太陽能熱利用工程技術(shù)教學(xué)有效性

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[摘要]利用“清華在線”平臺對“太陽能熱利用工程技術(shù)”課程進(jìn)行混合式教學(xué)，并對學(xué)習(xí)過程和教學(xué)效果進(jìn)行分析。教學(xué)過程統(tǒng)計結(jié)果顯示，適當(dāng)增加線上教學(xué)，可以提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；學(xué)習(xí)結(jié)果統(tǒng)計顯示，增加線上教學(xué)可以提升期末成績良好和優(yōu)秀占比，降低不及格的占比，學(xué)習(xí)效率得到明顯提升。

[關(guān)鍵詞]混合式課程；自主學(xué)習(xí)；強制學(xué)習(xí)；在線學(xué)習(xí)時長；在線小測試

隨著“互聯(lián)網(wǎng)”的不斷發(fā)展，以教師為主的“滿堂灌”模式，逐漸變化為“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的模式[1-2]。尤其2020年上半年受“病毒肺炎”疫情影響，學(xué)生無法按時返校，響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”的理念[3]，線上教學(xué)成為學(xué)習(xí)主要方式，下半年則出現(xiàn)“線上+線下”并行的模式，這種線上和線下有機結(jié)合的模式就稱為混合式教學(xué)[4]。其中歐美院校對混合式教學(xué)的研究與嘗試起步較早、相對成熟[2]，在學(xué)習(xí)層面以開放性課堂、多樣化傳授和共享化資源為主，在教師層面通過制定教師能力、專業(yè)素養(yǎng)和知識技等系列標(biāo)準(zhǔn)，來提升教學(xué)效率[5]。國內(nèi)混合式教學(xué)還處于探索階段，大多數(shù)研究都是以一門課程的教育教學(xué)設(shè)計為主[2,5]，對混混合式課程的教學(xué)方法、教學(xué)平臺、教學(xué)領(lǐng)域和教學(xué)評價的研究不夠深入[6-7]。國內(nèi)研究者采用混合式教學(xué)模式對現(xiàn)代儀器分析實驗課程[8]、無機化學(xué)課程[9]、大學(xué)化學(xué)[10]和大學(xué)物理[11]等理論或?qū)嶒炚n程進(jìn)行教學(xué)，并對學(xué)習(xí)有效性進(jìn)行評估，結(jié)果顯示，混合式教學(xué)模式能有效提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)效率。而聶陽[12]則采用混合式教學(xué)建設(shè)了FPGA實驗實踐教學(xué)平臺，用線上遠(yuǎn)程理論教學(xué)及自主實驗?zāi)M的方式完成實驗教學(xué)。管恩京[13]和商娟葉[14]等則對混合式課程體系的教學(xué)效果進(jìn)行統(tǒng)計分析，還有采用“雨課堂”和“釘釘直播”開展混合式課程教學(xué)顯示，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、自覺性以及師生互動性均得到提升[15-17]。本文采用“清華在線平臺”、“課程伴侶”和課堂講授的混合式教學(xué)模式，對攀枝花學(xué)院釩鈦學(xué)院2014~2017級新能源科學(xué)與工程專業(yè)的“太陽能熱利用工程技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行分析，以此促進(jìn)教學(xué)改革和教學(xué)效果的提升。

1混合式課程信息

1.1課程屬性

攀枝花學(xué)院新能源科學(xué)與工程專業(yè)2014年開始招生，目前有畢業(yè)生3屆，培養(yǎng)以新能源系統(tǒng)工程應(yīng)用和釩鈦新能源材料為主。專業(yè)建的思路是以人才培養(yǎng)方案為導(dǎo)向、以課程體系建設(shè)為基礎(chǔ)、以重點實驗為載體、以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗為驅(qū)動力、以學(xué)科競賽為初級目標(biāo)。培養(yǎng)以傳熱學(xué)、流體力學(xué)和工程熱力學(xué)為熱工基礎(chǔ)理論，以新能源概論、儲能原理與技術(shù)、光電與光化學(xué)轉(zhuǎn)化原理、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換原理與技術(shù)、太陽能熱利用工程技術(shù)、太陽能光伏發(fā)電工程技術(shù)和新能源熱利用與熱發(fā)電原理及系統(tǒng)為專業(yè)理論，以太陽能技術(shù)集成及應(yīng)用推廣四川省高校重點實驗室和四川省太陽能技術(shù)集成工程實驗室兩個實驗平臺為基礎(chǔ)，開展儲能原理與技術(shù)綜合實踐、專業(yè)實驗、虛擬仿真、課程設(shè)計、綜合實訓(xùn)、認(rèn)知實習(xí)和畢業(yè)論文等實踐和實訓(xùn)課程，建設(shè)以“公共基礎(chǔ)+理論+實踐實訓(xùn)”為一體的課程體系，以實現(xiàn)該專業(yè)“理論+實驗+實踐+實訓(xùn)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)+畢業(yè)設(shè)計”為一體化培養(yǎng)模式。其中太陽能熱利用工程技術(shù)就是課程體系當(dāng)中重要的一門理論課，因此本次研究就以“清華在線”平臺為基礎(chǔ)，建設(shè)混合式課程，并對4年的教學(xué)效果進(jìn)行總結(jié)分析。

