于江飛 馬立坤 朱家健 楊濤 黃敏超 胡小平

摘? 要：以《燃燒理論》課程為例，首先通過調(diào)查分析證實了作為雙一流軍校的國防科技大學(xué)研究生課程與課學(xué)生層次不一背景復(fù)雜的實際情況，并詳細(xì)統(tǒng)計分析了生源類型、知識儲備和課程學(xué)習(xí)目的。以此為基礎(chǔ)，進行了翻轉(zhuǎn)課堂模式的差異化教學(xué)探索實踐。最終通過教師跟聽、學(xué)生評價反饋、成績評定等驗證了翻轉(zhuǎn)課堂可因材施教、激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)興趣，促進個性化培養(yǎng)和差異化教學(xué)，對提高課堂教學(xué)效果具有重要意義。

關(guān)鍵詞：燃燒理論;研究生課程;差異化教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂;調(diào)查問卷

Abstract： Taking the course of Combustion Theory as an example， this paper firstly confirms the actual situation of different levels and complicated backgrounds of students in the postgraduate course of National Defense University of Science and Technology， which is a double first-rate military university， through questionnaire analysis， and makes a detailed statistical analysis of the types of students' sources， knowledge reserve and the purpose of course learning. On the basis of this， the author carries out the exploration and practice of the differentiated teaching in the flipped classroom model to the students of the course. Finally， through teacher listening， student evaluation feedback and academic record evaluation， it is verified that the flipped classroom can teach students in accordance with their aptitude， stimulate students' active learning interest， promote personalized training and differentiated teaching， which is of a great significance to improve classroom teaching effect.

一、概述

燃燒是能量釋放和利用的經(jīng)典方式之一，一直以來也是人類獲取能源的主要方式。從鉆木取火開始，原始人擁有利用火的能力是人類文明進步的顯著標(biāo)志之一。黑火藥是中國古代四大發(fā)明之一。煤炭、石油、天然氣等化石燃料的燃燒釋熱為人們提供了絕大部分的電力和動力裝置如飛機、汽車、輪船等的動力，助力了一次又一次的工業(yè)革命，極大地方便了當(dāng)今社會人們出行和生產(chǎn)生活。所以培養(yǎng)具備燃燒學(xué)知識、燃燒相關(guān)問題分析解決能力和燃燒器設(shè)計本領(lǐng)的科技人才相當(dāng)重要。同時，當(dāng)代國際形勢復(fù)雜多變，人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，社會生產(chǎn)和人們的生活方式變化劇烈，新形勢引出了許多新的問題，同時也帶來了很多新的機遇。面對打贏信息化戰(zhàn)爭等的新型作戰(zhàn)需求，作為軍隊唯一的雙一流高等教育院校，國防科技大學(xué)在人才培養(yǎng)和科學(xué)研究方面面臨諸多挑戰(zhàn)和機遇。

“我國是中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)的社會主義國家，這就決定了我們的教育必須把培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人作為根本任務(wù)，培養(yǎng)一代又一代擁護中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)和我國社會主義制度、立志為中國特色社會主義奮斗終身的有用人才[1]。”這是教育事業(yè)發(fā)展的首要問題，也是教育工作開展的根本任務(wù)，這關(guān)系到我國教育現(xiàn)代化的方向和目標(biāo)。2017年9月，習(xí)近平給南開大學(xué)新入伍大學(xué)生回信，深情勉勵他們“珍惜身穿戎裝的機會，把熱血揮灑在實現(xiàn)強軍夢的偉大實踐之中，在軍隊這個大舞臺上施展才華，在軍營這個大熔爐里淬煉成鋼，書寫絢爛、無悔的青春篇章[2]”。隨著軍人社會地位的提高和社會大環(huán)境對軍人的尊崇，投筆從戎、矢志從軍、報考國防科技大學(xué)的有志青年將會越來越多，新形勢下對本科和研究生系列課程進行建設(shè)和改革、培養(yǎng)新型指揮、技術(shù)和后勤保障軍官、新型國防科技人才刻不容緩。本文以作者承擔(dān)的研究生課程《燃燒理論》為例，進行改革的一些初步的思考和探索實踐。

