盧志民　黃泳如　姚順春　司廣樹　陸繼東

［摘 要］隨著“30·60”雙碳目標(biāo)及能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的落實(shí)推進(jìn)，能源動(dòng)力類專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革成為部分高校的重要研究課題。從2020年起，華南理工大學(xué)AB兩個(gè)專業(yè)進(jìn)行了雨課堂線上教學(xué)實(shí)踐，依托雨課堂的技術(shù)特性，秉承以“以學(xué)生為中心”“數(shù)據(jù)改變教學(xué)”的理念，設(shè)計(jì)了課前、課中和課后三段式教學(xué)方案，以2018級和2019級本科生為研究對象實(shí)施了混合式教學(xué)實(shí)踐。結(jié)合學(xué)生期末考試成績，利用因素分析法評價(jià)教學(xué)效果，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行卡方檢驗(yàn)和回歸分析，分析了課前預(yù)習(xí)和課堂測試對期末總成績的影響。結(jié)果表明，雨課堂教學(xué)方式顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，在教師和學(xué)生的教學(xué)評價(jià)中也有良好的反饋。

［關(guān)鍵詞］雨課堂；工程熱力學(xué)；因素分析法；回歸分析；教學(xué)評價(jià)

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）11-0032-05

能源是人類文明進(jìn)步的基礎(chǔ)和動(dòng)力，關(guān)乎國家安全和民生。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和（即“30·60”雙碳目標(biāo)）是中國做出的重大戰(zhàn)略決策，應(yīng)對氣候問題，推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型和節(jié)能降耗勢在必行[1]。面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求的新工科建設(shè)目標(biāo)，是能源領(lǐng)域人才培養(yǎng)工作的目標(biāo)和方向。

工程熱力學(xué)作為能源與動(dòng)力工程專業(yè)的三大專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是從工程應(yīng)用的角度研究能源利用及不同形式的能量相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門重要基礎(chǔ)學(xué)科，是低碳節(jié)能環(huán)境下新工科學(xué)生提高科學(xué)素質(zhì)的公共基礎(chǔ)課[2]。但是長期的教學(xué)觀察與分析發(fā)現(xiàn)，對概念抽象、知識(shí)容量大的工程熱力學(xué)課程來講，傳統(tǒng)的講授式教學(xué)僅僅完成了“教”的任務(wù)，在幫助學(xué)生建立批判性思維、應(yīng)用專業(yè)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題及解決問題等方面存在不足，在課堂的大部分時(shí)間里，學(xué)生處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，其學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率不高。針對這個(gè)情況，需要教師改革教學(xué)方式方法，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

筆者在2020年和2021年春季學(xué)期的工程熱力學(xué)課程教學(xué)中，實(shí)施了基于雨課堂的翻轉(zhuǎn)教學(xué)研究與實(shí)踐，按照“以學(xué)生為中心”“數(shù)據(jù)改變教學(xué)”的思想設(shè)計(jì)和實(shí)施了課前、課中、課后三段式的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)“翻轉(zhuǎn)”。課前，讓學(xué)生開展自主預(yù)習(xí)；課中，教師輔以重點(diǎn)難點(diǎn)的講授以及課堂練習(xí)、思考題、例題的講解等。在此過程中，學(xué)生可以通過雨課堂與教師建立更加高效的溝通渠道，課堂內(nèi)外多渠道的有效交流互動(dòng)使學(xué)生獲得了更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，課堂教學(xué)效率和教學(xué)效果得到了提升。

一、基于雨課堂的工程熱力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革

（一）目前教學(xué)現(xiàn)狀分析以及改革建議

盡管以視頻為主的精品課程和網(wǎng)絡(luò)公開課已推出多年，以“學(xué)生為中心”的教育理念也普遍得到高校和教師認(rèn)同，但部分高校的執(zhí)行力度還不夠，導(dǎo)致學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力未見明顯提高，教學(xué)質(zhì)量有待提升。究其原因主要有：部分課堂教學(xué)以及視頻教學(xué)著重知識(shí)灌輸，缺乏師生間的交流、對話和思維碰撞；部分教師的教學(xué)與科研相互獨(dú)立，科研成果沒能及時(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源或課堂交流的素材，也沒能實(shí)現(xiàn)教研與科研的相互促進(jìn)；工程熱力學(xué)邏輯性強(qiáng)，涉及的內(nèi)容包括了純理論的基礎(chǔ)概念和知識(shí)以及各種工程實(shí)踐應(yīng)用，環(huán)環(huán)相扣，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐漸形成兩極分化，部分跟不上學(xué)習(xí)進(jìn)度的學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒、逃避心理。