1.2課程信息

“太陽能熱利用工程技術(shù)”混合式課程(48學(xué)時，3.0學(xué)分)，歷經(jīng)4屆教學(xué)積累(2014級38人，2015級49人，2016級44人，2017級44人，共計176人)。具體教學(xué)方式，2014級以線下課堂教學(xué)為主，線上以隨堂小測和PPT自學(xué)為輔助；2015級以課堂教學(xué)+課前問卷調(diào)查+課件內(nèi)容自學(xué)+隨堂小測+課堂教授+課堂討論為主；2016級以課前5min科技前沿視頻+10min上次課小測試講解+20min課內(nèi)知識點講授+5min課內(nèi)討論+10min課后小測試為主；2017級采用線上教學(xué)，以課前預(yù)習(xí)+課堂講解+課內(nèi)討論+課堂小測試+平時作業(yè)為主(由于疫情影響本次教學(xué)全部以線上教學(xué)為主，使用騰訊直播和PPT錄播兩種模式進(jìn)行教學(xué))?；旌鲜秸n程教學(xué)統(tǒng)計分析，學(xué)習(xí)過程分析選取在線學(xué)習(xí)時間和進(jìn)入課程次數(shù)2主要個指標(biāo)，自主學(xué)習(xí)指標(biāo)(包括：閱讀教學(xué)資源次數(shù)、參與課程問卷調(diào)查次數(shù)、進(jìn)入播課次數(shù)和學(xué)習(xí)播課視頻次數(shù)4個量)和強制學(xué)習(xí)指標(biāo)(包括：課程討論區(qū)回文次數(shù)、閱讀課程通知次數(shù)、上交課程作業(yè)次數(shù)和提交在線測試數(shù)量4個量)2個次要指標(biāo)；教學(xué)效果評價指標(biāo)1個(包括：隨堂小測成績、課程作業(yè)成績和期末考試成績)。

2混合式教學(xué)平臺

2.1電腦端功能

目前混合式教學(xué)以“線上+線下”為主，線上教學(xué)以教育教學(xué)平臺為主，如：清華在線、超星學(xué)習(xí)通、大學(xué)生慕課、課堂派、智慧樹、教學(xué)視頻錄制、騰訊直播、釘釘直播、企業(yè)微信直播、雨課堂和微課堂等[7]。此次研究以太陽能熱利用工程技術(shù)課程為主，采用攀枝花學(xué)院清華在線教育平臺進(jìn)行“線上+線下”的方式進(jìn)行混合式教學(xué)。課程建設(shè)包括教學(xué)管理、課程建設(shè)、隨堂教學(xué)、學(xué)習(xí)分析和課程預(yù)覽五個部分。課程管理信息包括課程維護(hù)、課程通知、教師信息、選課學(xué)生管理、任課教師管理、課程歸檔管理等；課程維護(hù)能對課程封面、視頻介紹、簡介和大綱等進(jìn)行修改；課程通知用于通知學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)、在線小測試、課后作業(yè)以及相關(guān)問卷調(diào)查；教師信息和任課教師管理讓學(xué)生了解上課教師的基本信息，還能對同一門課其它老師進(jìn)行分工；選課學(xué)生管理可對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計分析；課程歸檔管理、課程間共享、郵件答疑、學(xué)習(xí)筆記和隨堂建議等均可以用于學(xué)生自學(xué)情況分析。課程學(xué)習(xí)分析包括課程資源和視頻訪問情況、隨堂小測試和平時作業(yè)成績分布及提交率、論壇話題活躍情況、問卷調(diào)查參與率等，還可查看單元學(xué)習(xí)下每一個教學(xué)內(nèi)容具體訪問情況，包含了文獻(xiàn)[18]當(dāng)中的全部線上評價項目。根據(jù)這些統(tǒng)計分析就可以充分了解學(xué)生線上學(xué)習(xí)的具體情況，從而有針對性的實施線下課堂教學(xué)。