國外的燃燒類課程設(shè)計和相關(guān)人才培養(yǎng)均是與其特有國情相關(guān)、為國家責(zé)任和政治團體利益服務(wù)的，一般以國家和該國工業(yè)界設(shè)立的燃燒相關(guān)項目和相關(guān)就業(yè)崗位為導(dǎo)向，建立燃燒類課程及培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)知識和能力。如北歐國家瑞典森林覆蓋面積大，燃燒領(lǐng)域的生物質(zhì)燃燒方向比較熱;同時其擁有多家汽車品牌如沃爾沃、薩博、斯堪尼亞等，該國的內(nèi)燃機燃燒方向也備受關(guān)注。國內(nèi)高校以國家責(zé)任和學(xué)生就業(yè)為導(dǎo)向，突出各校特色。如北大清華注重燃燒基本理論講授，培養(yǎng)研究性學(xué)術(shù)人才;北京航空航天大學(xué)的燃燒課程偏重航空發(fā)動機內(nèi)燃燒現(xiàn)象的解釋和分析;天津大學(xué)的燃燒課程注重內(nèi)燃機方向的燃燒知識講解等。

國防科技大學(xué)作為全軍唯一的985和雙一流大學(xué)，秉承“厚德博學(xué)、強軍興國”的校訓(xùn)，遵循習(xí)主席的訓(xùn)詞，以傳統(tǒng)的液體火箭發(fā)動機、固體火箭發(fā)動機技術(shù)以及新興的超燃沖壓發(fā)動機、旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機技術(shù)為基礎(chǔ)，進行《燃燒理論》的授課，講授燃燒科學(xué)的基礎(chǔ)理論和方法，掌握氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料的燃燒特點和規(guī)律，系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握各種燃燒問題的理論分析方法，加深對各類發(fā)動機燃燒過程的認(rèn)識和理解，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)《發(fā)動機過程數(shù)值模擬》、《高等燃燒學(xué)》等課程打下基礎(chǔ)，對學(xué)生今后從事飛行器總體設(shè)計、動力工程、熱能工程等的軍民用科研工作起到良好的促進作用。本門課程聽課學(xué)生包括軍人學(xué)生、非軍人學(xué)生、非軍人其它單位委培生等。生源比較復(fù)雜，來自基層部隊、部隊科研院所、本校和其它軍校、地方院校等;就業(yè)面也比較廣泛，包括部隊和地方科研院所、部隊各基地、地方企事業(yè)單位、外企以及在國內(nèi)外高校繼續(xù)攻讀博士或進行博士后研究工作等，見圖1。這是顯著不同于國內(nèi)其它高校燃燒學(xué)類課程之處。由于本校研究生生源成分復(fù)雜、學(xué)生基礎(chǔ)不一、培養(yǎng)目標(biāo)多樣，因此本門課程須因材施教，進行差異化教學(xué)，防止大鍋飯式教學(xué)導(dǎo)致的某些學(xué)生學(xué)不懂、用不上等情況的出現(xiàn)。而翻轉(zhuǎn)課堂是當(dāng)前教育界流行且效果較為顯著的一種教學(xué)模式，本文對其進行嘗試，并試圖達到《燃燒理論》課程差異化教學(xué)和人才培養(yǎng)的目的。

二、燃燒理論課程課前調(diào)查問卷的設(shè)計和開展

從孔子提出“因材施教”的教學(xué)理念后，如何讓每個學(xué)生獲得最適合的教育，一直是教育工作者追尋的目標(biāo)。在提倡“以人為本”的主體教育思想的今天，差異化教學(xué)正以契合社會與個體發(fā)展需要而成為世界教育發(fā)展的主要趨勢[3]。差異化教學(xué)的課程管理模式與傳統(tǒng)的課程管理模式之間有很大的區(qū)別，其核心思想是“以學(xué)生為本”，主張將學(xué)習(xí)主動權(quán)完全交給學(xué)生，學(xué)生自己可以掌控自身的學(xué)習(xí)軌跡[4]。劉瑾[5]通過教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)形式和教學(xué)評價三方面對差異化教學(xué)的具體實施方案進行了研究和分析。