針對工程熱力學(xué)課程的特點(diǎn)和“00后”本科生的特點(diǎn)，以及目前教學(xué)效果的評估情況，筆者設(shè)計(jì)了基于雨課堂的工程熱力學(xué)翻轉(zhuǎn)教學(xué)改革路線，如圖1所示。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂改革和雨課堂

薩爾曼·可汗在YouTube網(wǎng)站上分享了私人制作的教學(xué)影片，并于2009年創(chuàng)建可汗學(xué)院，成為翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)踐的重要節(jié)點(diǎn)?？珊箤W(xué)院的教學(xué)視頻突出“學(xué)習(xí)者為中心”的視角。隨后，翻轉(zhuǎn)課堂的影響力迅速擴(kuò)展至全球許多國家，成為當(dāng)下教學(xué)改革的熱點(diǎn)話題。

雨課堂作為新型智慧教學(xué)工具，在新冠疫情期間發(fā)揮了巨大的作用，也被廣大師生所熟知[3-7]，其顯著的特點(diǎn)有易用性、互動(dòng)性和數(shù)據(jù)化?；谟暾n堂平臺(tái)，教師可在PPT中錄制語音或插入慕課視頻和網(wǎng)絡(luò)視頻，向?qū)W生推送課件和課輔材料，發(fā)送更新和提醒消息。師生還可以開展實(shí)時(shí)互動(dòng)，學(xué)生可以發(fā)送彈幕、投稿，教師可以組織課堂測試或者進(jìn)行作業(yè)批改，還可以隨機(jī)點(diǎn)名或者發(fā)送紅包。雨課堂的全程動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集功能更是便于教師深入掌握學(xué)情，可根據(jù)具體情況以及每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)做出相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整。

（三）基于雨課堂的工程熱力學(xué)翻轉(zhuǎn)教學(xué)改革設(shè)計(jì)

筆者根據(jù)布魯姆的認(rèn)知層次開展了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，將簡單的記憶、知識(shí)的理解和運(yùn)用能力的培養(yǎng)放在課后實(shí)施，而高層次的綜合運(yùn)用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)則是課堂教學(xué)重點(diǎn)。課前，教師根據(jù)課程內(nèi)容的重難點(diǎn)，制作對應(yīng)的雨課堂線上語音PPT或慕課視頻，每周2學(xué)時(shí)，供學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)使用，達(dá)到使學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)的目的。課中，教師用3學(xué)時(shí)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)時(shí)間進(jìn)行重難點(diǎn)總結(jié)、課堂測試、專題討論和習(xí)題講解。同時(shí)，針對課前的反饋對共性問題進(jìn)行集中講解，學(xué)生則在課堂上與教師互動(dòng)，并就教師提出的問題展開獨(dú)立思考或小組合作討論。課后，教師根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)章節(jié)知識(shí)總結(jié)圖，推送總結(jié)PPT給學(xué)生進(jìn)行章節(jié)知識(shí)的復(fù)習(xí)、鞏固。同時(shí)，利用雨課堂豐富的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對學(xué)生開展針對性輔導(dǎo)，對教學(xué)進(jìn)行反思，不斷提升教學(xué)水平。基于雨課堂的 “三段式”翻轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)如圖2所示。

（四）實(shí)施情況

本次教學(xué)改革實(shí)施時(shí)間為2020年和2021年春季學(xué)期，對象分別為2018級A專業(yè)1班學(xué)生（18人）、B專業(yè)1班學(xué)生（28人）和2019級A專業(yè)1班學(xué)生（20人）、B專業(yè)2班學(xué)生（35人）。為更好地體現(xiàn)教學(xué)改革成效，2020年以2018級B專業(yè)2班（34人）作為參考班，2021年以2019級B專業(yè)1班（35人）作為參考班，基于此，筆者對教改班與參考班的期末考試成績進(jìn)行了對比。