2.2手機端功能

混合式課程建設(shè)手機端使用軟件為“課程伴侶”，上課前可讓學(xué)生自行下載安裝軟件，同時教師在電腦端的學(xué)生管理處導(dǎo)入選課學(xué)生的進(jìn)本信息后，學(xué)生用手機登錄即可學(xué)習(xí)。手機端由資源中心、我的課程、隨堂教學(xué)和個人中心四個部分組成，使用最多的是我的課程和隨堂教學(xué)。進(jìn)入我的課程可以瀏覽電腦端“基本信息、單元學(xué)習(xí)、課程資源、課程活動”里面的全部內(nèi)容；隨堂教學(xué)主要用于簽到、隨機點名和發(fā)起搶答，簽到功能可記錄已簽到、未簽到和遲到學(xué)生的信息，還可查看簽到時間；線上教學(xué)時，教師可在手機端進(jìn)行隨機點名和發(fā)起搶答，檢查學(xué)生在線情況。

3混合式教學(xué)分析

3.1教學(xué)過程考核

3.1.1在線學(xué)習(xí)時長考核在線學(xué)習(xí)時間是衡量學(xué)生線上學(xué)習(xí)最直接的指標(biāo)，因此對2014~2017級的學(xué)生在線學(xué)習(xí)時長進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如圖1所示。從圖中看出2017級時長比其它年級學(xué)生長，因2017級受疫情影響，不能正常返校上課，所以只能采用QQ直播+“清華在線平臺”進(jìn)行教學(xué)，同時還使用“課程伴侶”軟件對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)測，所以在線學(xué)習(xí)時間比較長；最短的是2015級，因為2015級上課期間平臺處于間斷式維護(hù)，部分時段無法進(jìn)入平臺學(xué)習(xí)。對在線學(xué)習(xí)時間長短分段統(tǒng)計，結(jié)果如圖2所示。從圖中看出，小于500min以下的占56.07%，而500~1000min占比為28.9%，1000min以上的占比為15.02%，以每次課線上學(xué)習(xí)20min為基準(zhǔn)(10min隨堂小測試和10min課前預(yù)習(xí)和資源閱讀)，則總時間就為480min計算，表明至少有43.93%的學(xué)生處于基礎(chǔ)之上，能夠達(dá)到強化自主學(xué)習(xí)的目的。另外，從人數(shù)上面看，時間在1000min以上人數(shù)最多的是2017級，因為該級學(xué)上是全線上教學(xué)，在線學(xué)習(xí)時間就會長一些。

3.1.2進(jìn)入課程次數(shù)考核對混合式課程學(xué)生進(jìn)入課程的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見圖3所示。從圖看出，進(jìn)入課程的平均次數(shù)、最高和最低次數(shù)隨著線上教學(xué)增加而提升，2014~2017級進(jìn)入課程的平均次數(shù)依次為67次、98次、85次和114次，總的課程次數(shù)為24次，每次課簽到1次，開展隨堂小測1次，兩個之和為48次，4個年級進(jìn)入課程的次數(shù)平均值均超過該值，均達(dá)到強制學(xué)習(xí)的目的，而超出的部分為自主進(jìn)入課程，說明增加線上教學(xué)不但能夠滿足強制學(xué)習(xí)的要求，還能夠提升自主學(xué)習(xí)能力。但低于平均次數(shù)的人數(shù)依然占一半以上，說明自主學(xué)習(xí)還有一定的提升空間，在今后教學(xué)過程中需要采取相應(yīng)方法來提升自學(xué)能力。

3.1.3自主學(xué)習(xí)過程考核對課程討論區(qū)回文次數(shù)、閱讀課程通知次數(shù)、上交課程作業(yè)次數(shù)和提交在線測試數(shù)量4個自主學(xué)習(xí)指標(biāo)求和統(tǒng)計，結(jié)果見圖4所示。從圖中看出，2016和2017級學(xué)生自主學(xué)習(xí)次數(shù)較高；全體統(tǒng)計結(jié)果顯示低于平均次數(shù)的人次均超過50%，說明學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動力不足；最高和最低次數(shù)的最大值均出現(xiàn)在2017級；4個年級自主學(xué)習(xí)的平均次數(shù)分別為22、53、78和114次，說明適當(dāng)增加線上教學(xué)活動會有提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。3.1.4強制學(xué)習(xí)過程考核對課程討論區(qū)回文次數(shù)、閱讀課程通知次數(shù)、上交課程作業(yè)次數(shù)和提交在線測試數(shù)量4個強制學(xué)習(xí)指標(biāo)進(jìn)行求和統(tǒng)計分析，結(jié)果見圖5所示。從圖看出，強制學(xué)習(xí)次數(shù)較高的是2015和2017級，主要是因為強制引入課前問卷調(diào)查和課件內(nèi)容自學(xué)的原因。強制學(xué)習(xí)過程中，高于平均值的人數(shù)分別占總?cè)藬?shù)的60.6%、61.2%、59.1%和61.4%，均接近60%，說明強制學(xué)習(xí)的效果較好；強制學(xué)習(xí)最高和最低次數(shù)的最大值出現(xiàn)在2017級，說明適當(dāng)增加線上教學(xué)也可以提升強制學(xué)習(xí)效果。

