基于自主学习能力培养的工程热力学双语混合式教学改革

郑仙荣，赵贯甲，冯彪

（太原理工大学 电气与动力工程学院，山西 太原）

一 引言

工程热力学是能源与动力类专业必修的专业基础课程，它上挂基础课，下联专业课，学生通过学习能够明确本专业的研究方向和学习任务[1]。 工程热力学开展双语教学是培养能源与动力类专业人才具备国际化视野的重要手段，对于提高专业人才的国际竞争力具有重要作用[2]。

对于工科专业基础课的双语教学而言，专业知识的学习和英语技能的学习同等重要，优良的教师素质是双语教学效果和质量的必要保证。教师要具有扎实牢固的专业课知识、灵活应用英、汉双语讲授专业知识的能力和丰富的教学经验[3]。除此之外，学生自身因素和适宜的教学方法也尤为重要。

二 课程教学现状

以往工程热力学双语教学效果并不理想，主要存在以下问题：学生不愿意看英文教材；课前不预习，课堂听讲困难；读不懂课后习题或测试试卷内容，或者看懂题目，却不能用英语很好地作答；限定学时内完成教学内容较困难等。这些问题可归结为以下三点因素：第一，学生的自主学习能力较差；第二，学生在心理上对双语教学抵触；第三，双语授课模式和学生的学习模式不匹配。

对照工程热力学课程在能源与动力类专业课程的培养要求，基于对前期双语教学中存在若干问题和学习效果剖析的基础上，本课程团队在双语教材选择、授课方式、授课模式、教学考核和学生因素等多个方面进行了探索与尝试，旨在提升双语教学质量的同时，进一步培养学生的自主学习能力。

三 教学实践

（一）教材的选择—英文教材（主）+中文教材（辅）

教材的选择对于双语课教学质量有重要的影响，适合专业特点的教材是保障双语教学效果的重要前提。教材最好是原汁原味的英文教材，应体现最新的知识体系和学科前沿进展，采用准确的语言以及清晰的逻辑来介绍相关知识[4]。前期教学实践证明，若只选英文原版或影印版教材，学生难以较快理解英文表达的专业内容，不利于专业知识的学习，慢慢会在心理上对教材本身或双语教学产生抵触情绪，减弱学习新知识的积极性。若只选用中文教材，学生又缺失学习英文专业术语的环境和英文表达的思维方式，效果也不佳。因此，课程团队选用英文影印版教材Thermodynamics An Engineering Approach为主要教材。该教材的特点是强调对基本热力学原理的理解和应用[5]：典型实例多，图文并茂，直观生动，利于培养学生对热力学的直观理解；学习目标明确，内容概述和文末总结可快速总览章节主要内容及关联性；强调知识的应用，让学生充分理解工程科学原理；实际问题和拓展设计题，以及针对热力学课程特点的与经济和环境有关的题目，使学生在掌握解决问题的能力的同时，增强节能、环保、安全和经济可行性的意识。英文表达浅显易懂，叙述逻辑性强。可以激发学生学习专业知识的热情。同时推荐一两本合适的中文教材辅助。实践证明，英文教材内容的广度和中文教材内容的深度互为补充，既有利于学生专业理论知识的学习，也有助于专业外语知识的学习，对于提高学生的学习兴趣，培养学生的逻辑思维能力以及提高专业外语的学习能力都有较好的作用。

（二）授课方式—英文（主）+中文（辅）

工程热力学双语教学中，课堂PPT、板书内容和教案均采用全英文形式呈现；简单知识点均采用全英文讲解，重点和难点先采用英文讲解然后再用中文作做一步解释。会根据学生的课堂反馈及时调整课堂中英文的使用比例。

课前预习测试，单元小测试和作业题，考试试题均采用全英文形式，并规定所有习题中的80%必须采用英文作答。

（三）授课模式—混合式教学（以“学习通”为平台）

为了更好地以双语授课的方式完成工程热力学教学内容，特以“学习通”为平台，采用学习内容模块化，知识点碎片化、学习时间分段化的线上线下混合式教学。

1.学习内容模块化

工程热力学内容多、概念多、抽象、理论性强、公式多、工程应用背景强，学生要想学好难度较大。因此在教学时按知识特点概括为基本理论和基本理论的应用两大模块，如图1所示。