同時(shí)，筆者根據(jù)教改班學(xué)生的期末考試總成績以及各題成績對教學(xué)效果進(jìn)行了評價(jià)，同時(shí)對各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)據(jù)回歸分析。選取雨課堂分?jǐn)?shù)、PPT觀看總頁數(shù)、各章PPT觀看頁數(shù)與學(xué)生期末考試成績、各題成績進(jìn)行相關(guān)性分析。為了更好地了解學(xué)生期末考試成績與PPT總頁數(shù)、雨課堂分?jǐn)?shù)之間的線性關(guān)系，筆者使用origin軟件繪制散點(diǎn)圖并進(jìn)行線性擬合，得到Pearson相關(guān)系數(shù)并比較各變量與期末考試成績的相關(guān)程度。2020年春季學(xué)期，除了雨課堂外，筆者還使用SPOC開展教學(xué)工作，因此還計(jì)算了SPOC視頻時(shí)間、測試成績以及課堂分?jǐn)?shù)與期末考試成績的相關(guān)系數(shù)。

為了更直觀地對比兩個(gè)年級成績數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性系數(shù)，筆者對期末考試成績與雨課堂分?jǐn)?shù)、PPT觀看頁數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，通過顏色深淺、圓圈大小直接地描述了各數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

二、實(shí)施效果以及統(tǒng)計(jì)分析

（一）教改班與參考班期末考試成績對比

教改班與參考班的工程熱力學(xué)期末考試平均分如圖3所示。從中可以看出A專業(yè)的成績均比同年級B專業(yè)低，這與該專業(yè)高考招生分?jǐn)?shù)較低，即與學(xué)生基礎(chǔ)有關(guān)。但同一年級的B專業(yè)是隨機(jī)分班的，通過比較可以看出，2018級B專業(yè)1班（教改班）期末考試的平均分比2018級B專業(yè)2班（參考班）高了3.7分；2019級B專業(yè)2班（教改班）期末考試的平均分比2019級B專業(yè)1班（參考班）高了7.1分，由此可以看出，教學(xué)改革取得了一定的成效。

（二）平臺(tái)記錄學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)與學(xué)生期末考試成績的關(guān)系

4個(gè)教改班期末考試成績、PPT頁數(shù)、雨課堂分?jǐn)?shù)等數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性矩陣如表1所示。期末考試成績與PPT觀看頁數(shù)、雨課堂分?jǐn)?shù)之間均有一定的相關(guān)性。通過對比各班相關(guān)性矩陣的第一行發(fā)現(xiàn)，相對于雨課堂分?jǐn)?shù)，期末考試成績與PPT頁數(shù)有更強(qiáng)的相關(guān)性；對比2018級兩個(gè)班的相關(guān)性矩陣發(fā)現(xiàn)，PPT觀看頁數(shù)與SPOC測試及分?jǐn)?shù)之間也有較強(qiáng)的相關(guān)性。

教師在教學(xué)過程中通過課件觀看情況與課后練習(xí)完成情況調(diào)整各班教學(xué)內(nèi)容和方式，根據(jù)數(shù)據(jù)對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果進(jìn)行跟蹤，及時(shí)了解學(xué)生情況并做出調(diào)整。

（三）期末考試各章考查重點(diǎn)與PPT對應(yīng)章節(jié)課件觀看頁數(shù)的關(guān)系

除了從整體角度分析總分與各因素的相關(guān)關(guān)系，筆者還對各題得分與各章PPT觀看頁數(shù)進(jìn)行了相關(guān)性分析，如表2所示。從總分與PPT總頁數(shù)相關(guān)性系數(shù)更高的A專業(yè)的兩個(gè)班級的相關(guān)性距陣來看，不管是判斷題（2018級前5列）、簡答題（2018級6～8列、2019級前4列），還是計(jì)算題（均為倒數(shù)5列），對應(yīng)章節(jié)PPT觀看頁數(shù)與對應(yīng)內(nèi)容的得分均有一定的正相關(guān)。但是其中關(guān)于第六章內(nèi)容的得分情況與該章PPT觀看頁數(shù)沒有正相關(guān)關(guān)系，主要原因是教師僅對該章的前4節(jié)內(nèi)容進(jìn)行了講授和考查。而在總分與PPT觀看頁數(shù)相關(guān)性比較弱的B專業(yè)班級，其各題得分與PPT頁數(shù)沒有必然的相關(guān)性。原因在于B專業(yè)班級可能有更多的學(xué)生有考前復(fù)習(xí)的習(xí)慣，因此該數(shù)據(jù)沒有反映在PPT頁數(shù)里。

