèn)少，更不會(huì)點(diǎn)名回答。這其實(shí)也體現(xiàn)了中加教育文化的差異，加國(guó)文化認(rèn)為點(diǎn)名回答顯示了教師的特權(quán)，有違平等原則，教師應(yīng)該尊重學(xué)生不回答的權(quán)利。

2 課程教學(xué)的導(dǎo)向性

學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程由2個(gè)階段組成：第一階段是信息的傳遞，一般在課堂上通過(guò)教師的講解完成。第二階段是內(nèi)化吸收，必須通過(guò)學(xué)生在課下作業(yè)或課題的解答中完成。我國(guó)高校本科生習(xí)慣于接受性學(xué)習(xí)[9]，過(guò)分依賴課堂學(xué)習(xí)，缺乏課下將課堂內(nèi)容吸收內(nèi)化的能力，其可能原因是：(1)習(xí)題設(shè)置與實(shí)際問(wèn)題結(jié)合不緊密，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性；(2)考核方式主要依靠結(jié)果導(dǎo)向式的考試，忽視了過(guò)程導(dǎo)向式的作業(yè)、課題研究對(duì)學(xué)生吸收內(nèi)化課堂知識(shí)的重要性；(3)學(xué)生缺乏運(yùn)用所學(xué)理論、方法、知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題的主動(dòng)性和自發(fā)性。

造成的不良學(xué)習(xí)效果體現(xiàn)在：(1)學(xué)后不久就忘，比如，上學(xué)期剛學(xué)過(guò)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，下學(xué)期在某個(gè)專業(yè)課上提到時(shí)，多數(shù)學(xué)生都不記得了;(2)不善于通過(guò)分析將具體問(wèn)題簡(jiǎn)化及數(shù)學(xué)化,比如，從爐中取出的小鋼球在空氣中冷卻的問(wèn)題，是一個(gè)暫態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，如果將溫度場(chǎng)看成是時(shí)間與空間的函數(shù)，即使只考慮空間坐標(biāo)x方向的影響(即1D暫態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題)，導(dǎo)熱微分方程的求解也要采用分離變量法，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜,但如果能發(fā)現(xiàn)鋼球很小，其導(dǎo)熱系數(shù)很高，內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻比起邊界上的對(duì)流換熱熱阻可以忽略，就能將問(wèn)題簡(jiǎn)化為溫度場(chǎng)只與時(shí)間而與空間無(wú)關(guān)的集總參數(shù)問(wèn)題，使求解大大簡(jiǎn)化。

加拿大高校的課程教學(xué)具有顯著的導(dǎo)向性：以探究性學(xué)習(xí)為主，著力培養(yǎng)獨(dú)立思考、分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)以學(xué)生的內(nèi)化吸收為主，教師的信息講授為輔。以下的幾點(diǎn)做法值得借鑒。

2.1 重視問(wèn)題導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)

以機(jī)械航空系大四限選課HeatTransferforAerospaceApplication為例，在約26課時(shí)(13次課，每次1.5h)的教學(xué)中，覆蓋的教學(xué)內(nèi)容與筆者當(dāng)年大學(xué)時(shí)專業(yè)基礎(chǔ)課“傳熱學(xué)”48課時(shí)涉及的內(nèi)容相當(dāng)。大量的內(nèi)容，要求學(xué)生課下讀教材、參考書(shū)自學(xué)，并完成相應(yīng)的作業(yè)。自學(xué)中遇到的問(wèn)題，隨時(shí)在后面的課堂學(xué)習(xí)中提出，教師會(huì)給出求解的思路。作業(yè)題中的2/3都不是幾步簡(jiǎn)單的推導(dǎo)能解決的，是比較大的綜合題。

筆者試做了導(dǎo)熱部分的9個(gè)習(xí)題，涉及的知識(shí)點(diǎn)包括：(1)1D柱坐標(biāo)下導(dǎo)熱微分方程的推導(dǎo)；(2)1D 有內(nèi)熱源大平壁的導(dǎo)熱；(3)通過(guò)等截面直肋的導(dǎo)熱；(4)集總參數(shù)法求解1D非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；(5)1D球坐標(biāo)下非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的近似解(one term approximation)；(6)用有限差分法求解1D穩(wěn)態(tài)、2D非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題。

幾乎每一個(gè)題都涉及教材1～2章的內(nèi)容，要想正確求解，必須首先讀懂教材中分析問(wèn)題的思路、詳細(xì)的推導(dǎo)過(guò)程，估計(jì)完成一個(gè)題目至少要半天時(shí)間。有些內(nèi)容，如數(shù)值法求解導(dǎo)熱問(wèn)題，課堂上幾乎沒(méi)涉及，幾乎全靠自學(xué)并完成2個(gè)習(xí)題。這門選修課，平時(shí)隨堂有7組20個(gè)習(xí)題，期中(midterm)習(xí)題3個(gè)，一共23個(gè)習(xí)題。這僅是選修課的課下自學(xué)量，必修課因?yàn)檎n時(shí)更多，學(xué)生課下的學(xué)習(xí)量更大。所以，卡爾頓大學(xué)深夜的圖書(shū)館仍然有很多自習(xí)的學(xué)生，圖書(shū)館除了法定假日，每天24:00才關(guān)門，餐廳22:00關(guān)門，為學(xué)生晚自習(xí)提供條件。