傳統(tǒng)的差異化教學(xué)是一般強調(diào)結(jié)合各個學(xué)生的興趣、特長以及個性差異而進行各有側(cè)重的知識講授和人才培養(yǎng)，對每個目標(biāo)學(xué)生有的放矢、因材施教。而這些學(xué)生的來源和前期基礎(chǔ)知識一般是相同和一致的，比如高中生均從初中畢業(yè)生錄取而來，高校本科生均從高中畢業(yè)生錄取而來，某專業(yè)本科生上某專業(yè)課程時根據(jù)培養(yǎng)方案其前期課程設(shè)置均相同;同時，學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)也一致，如軟件工程專業(yè)本科生畢業(yè)后均從事軟件設(shè)計、開發(fā)、維護相關(guān)技術(shù)工作或繼續(xù)在本專業(yè)深造。

而作為當(dāng)前軍隊改革時期的雙一流軍校，在面對地方非軍人研究生的擴招和原有軍人學(xué)生的繼續(xù)培養(yǎng)，學(xué)生來源多樣化，各門研究生課程包括《燃燒理論》的課程方案、大綱和內(nèi)容的設(shè)定凸顯困難和復(fù)雜，如何使每一位與課研究生都學(xué)到知識、合格順利結(jié)課是個擺在教師面前的難題。

課堂調(diào)查問卷是了解與課學(xué)生情況、接受學(xué)生反饋信息的一種常用有效的手段，它被廣泛用于教學(xué)的各個方面，探究課堂教學(xué)中存在的問題和不足并采取相應(yīng)對策[6]。本文為得到某學(xué)期《燃燒理論》研究生課程與課學(xué)生的具體情況，特設(shè)計了一套實名調(diào)查問卷，以期了解每位學(xué)生的學(xué)科專業(yè)背景、燃燒相關(guān)知識基礎(chǔ)、各自研究方向和興趣點以及學(xué)生來源和就業(yè)規(guī)劃，這樣更好地組織差異化的課程教學(xué)實施和嘗試實踐翻轉(zhuǎn)課堂。通過調(diào)查問卷的反饋內(nèi)容，我們獲得了相應(yīng)信息并分析如下。

1. 學(xué)生來源分析。本學(xué)期與課學(xué)生共28人，均參與調(diào)查。其中往屆生共8人，2014年畢業(yè)生4人，2015年3人，2017年1人，其余為應(yīng)屆生;博士研究生4人，其余為碩士研究生。各種類別生源數(shù)量及比例見表1，其中為其它兄弟單位代培養(yǎng)的研究生為10人，占據(jù)最大比例約36%，軍人學(xué)生共有11人，非軍人自培養(yǎng)地方生為7人。學(xué)生的本科畢業(yè)院校分布廣泛，來自全國各地14所高校，其中南航最多，為6人，國防科大本校生和南京理工學(xué)生均為4人，詳細(xì)信息見圖2。學(xué)生專業(yè)主要為飛行器設(shè)計和動力工程。

2. 與課學(xué)生知識儲備分析。學(xué)生學(xué)過哪些燃燒相關(guān)基礎(chǔ)課程呢？圖3顯示了學(xué)生在本課程前學(xué)過的相關(guān)基礎(chǔ)課程，其中大多數(shù)人學(xué)過流體力學(xué)、熱力學(xué)，具備一定基礎(chǔ)知識，值得注意的是個別學(xué)生沒有一點相關(guān)基礎(chǔ)知識的儲備，完全是外門漢。另外，從問卷中設(shè)定的幾個具體的流體力學(xué)、燃燒學(xué)的問題回答可以看出，學(xué)生普遍具備了流體力學(xué)知識，但多數(shù)人由于沒有學(xué)過燃燒學(xué)，對燃燒學(xué)的特定名詞還不了解。大多數(shù)人以前接觸的燃燒現(xiàn)象主要是生活中的蠟燭、酒精燈、打火機和木材燃燒等，對動力裝置中的燃燒了解的很少。