總的來說，通過相關(guān)性矩陣可以看出，通過PPT頁數(shù)、雨課堂分?jǐn)?shù)，能很好地預(yù)測期末考試成績，兩者與期末考試成績的相關(guān)性最高達(dá)到0.72和0.53，教學(xué)效果得到了提高。但不同年份以及不同班級的效果有所不同，還需要進(jìn)一步研究。

三、討論

（一）工程熱力學(xué)多元化混合式教學(xué)

混合式教學(xué)是一種新穎的教學(xué)模式，將傳統(tǒng)課堂、網(wǎng)絡(luò)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、個(gè)性化指導(dǎo)等的優(yōu)勢融為一體，能極大地提升學(xué)生的上課效率。傳統(tǒng)課堂以教師的教為中心，難以根據(jù)學(xué)生的不同學(xué)習(xí)速度、注意力集中程度以及對重難點(diǎn)的理解情況進(jìn)行教學(xué)調(diào)整。而雨課堂以及SPOC則是以學(xué)生的學(xué)為中心，一方面，學(xué)生可以根據(jù)自身情況選擇播放速度或重看；另一方面，教師可以根據(jù)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的時(shí)長以及課堂的提問和測試情況，有針對性地對重難點(diǎn)進(jìn)行講解，及時(shí)掌握學(xué)情，根據(jù)學(xué)生的反饋進(jìn)行教學(xué)調(diào)整等。雖然傳統(tǒng)教學(xué)也可以增加設(shè)問和課堂提問的環(huán)節(jié)，但在數(shù)據(jù)記錄方面不及雨課堂等新型的教學(xué)工具高效。

在雨課堂和SPOC相結(jié)合的混合式教學(xué)模式中，教師指導(dǎo)目的性明確，學(xué)生學(xué)習(xí)針對性強(qiáng)，教學(xué)效率得到了提高。由于減少了教師的課堂授課時(shí)間，其可以將精力和時(shí)間更多地用在學(xué)情的總結(jié)、回顧以及學(xué)生的個(gè)性化指導(dǎo)教學(xué)上。學(xué)生在自學(xué)過程中遇到疑問，可以通過雨課堂重看課件或者向教師提問。

（二）基于雨課堂的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革的繼續(xù)改進(jìn)方向

目前，筆者任教的班級人數(shù)較多（ 70人左右），課堂上的討論教學(xué)較少，課堂測試以客觀題為主。在后續(xù)的教學(xué)改革中，將開展小班教學(xué)，以討論式、啟發(fā)式的教學(xué)為主，增加學(xué)生課堂展示的時(shí)間，或開展小組討論的探究式學(xué)習(xí)，發(fā)揮教師的啟發(fā)和引導(dǎo)作用，真正達(dá)到以學(xué)生為主體的教學(xué)目的。另外，在課堂測試中，還可以設(shè)置開放式的主觀題，學(xué)生在雨課堂平臺(tái)上傳答案，教師對其中答得好的題目或者存在的典型錯(cuò)誤進(jìn)行分析。雨課堂的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)便于教師隨時(shí)關(guān)注教學(xué)過程中的特殊情況，有針對性地進(jìn)行差異化輔導(dǎo)和教學(xué)方案的微調(diào)。

部分教師現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用能力有待提高。教師不僅要熟練使用課件、專業(yè)視頻等教學(xué)工具，而且要利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)建適合學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)課堂?？梢越梃b上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)等一流大學(xué)的MOOC視頻和課件，制訂適合的教學(xué)方案。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 辛保安， 單葆國， 李瓊慧，等. “雙碳”目標(biāo)下“能源三要素”再思考[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2022，42（9）：3117-3126.

[2] 李言，李淑娟，楊明順，等.新工科背景下機(jī)械類專業(yè)升級途徑研究與實(shí)踐[J].大學(xué)教育，2022（10）：6-9.

[3] 孟慶成，齊欣，李翠娟，等. 基于雨課堂的混合式教學(xué)在結(jié)構(gòu)力學(xué)中的應(yīng)用與探索[J]. 大學(xué)教育， 2020（11）：67-71.

[4] 寧桂英. 基于雨課堂的概率統(tǒng)計(jì)課程混合式教學(xué)模式改革：以廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院為例[J]. 大學(xué)教育， 2020（3）：89-91.

[5] 遲靜，吳杰. 基于微課的“雨課堂”+“翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)研究[J]. 大學(xué)教育， 2021（4）：62-64.

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［責(zé)任編輯：吳雪強(qiáng)］