工程教育专业认证背景下混合式教学模式改革探索

［摘要］工程热力学与传热学是消防工程等工科类专业开设的一门专业基础教育必修课程，为达成工程教育专业认证目标，需要对该课程的教学模式进行改革和探索。文章在分析传统教学模式存在问题的基础上提出了线上线下混合式教学模式，该模式在教学目标、教学内容、教学方法和课程评价等方面均具有优势和创新之处。同时还提出了课程教学平台构建和具体教学设计过程，并总结了构建过程中的重点与难点，以及后续持续改进的方向。该教改成果可为同类课程教学模式的改革提供参考和借鉴。

［关键词］工程教育专业认证；工程热力学与传热学；混合式教学模式

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）11-0068-05

随着我国成为《华盛顿协议》的第18个正式成员，我国众多高校将开展工程教育专业认证作为工科类专业发展的首要任务[1-2]。工程教育专业认证的核心就是确认工科专业毕业生达到行业认可的既定标准要求，培养出能解决复杂工程问题的专业型人才[3-4]，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。为实现这一目标，高校要对工科类专业相关课程在教学目标、教学方法、教学模式和教学评价体系等方面进行全方位的探索和改革。

工程热力学与传热学（以下简称热工）是消防工程等工科类专业开设的一门专业基础教育必修课程，本门课程是研究如何合理有效地利用、控制热能的基础课程，主要由工程热力学和工程传热学两部分组成。前者研究热能与机械能之间的转化规律，后者研究热的传递规律。工程教育专业认证标准提出了三大核心理念，并在知识、能力和素养三个方面共提出了12条毕业要求，而传统的热工课程授课模式显然无法与工程教育专业认证标准对接，高校亟须构建一种新的教学模式，使得热工课程与工程教育专业认证有机融合、环环相扣。

混合式教学模式是将在线教学和传统教学的优势结合起来的一种“线上+线下”的教学模式，该教学模式将学生放在学习的中心地位，旨在提高学生的学习积极性，拓展学生学习的深度与广度。本文以消防工程专业热工课程为例，探索工程教育专业认证背景下混合式教学模式的体系构建和应用。

一、热工课程混合式教学模式的优势与创新

热工课程的混合式教学模式通过线下授课、在线学习及“互联网+”思维三位一体的有效结合，以学习者为中心，使热工课堂组织多元化、教学信息多元化、教学设计多元化、教学评价多元化，最终实现面对面课堂学习、在线学习、学生自主学习和师生互动学习等教学过程的深度融合，这对加快实现从“以教为主”向“以学为主”转变、增强课程教学效果及培养学生综合能力具有重要的现实意义。而这正符合工程教育专业认证三大核心理念（以学生为中心的宗旨、以成果为导向的要求、持续改进的机制）的需求。

（一）传统教学模式存在的主要问题

传统的热工课程授课模式主要存在如下问题：一是课程内容抽象概念多，学生不易理解和记忆。二是部分学生对高等数学、大学物理等先修基础课程中的相关知识掌握不扎实，导致其难以理解热力学第二定律的数学表达式、导热微分方程等的推导过程，学生畏难，影响对深度内容的理解与工程实践问题的应用[5-6]。三是课程中有些知识点理论性较强，比如孤立系统熵增原理、相似原理求解对流换热问题等，部分学生会忽略这些理论的工程应用背景及其与专业方向的联系与思考，学习主动性不够，甚至感到厌学。四是对课程中的教学重点，如研究热量转化和传递规律等，部分教师单纯讲授理论，对现象不加以形象解释，使学生对现象无法完全理解，对知识点掌握不牢固。传统教学模式以教师在课堂传授知识为主，是一种对学生进行知识灌输的教育，忽略了学生的学习效果，难以实现学生能力与工程实践应用对接的目标，更难以达到工程教育专业认证的要求，因此，对热工课程进行混合式教学模式的改革势在必行。

（二）混合式教学模式的创新设计

基于疫情防控期间线上授课的经验、学校组织的混合课程建设培训经验、热工课程线上线下混合式一流课程项目经验，以及学习其他高校相关课程混合式教学模式的经验等，课题组结合工程教育专业认证的理念与目标，设计了混合式教学模式的创新点。