图1 工程热力学知识模块图

本着厚基础、宽知识面、加大工程应用的教学理念进行教学内容的设计和建设。基本理论模块重点讲解，学时分配相对多一些，学生通过学习通平台学习基础知识，达到了解和理解的要求；教师在课堂上以巩固和强化重点与难点，拓展基本理论的应用为主进行讲解。在整个教与学的过程中，教师会关注学习通平台学生学习动态，及时、有效地答复答疑区、讨论区和交流区的各种问题，解决学生不能解决的问题；并记录学生在平台的学习过程、分析学生的学习行为、收集学生的学习基本情况。对教学结果及时分析总结，有助于后续章节内容的教学设计。

基本理论的应用模块主要是从工程观点出发，应用基本理论对各种热力设备或各种工程循环中能量转换途径和能量利用有效性进行探讨。这部分内容具有共通性，可对每一部分内容提出相应的任务和最终需达成的要求，采用自主学习的翻转课堂教学模式进行。学生在课前分组自学、讨论、做出课件并在课堂上讲解，此项任务需要小组成员团结协作，共同付出努力，最终成绩体现的是整个小组的努力和学习效果。

2.学习时间阶段化

学生是学习的主体，在教学中要充分调动学生学习的主观能动性，提升学生的自主学习能力，提出“课前导学+课中提升+课后检测+课后复盘”几个学习阶段。

（1）课前提纲式导学

将课程内容在模块化的基础上再进行知识点碎片化处理，以知识点为单位录制若干讲解视频。教师提前将视频资料和中文辅助课件，以及相关英语专业词汇和惯用科技英语表达语句上传到学习通平台，并发布预习任务和预习目标。同时发布提纲式测试题，测试成绩可以体现学生的预习成效。要求学生根据题目知识点对教材中相应内容选择精读或泛读；纵览所有题目，可清楚本单元内容的大致构架和知识之间的关联，做好听课知识储备。预习资源可以来自于以下几方面：英文教材、中文教材、老师的课件以及中国大学MOOC平台的工程热力学精品课程等。

（2）课中求解式提升

课堂教学内容采用工程热力学知识的生活应用实例以英文形式导入，并提出一两个引发思考的问题，引起学生们的学习和探究兴趣，激发学生的学习热情。

带着预习测试题边听课边对预习答案进行修正，要求学生标注出测试题中哪些是通过预习解决的，哪些是通过听讲才明白的，哪些是听课后仍然不明白的。从测试题的作答情况分析出学生预习和上课听讲的效果，及对各知识点的掌握情况。基于此，教师可以及时调整上课节奏。

课堂教学环节应注重教与学的互动，分为两种形式：形式一，教师首先用英文快速梳理章节知识点，根据学生在学习通平台的学习状态，回顾和强化重点与难点，可进一步通过典型题型巩固学习效果；教师可以围绕平台视频资料，针对性地设计课堂提问、知识点讨论及随堂测验；也可以对大概率错题进行点评和答疑。形式二，自主学习的翻转课堂教学模式，主要体现在基本理论的应用模块。将常见的工程应用领域分为图1所示的五类，对每一部分内容提出相应的任务和最终需达成的要求，即工程应用中的作用、基本工作原理、能量转换和利用率的计算、理论循环与实际工程循环的差别、影响因素分析、以及相关知识应用领域的最新成果等。学生在课前分组（每组5人）自学、讨论、做出课件并在课堂上讲解。其他组的同学和老师均可以对所讲内容进行修正或补充。

此种教学模式将学生从原来的被动知识接受者转变为主动的学习构建者。小组同学为了较好地完成任务，都需要认真学习、查阅资料、互相交流，可锻炼团队协作意识，增强学生自主学习的能力，提高思辨精神和独立思考能力，以及交流表达能力。在这个环节中，教师更偏重于对应用模块内容要求的最终达成度的关注，学生所提问题的分析和讨论等，同时可以培养学生对实际复杂的工程问题进行抽象和简化的思维方式。在整个教与学的互动中，鼓励学生尽量以专业的英文方式提问或回答问题。

（3）课后检测式提升

每一章节学完后会在学习通平台发布章节小测试，时间30分钟。该测试题会发布两次，间隔时间是1周。第一次测试成绩反馈学生对本章节内容的学习成效，学生可以根据自己的成绩分布发现对知识点的理解和掌握情况，便于及时弥补不足和进一步学习。复习一周后，再进行一次测试，此次成绩体现复习效果，有助于增强学生自主学习的成就感。