3. 與課學(xué)生的選課動機與研究生課題研究方向調(diào)查分析。通過問卷回答，了解到學(xué)生的課程關(guān)注點和興趣在掌握基本的燃燒理論知識，了解火箭發(fā)動機、燃?xì)廨啓C等發(fā)動機的燃燒過程，獲得分析相關(guān)發(fā)動機燃燒問題的方法和能力。研究生課題研究方向主要為：固體火箭發(fā)動機、液體火箭發(fā)動機、超燃沖壓發(fā)動機及其組合動力推進技術(shù)等。

這樣，由本次詳細(xì)的課前問卷調(diào)查及信息收集與分析可以發(fā)現(xiàn)，該課程參與學(xué)生的生源復(fù)雜性和學(xué)習(xí)目標(biāo)多樣性凸顯，掌握各個學(xué)生的具體情況并進行因材施教的差異化教學(xué)模式勢在必行。

三、翻轉(zhuǎn)課堂模式在燃燒理論課程中的應(yīng)用

與本課程的研究生生源類似，近年來高職生源也呈現(xiàn)出多樣化特點，既有普通高中畢業(yè)生，也有中職畢業(yè)生，而且同一類型生源內(nèi)部，入學(xué)時的基礎(chǔ)和素質(zhì)也相差很大?；诖耍囆Ю7]把翻轉(zhuǎn)課堂模式應(yīng)用到了高職在校學(xué)生的差異化教學(xué)中。

翻轉(zhuǎn)課堂起源于美國，2007年美國科羅拉多州落基山林地公園高中教師為了給學(xué)生補課，逐漸形成了“課前觀看視頻學(xué)習(xí)、課上進行互動和知識內(nèi)化”的授課形式，這是翻轉(zhuǎn)課堂的雛形和起源，區(qū)別于傳統(tǒng)課堂的“學(xué)生上課聽講、課后完成作業(yè)”的授課形式[8]。隨后在網(wǎng)絡(luò)在線教育資源和MOOC等的推動下，翻轉(zhuǎn)課堂模式逐漸影響到全球各國。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式一般說來有三個中心：教師中心、教材中心、課堂中心[9]。而翻轉(zhuǎn)課堂則顛覆了傳統(tǒng)模式，之前是老師課前備課、課上從頭講到尾，現(xiàn)在則是學(xué)生課前進行初步學(xué)習(xí)、課上學(xué)生之間研討、老師進行答疑和指導(dǎo);以前學(xué)習(xí)資料主要依照教材并輔以參考書，現(xiàn)在則更加多樣化，視頻、演示文稿以及網(wǎng)絡(luò)教育資源可以更加激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在動力;以前傳授知識一般在學(xué)校和教室進行，現(xiàn)在隨著慕課和微課等的發(fā)展，課堂可以直接搬到家里。

由此可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是因材施教、進行課堂差異化教學(xué)的有效手段。該模式可以采用多種具體的形式來實踐。本門課程有兩種授課形式：課堂多媒體講授和課程實踐。多媒體講授課程大綱范圍內(nèi)的主要內(nèi)容，再輔以文獻閱讀作為課程實踐來對課堂知識進行進一步鞏固和深入探究。翻轉(zhuǎn)課堂模式應(yīng)用于本門課堂講授時可以采取以下兩種具體形式：（1）基于目前流行的MOOC和微課模式，在課前觀看MOOC視頻，并參閱教科書及參考書，預(yù)習(xí)本節(jié)課要學(xué)習(xí)的知識和內(nèi)容，在課上進行研討;（2）課前借助教學(xué)視頻和PPT講義以及教材進行預(yù)習(xí)，在課堂上首先由自薦的1-2名學(xué)生講解要授課的知識點，然后學(xué)生分組討論，提出問題并在討論中解決，最后總結(jié)共有疑問，由老師解答。