1.将工程教育专业认证目标融入热工课程教学目标

按照工程教育专业认证的要求，课题组在混合式教学模式中制订了热工课程三个方面的教学目标：一是知识目标，使学生获得专业必需及进一步发展所需的热工基础知识，主要包括热力学及传热学基本概念，热力学的基本定律，对热力过程进行分析和计算，传热学中的导热、对流和辐射的基本定律；二是能力目标，通过学习培养学生独立分析问题、解决问题的能力，帮助学生掌握科学研究的方法，学会用热力学及传热学原理分析和解决工程实际问题；三是素质目标，培养学生严谨的思维习惯和一定的科学修养，引入现代工程热力学与传热学科技的新成果并融入思政元素，培养学生的创新意识和爱国主义情怀。

2.教学内容的重新整合优化

结合工程教育专业认证的要求，热工课程混合式教学模式中的教学内容应进行全方位的整合优化。首先，教学不能单一地讲授纯理论的知识点，应充分结合实际工程问题，引导学生分析问题、解决问题，以问题为导向，贯穿以学生为中心的宗旨。其次，热工课程在消防工程专业的课程体系中起到承上启下的作用，其内容的编排与消防工程专业其他课程相结合至关重要。例如，在讲解热辐射的性质时，可以拓展到热辐射的危害等知识，并说明为什么建筑物之间要设置合理的防火间距，与后续课程建筑防火设计原理有机结合，使学生体会到课程体系的连贯性和系统性。最后，能够使用现代工具也是工程教育专业认证的要求之一，本课程在教学内容优化中加入了对现代消防工程中所使用的先进装备、仪器和技术等的介绍，并在案例分析中进行展示。

3.由传统讲授到翻转课堂的教学方式转变

与传统课堂教学讲授模式相比，混合式教学模式最大的不同在于其从“以教师为中心”转变为“以学生为中心”。在课前的线上学习部分，学生自主进行预习、了解新知识背景、提前阅读工程问题案例等，并完成相应的课前测试，这样能充分调动学生的学习兴趣。在课中的线上线下结合学习模式中，教师以工程问题为导向，引导学生独立思考、分析问题和解决问题，针对实际案例进行小组讨论，自主设计或开发解决方案。在课后的线上学习中，除了以作业形式对基础知识进行进一步巩固之外，教师要求学生以小组形式或个人形式完成模拟实际工程的建模问题，充分使用课堂所学并进行知识延伸扩展。与此同时，教师也要做好师生之间的双向反馈工作，以此不断改进教学方法，增强教学效果。

4.课程思政元素的巧妙融入

工程教育专业认证要求学生能将工程问题与社会问题相结合，运用所学知识解决问题，遵守从业后的职业规范，能够协调从业后个人与团队的关系，具备沟通、项目管理以及终身学习的能力等，而当前热工课程内容本身并不能完全满足这些要求。在混合式教学模式中巧妙恰当地融入相关思政元素，不仅可以培养学生的大国工匠精神和爱国主义情怀，促使学生发扬吃苦耐劳、团结奋进的作风，而且可以覆盖工程教育专业认证的要求。例如，可以由水蒸气和湿空气的知识引出“向天空借水的神器”，培养学生的节水意识和勇于创新的精神，同时启发学生对环境问题和可持续发展问题的思考。

5.课程评价方式的多样化改变

结合热工课程混合式教学模式的教学目标，课题组对热工课程的评价方式进行了如下改革：一是将学生在热工课程线上网络教学平台中的表现（包括在线测试、课后作业、学习时长、讨论区发帖情况、阅读时长、上传笔记情况等）作为平时成绩评定的主要依据，兼顾考查上课出勤和课堂互动等情况。二是在线测试以单项选择题、多项选择题和判断题为主，而在对实际应用能力有较高要求的知识点中设置工程案例解析问题或模拟实际工程的建模问题，让学生以小组形式完成测试。三是调整期末考试主客观题目比例，使题型更加多样化。传统教学模式中的期末考试试卷题目以选择、填空、判断、计算等题型为主，不利于学生对问题进行综合分析、对知识进行应用等这类高层次认知目标的实现，因此改革后提高了综合应用题和分析题的分值比例。总之，热工课程改革后，课前、课中、课后全过程的教学评价方式更加综合全面，更有利于调动学生学习的积极性和主动性。

二、热工课程混合式教学平台构建及实践应用

信息和互联网技术的飞速发展为高等教育教学手段的改革与创新提供了有力支撑。混合式教学模式可将线上、线下教学深度融合，实现教师与学生、学生与学生之间的零距离实时交流。在当前教学变革浪潮的推动下，越来越多的高校尝试将混合式教学模式应用到教学中以提高教学效果。