（4）课后复盘式总结

每节课堂的前10分钟要求学生做两件事：第一，以思维导图的方式对前一节课（学习通平台和课堂讲授）的主要内容进行复盘；第二，总结已学英文专业词汇及专业性术语的英文表达。例如，热力学微分关系式是揭示热力学中主要物理量之间内在联系的关系式，非常重要，但关系式多且复杂。学生就利用思维导图（图2）对这部分内容进行复盘，很好地理清了各关系式之间的关系。复盘过程也是梳理自己学习思路的过程，可将零散的知识系统化，既有助于加深对专业知识的理解和记忆，又有助于学生开拓学习思维。及时总结并记忆专业术语的英文表达，有利于提升后续内容的学习效率。

图2 热力学微分关系式思维导图

这两件事情均要求以PPT形式呈现，并在规定时间内讲述完毕（鼓励全英文方式，也可采用中英文结合方式）。如此回顾知识的模式锻炼了学生在规定时间内讲明白事情的能力。

“课前导学+课中提升+课后检测+课后复盘”的教学模式要求学生把学习的时间合理分配在课前有效预习、课中专注听讲和课后及时总结复习各个环节。实践了两个单元后，学生的学习成效明显，自我感觉效果较好。课前预习环节使得课堂听讲效率更高，听课目的性更强，课后适时复习总结，单元检测利于学生及时发现不足，反思学习效率，并及时调整学习节奏。如此循序渐进，学生们学习的自信心也在逐渐提高，真正达到了“磨刀不误砍柴工”的效果。

（四）教学考核—章节测试+期中测试+翻转课堂+ 期末测试

学生的学习效果通过学习成绩反映，考核是促进学生学习、提高授课质量的有效手段，也是了解学生学习效果、发现教学中存在问题的重要途径。因此，采用多元化的考核形式对学生的学习成绩进行评定。工程热力学内容共十二章，每章学习完都要进行测试，测试成绩占总成绩的12%，期中测试成绩占总成绩的5%。测试均以全英文形式呈现，借助学习通平台进行，学生提交后马上就可以看到自己的成绩和在班级的排名，同时可以查看答案解析，也实现了无纸化考核。为了提高学生的学习主动性，对基础知识的应用模块学习采用翻转课堂模式进行，同时增加一些研讨性作业，以小组为单位在课堂上汇报，该部分成绩占总成绩的10%；期末考试成绩占总成绩的73%。如此就将学生的平时学习成绩逐一纳入到总成绩评定中。实践证实这一系列考核环节的设置可以从不同角度督促学生认真学习，积极思考，逐步提高自主学习能力。

（五）学生因素—扎实基础+心理接受+循序渐进

双语教学不但要求教师要有扎实的专业知识，熟练的英语表达和较强的课堂组织能力，对学生也是一个挑战。工程热力学是一门理论性较强的课程，需要学生具备扎实的高等数学和大学物理等基础知识，还需要具备较好的英语听说读写能力。在课程刚开始，大部分学生会觉得不适应，听不懂，这就要求学生首先在心理上要接受双语授课这个事实，然后端正态度，查漏补缺。教师鼓励学生积极应对，坚持学习，按照老师的要求提前在学习通平台进行充分的预习，并熟记一些老师在平台上提前发布的专业术语和专业词汇，能更容易理解授课内容，提升课堂效果。学习是个循序渐进的过程，坚持一段时间后，学生的学习效果有了明显提升。《工程热力学》双语课程的学习也会为后续的《循环流化床技术》双语课和《专业外语》的学习打下扎实的基础。

四 结语

高校开展双语教学是一个系统工程，既包括专业知识的学习，也包括英语技能学习。《工程热力学》课程双语教学效果与教材选择、授课方式、授课模式、教学考核、学生因素等多方面有着密切联系。合理有效的授课模式能有效激发学生学习兴趣，有助于调动学生学习的主观能动性，培养学生的自主学习能力；有助于培养学生的独立思考、团队协作以及顺畅的交流沟通能力。在教学效果上，它实现了从知识灌输为主向能力培养与知识传授并重的教学重心转变，是一种值得尝试的双语教学方式。