2.2健全的助教制促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的內(nèi)化吸收

加拿大高校的很多課程都有助教(TA)協(xié)助主講教師共同完成教學(xué)任務(wù)，為學(xué)生課下的學(xué)習(xí)提供輔導(dǎo)。助教的類型一般分為以下幾種：改作業(yè)或者試卷(grader), 答疑 (help session), 習(xí)題課(recitation), 實(shí)驗(yàn)課(labs)，承擔(dān)一定教課任務(wù)(instructor)。其中g(shù)rader對(duì)語(yǔ)言要求最低，instructor的難度和工作量最大。由于是帶薪的，所以TA職位比較搶手。像“微積分”這種幾乎所有院系的必選課，TA的機(jī)會(huì)較多；工科的課一般要有充足的funding才配備TA，且主要面向本系或相關(guān)院系，機(jī)會(huì)相對(duì)較少。

加拿大高校的TA制度非常健全，涉及申請(qǐng)、培訓(xùn)、考核、獎(jiǎng)勵(lì)、監(jiān)督各環(huán)節(jié)。申請(qǐng)TA有嚴(yán)格的要求，最基本的要求是新生在第一年必須通過(guò)英語(yǔ)考試，只有優(yōu)秀的學(xué)生才能當(dāng)選，嚴(yán)格保證教學(xué)質(zhì)量。第一次做TA要進(jìn)行專門的培訓(xùn)，比如教學(xué)法；每年還要接受網(wǎng)上培訓(xùn)及測(cè)評(píng)；年底還有優(yōu)秀TA表彰。學(xué)校會(huì)規(guī)定授課教師經(jīng)常觀摩TA主持的教學(xué)活動(dòng)，以進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督[10]。

2.3 課程管理的高度信息化助力混合式教學(xué)

卡爾頓大學(xué)有非常先進(jìn)的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(cu Learn)，教師(instructor)、助教(TA)、學(xué)生(student)分別通過(guò)不同的入口進(jìn)入cu Learn，利用信息化資源，完成課下的“online教-輔-學(xué)”過(guò)程，使課堂教學(xué)、課下自學(xué)和研討有機(jī)結(jié)合，踐行了連通主義(Connectivism)學(xué)習(xí)理論[11-12]。

教師可以通過(guò)該系統(tǒng)，完成4個(gè)方面的教學(xué)任務(wù)：

(1) 上傳課程資源。如課件、習(xí)題、參考書(shū)、視頻、URL等。

(2) 開(kāi)展課業(yè)交流(communication)。比如，通過(guò)公告欄(News Forum)發(fā)布課程重要信息；通過(guò)郵件(email)或討論組(Forum)與TA、學(xué)生之間進(jìn)行非同步的文字交流；通過(guò)聊天室(chat)與TA、學(xué)生間進(jìn)行同步文字交流，非常適用于同課題的多人討論(group study)、教師/TA校外辦公(online office off campus)、在線答疑(question & answer session)、期末輔導(dǎo)(tutorial sessions for exams)；通過(guò)big blue button發(fā)起同步網(wǎng)絡(luò)會(huì)議；通過(guò)schedule進(jìn)行與學(xué)生1對(duì)1的預(yù)約輔導(dǎo)等。

(3) 對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。比如平時(shí)出勤、課程活動(dòng)、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、是否作弊等。

(4) 通過(guò)E-grade系統(tǒng)上傳學(xué)生的成績(jī)。

另外，TA通過(guò)該系統(tǒng)，主要完成上述教師系統(tǒng)的(2)、(3)兩方面的輔助教學(xué)任務(wù)。學(xué)生通過(guò)該系統(tǒng)，主要完成課程資料的下載、與教師/TA的課程交流、提交作業(yè)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告、查看課程公告及成績(jī)等。

3 結(jié)語(yǔ)

課程教學(xué)的手段萬(wàn)變不離其宗，其宗旨就是提高學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的內(nèi)化吸收能力。只學(xué)不練，永遠(yuǎn)無(wú)法形成本領(lǐng)；只練無(wú)人指導(dǎo)，容易流于盲目。加拿大高校輕松有序的課堂互動(dòng)，使知識(shí)的傳授更加人性化；發(fā)達(dá)的信息化學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，使課程的教、學(xué)、評(píng)、測(cè)、練的多個(gè)環(huán)節(jié)借助數(shù)字化教學(xué)方式完美呈現(xiàn)，獲得了更佳的教學(xué)效果。在混合式教學(xué)的發(fā)展中，不會(huì)被各種教學(xué)形式牽引而忽視了其教育理念的實(shí)質(zhì)。

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Interactivity and guidance of blended course teaching in Carleton University of Canada:Case study of thermal engineering courses in Department of Mechanical and Aerospace Engineering

Qu Yan

(College of Chemical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

The Internet has spawned a new form of education based on informationization resources such as MOOC, the micro-class, the flipped classroom, etc. North American universities are leading the world in the blended teaching and the inquiry learning. This paper takes as an example the teaching of thermal engineering courses of Department of Mechanical and Aerospace Engineering in Carleton University, which is one of the Canada’s top five comprehensive universities, and elaborates how to make the classroom interactive form effective, the interactive content diverse and the interaction orderly and autonomous. From the following three aspects: promoting students’ independent learning, developing the informationization management system and setting up the teaching assistant system, the problem-based teaching is introduced, which provides references for China’s universities to carry out the reform on blended course teaching.

blended course teaching; interactivity; guidance; thermal engineering courses

G642.0

A

1002-4956(2017)10-0273-03

10.16791/j.cnki.sjg.2017.10.069

2016-12-18

中國(guó)石油大學(xué)(華東)教學(xué)改革項(xiàng)目(JY-B201409)

曲燕(1980—)，女，山東濟(jì)南，博士，副教授，主要從事強(qiáng)化傳熱與節(jié)能技術(shù).

E-mail：yanqu@upc.edu.cn