本文采用了第2種形式，用一個學(xué)時的時間來進行翻轉(zhuǎn)課堂模式的探索。從積極自薦的學(xué)生中選取一名學(xué)生準(zhǔn)備后在本節(jié)課上講授20分鐘，剩余時間進行討論。內(nèi)容選取“層流非預(yù)混火焰的小火焰理論”，這是湍流燃燒數(shù)值計算中常用的小火焰燃燒模型的基礎(chǔ)，對于多數(shù)學(xué)生是第一次接觸小火焰理論，對于一些概念如“混合分?jǐn)?shù)”、“標(biāo)量耗散率”等需要理解和體會其含義，混合分?jǐn)?shù)方程的推導(dǎo)、如何從物理坐標(biāo)經(jīng)過坐標(biāo)變換至混合分?jǐn)?shù)空間從而推導(dǎo)出小火焰方程需要學(xué)生進行步驟理解和公式推演。在20分鐘的內(nèi)容講授之后，學(xué)生分為3-4人一組進行討論，大家討論非常熱烈，對小火焰模型的思想很感興趣，并對其假設(shè)條件和適用范圍提出了疑問。還有些學(xué)生基礎(chǔ)較差對物理空間變換到較為抽象的混合分?jǐn)?shù)空間理解較為困難，組內(nèi)人員進行了解釋。在最后幾分鐘，老師針對大家的共性疑慮進行了解釋說明?？傮w來看，此次翻轉(zhuǎn)課堂效果較好。

翻轉(zhuǎn)課堂模式應(yīng)用于文獻調(diào)研課程實踐時，論文選擇國際一流燃燒學(xué)期刊近期發(fā)表的英文文獻，范圍設(shè)為國際燃燒會議的專題范圍之內(nèi)，包括氣態(tài)反應(yīng)動力學(xué)、碳煙納米材料與大分子、燃燒診斷、層流火焰、湍流火焰、噴霧液滴和超臨界燃燒、爆震爆炸和超聲速燃燒、固體燃料燃燒、火災(zāi)研究、穩(wěn)態(tài)燃燒系統(tǒng)和低碳燃燒技術(shù)、內(nèi)燃機、燃?xì)廨啓C和火箭發(fā)動機、新概念燃燒等。文獻調(diào)研也可采用兩種具體方式：（1）分組或單人對選定研究方向的文獻進行綜述，然后在課堂上進行匯報，老師和其他學(xué)生對該小組成員進行提問;（2）選取一篇文獻精讀，講解自己的理解和感悟，指出文章的優(yōu)點和不足，并提交報告。

本文采用第2種形式，學(xué)生從燃燒、推進和能源領(lǐng)域的頂級期刊如Combustion and Flame、AIAA? Journal、Journal of Propulsion and Power、Fuel等選取了自己感興趣的英文科技論文進行了仔細(xì)閱讀和分析，并于課程結(jié)束后提交，選取的內(nèi)容基本與每個人的研究方向相對應(yīng)。在文獻調(diào)研中，學(xué)生學(xué)習(xí)了燃燒專業(yè)相關(guān)英文詞匯，并基于各自的興趣點對相應(yīng)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容進行了深化理解，達到了差異化教學(xué)的目的。

四、差異化教學(xué)的效果評價

為了評估課程的翻轉(zhuǎn)課堂效果，對學(xué)生提交的文獻閱讀和理解報告進行了審閱和評分，并再次設(shè)計了一套課程效果調(diào)查問卷，在課程結(jié)束后分發(fā)給學(xué)生作答并回收。