3.2教學(xué)效果分析

采用平時作業(yè)成績、在線小測試成績和期末考試成績3個因素評價最終學(xué)習(xí)效果，具體結(jié)果見表1~3。表中的A~E五個等級分別表示優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格，其中A-優(yōu)秀占比(90~100分)，B-良好占比(80~89分)，C-中等占比(70~79分)，D-及格占比(60~69分)，E-不及格占比(小于60分)。從表1看出，平時作業(yè)優(yōu)秀占比較高的是2015級和2017級，均超過30%；良好成績占比最高的是2017級，占比超過60%；中等占比較少的是2014級和2017級，均低于10%；2017級屬于全線上教學(xué)，平時作業(yè)也是線上提交，良好以上的比率比2015和2016級分別提高11.9%和15.4%，線上教學(xué)增加可以使學(xué)生平時作業(yè)成績的優(yōu)秀和良好比率提升。從表2看出，隨堂小測成績，2017級全線上教學(xué)隨堂小測成績優(yōu)秀的比率比2014、2015和2016級分別39.1%、40.1%和38.0%，不及格的比率分別降低2.6%、2.0%和19.0%，因為采用全線上教學(xué)，教學(xué)過程中可以加強線上學(xué)習(xí)的監(jiān)管，進(jìn)行隨堂小測試的時候可以等待全部學(xué)生提交測試之后再結(jié)束測試，且在隨堂小測后面增加一個糾錯環(huán)節(jié)，糾錯成果還可以加分，容易調(diào)動學(xué)生的積極性，增強學(xué)生的參與感。而2014~2016級是在課堂最后10min完成，監(jiān)管效率相對較好，有部分學(xué)生沒有認(rèn)真參與而導(dǎo)致成績偏低。從表3可以看出，2017級學(xué)生期末成績中優(yōu)秀比率比2014~2016級提升了2.2%，良好的比率分別提升了11.8%、12.9%和3.1%；中等的比率比2014級和2016級低35.7%和3.4%；及格比率比2015級和2016級低15.4%和3.9%；不及格的比率比2014和2015級分別降低3.5%和1.7%，比2016級高2.0%，同樣說明增加線上教學(xué)可以有效提升學(xué)生期末成績良好和，從而達(dá)到提升學(xué)習(xí)效率的目的。

4結(jié)語

通過對“太陽能熱利用技術(shù)工程”混合式課程學(xué)習(xí)過程和最終學(xué)習(xí)效果的統(tǒng)計分析顯示，使用線上學(xué)習(xí)可以有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。另外，學(xué)生的在線測試成績、作業(yè)成績和期末考試成績也能夠得到明顯的提升。建議在以后的混合式教學(xué)過程中可以從以下幾個方面對課程進(jìn)行改進(jìn)：(1)教學(xué)前：改變學(xué)生課前預(yù)習(xí)方式，盡量采用線上預(yù)習(xí)，可以對線下針對性教學(xué)提供依據(jù)；(2)教學(xué)中：豐富教學(xué)手段，增加線上學(xué)習(xí)趣味性，提升學(xué)生自學(xué)的積極性；可以適當(dāng)插入與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的科技前沿視頻，以便于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還可以讓學(xué)生感受到“學(xué)有所得，學(xué)有所用”的具體含義；(3)教學(xué)后：不能讓學(xué)生自主完成在線小測試和問卷調(diào)查，應(yīng)該采用強制手段提升學(xué)習(xí)效率；(4)在混合式教學(xué)過程當(dāng)中應(yīng)該明確相應(yīng)的評價體系，比如將在線小測成績、閱讀課程資源情況和在線學(xué)習(xí)時間作為平時成績的一個部分，以此調(diào)動學(xué)生線上學(xué)習(xí)的積極性；(5)利用線上教學(xué)的試題庫和模擬考試的方式來提升學(xué)生期末考試的試卷成績。

作者：徐眾 侯靜 吳恩輝 單位：攀枝花學(xué)院