热工课程是消防工程专业培养方案中的重要组成部分，是其他相关基础和专业课程的桥梁和纽带，课程的主要内容包括：热力学第一定律、热力学第二定律、气体的性质、理想气体混合气体及湿空气、气体的热力过程、传热的基本形式和机理、导热、对流换热、辐射换热和传热过程分析。在优慕课网络教学平台进行线上教学，按照课程授课内容，对应地将课程设置为11个学习单元，每个学习单元下又包括若干个子单元。线上教学的学习单元学时超过课程总学时的30%，且根据课程教学进度、课程内容、难易程度等多方面因素选择线上授课的学习单元。线上教学的学习单元设置了单元导学、授课课件、在线测试、电子版教材、讨论区（包含教师答疑区和话题讨论区）、课后作业、教学视频、拓展学习等多类型资源库。

在课前，教师提前把与本节课相关的教学资源推送到平台，如本节课的预习课件、背景介绍和工程案例分析资料、其他平台学习视频、课前测试任务等。在课后，将随堂课件发布在教学平台上，方便学生进行查漏补缺。为了考查学生对本节内容的理解程度，设置线上测试和线上作业等任务，要求学生在规定的时间内完成线上任务。完成每一章教学内容的学习后，学生要对本章内容进行全面总结，列举本章知识的重点与难点，在线上平台提交本章笔记和思维导图；教师要及时查看，了解学生对本章内容的掌握情况。在线上讨论区，教师通过发布本章相关工程案例解析问题或模拟实际工程的建模问题，与学生进行互动讨论，培养学生独立思考及解决问题的能力，帮助学生对本章内容进行更深入的总结与应用。综上，充分运用线上教学，能有效提高学生的学习效率；同时，教师可以及时掌握学生的学习状态，并通过学生的反馈及时改进教学设计。线上平台拓宽了学生的学习途径，帮助教师打开了创新教学的思路，提高了教学能力。

在实际教学过程中，课题组严格按照“课前+课中+课后”这一完整的教学周期设置教学活动，教学活动总体设计思路如图1所示（以课程教学单元的第一节“热力设备、系统和平衡状态”为例）。

热工课程共48学时，分为知识内容38学时、练习6学时、复习答疑4学时，其中总计线上16学时、线下32学时。为完成本门课程，学生每周约需要6小时（2小时线上、4小时线下）进行课程学习。在线下授课过程中采用雨课堂、PPT等进行多媒体教学，结合线上课前已提前要求学生阅读的工程案例，播放相关视频、展示对应的照片或截图等，更形象直观地引出本节课教学内容；以板书的形式进行公式推导，最大限度地利用有限的课堂时间，准确把握工程教育专业认证的方向，将学生转变为主动学习者。对于绪论等内容，以学生课前预习为主、课堂讲解为辅；而对于热力学第一定律、气体的热力过程、辐射换热等抽象复杂的内容，则以教师课堂讲解为主，学生通过线上的课前预习、测试和作业，将自己不懂的问题发表在讨论区，由教师和其他同学进行线上讨论学习，达到相辅相成的效果。由此，线上线下混合教学模式可以提高专业人才培养质量，满足工程教育专业认证条件下消防工程专业热工课程的教学要求。

三、热工课程混合式教学模式建立的重点与难点

工程教育专业认证背景下，课题组对热工课程的混合式教学模式围绕教学目标、教学内容、教学资源建设、教学方法、教学过程以及教学评价等几方面进行了改革，最终完成教师和学生课前、课中、课后整个教学周期的教学与学习。课题组通过对比采用混合式教学模式前后两学期的学生成绩，发现学生考试卷面平均分提高了23.3%，总成绩平均分提高了11.2%，教学效果十分显著。在此过程中，课题组总结了混合式教学模式建立的重点与难点，为下一步的持续改进做准备。

（一）混合式教学模式建立的重点

首先，混合式教学模式在每一章节课程内容的安排和教学环节的设置上要有连贯性，从课前学习到课中学习到课后学习形成完整的教学过程。同时，课中学习从以实际工程案例导入新知识，到重难点讲解（启发学生对案例问题进行独立分析与思考），再到最后进行反思与归纳，教师应把握好课堂节奏，使教学水到渠成。其次，混合式教学模式注重“线上+线下”两种教学模式的融合与配合，既要指导学生独立完成线上的学习任务，也要在线下教学中与学生进行双向的良好互动，同时在一些章节内容的讲解过程中将线上线下两种模式相结合，激发学生的学习兴趣与参与积极性，例如鼓励学生发弹幕、设置线上回答问题的奖励机制等。最后，对混合式教学模式的教学评价进行多样化改革，最终目的是使学生的学习有效性和教师的教学能力得以提高。因此，教师要随时以学生的学习效果为导向，关注学生对混合式教学模式的评价，及时改进教学评价机制。