文獻閱讀報告根據(jù)對選定文獻的理解分析評價到位與否，由老師分5擋進行評分。圖4是文獻閱讀報告成績分布圖，可以看到共25人參加考試，其中90-94分11人，多數(shù)人在90分以上，處于優(yōu)秀水平。該報告成績與課程閉卷考試成績一起構(gòu)成總成績，該報告比重占40%。效果調(diào)查問卷中，一些學(xué)生建議加大文獻閱讀報告占整個課程考試分?jǐn)?shù)的比例，或者可以大作業(yè)與閉卷考試二選一。這個建議可以在以后的課程進行考慮。

同時在課程結(jié)束后以問卷的形式進行了課程效果調(diào)查工作。當(dāng)問到哪些教學(xué)手段你更喜歡時，大多數(shù)學(xué)生可能處于慣性思維和習(xí)慣還是選擇了傳統(tǒng)課程教學(xué)、教師居于主導(dǎo)地位的多媒體和板書教學(xué)，同時也有相當(dāng)比例的學(xué)生選擇了翻轉(zhuǎn)課堂模式的“課堂討論”和“課堂實踐”。

對于“層流非預(yù)混火焰的小火焰理論”的翻轉(zhuǎn)課堂嘗試，多數(shù)同學(xué)認(rèn)為效果很好：翻轉(zhuǎn)課堂拓展了知識面，可以繼續(xù)下去;翻轉(zhuǎn)課堂的效果很好，大家真正參與探討，才能真正掌握知識;很新穎，有利于我們提高學(xué)習(xí)能力;明顯改善了課堂氣氛;對于有些問題的不足可以讓同學(xué)們共同討論加強理解。也有少數(shù)學(xué)生還不太能接受本文實施的翻轉(zhuǎn)課堂模式，給了差評，如：一般，不太喜歡翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生授課相對較難達到老師的講解水平;對于上去講的同學(xué)是很好的鍛煉，但對沒上去講的同學(xué)來說收獲不大;課堂還不夠活躍等。這說明總體上學(xué)生比較能接受翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，但是一些具體實施措施還有待改進。

五、結(jié)束語

本文對軍隊改革新形勢下雙一流軍校研究生課程《燃燒理論》進行了初步的翻轉(zhuǎn)課堂和課程差異化教學(xué)的思考和實踐。國防科技大學(xué)作為軍隊唯一的雙一流高等院校，培養(yǎng)的人才主要面向國防和軍事需求，為打贏現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭服務(wù)。因此，開設(shè)在空天科學(xué)學(xué)院的航空宇航科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生專業(yè)核心課程《燃燒理論》需結(jié)合該特殊背景和需求，重點以導(dǎo)彈、空天飛機等飛行器的發(fā)動機中燃燒為背景進行授課。

通過課程前期調(diào)查，表明了現(xiàn)階段雙一流軍校研究生背景復(fù)雜性和就業(yè)方向多樣性，證實了本門課程因材施教、差異化教學(xué)的必要性和緊迫性。這就需要在每一個學(xué)年該課程開課前，進行充分的調(diào)查統(tǒng)計工作，掌握學(xué)生的背景和燃燒相關(guān)基礎(chǔ)，在課程講授過程中在把握整體授課進度和知識深度的同時，須對不同的學(xué)生劃定不同的重點和難點內(nèi)容。同時通過翻轉(zhuǎn)課堂模式變以教師為中心為以學(xué)生為中心，來實施《燃燒理論》的差異化教學(xué)，通過“層流非預(yù)混火焰的小火焰理論”小節(jié)的學(xué)習(xí)和文獻閱讀大作業(yè)，學(xué)生充分發(fā)揮了主觀能動性，理解了解或掌握了相應(yīng)內(nèi)容，獲得了自己需要的感興趣的知識。從教師跟聽輔導(dǎo)、學(xué)生評價反饋、成績評定來看，本次實踐的課程的翻轉(zhuǎn)課堂效果較好，可在本門課程的后續(xù)授課中進一步開展起來，同時建議在本校其它類似課程中小范圍逐步進行測試和推廣。

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