加拿大卡爾頓大學(xué)混合式課程教學(xué)的互動性和導(dǎo)向性
——以機(jī)械航空系的熱工課程為例

曲 燕

(中國石油大學(xué)(華東) 化學(xué)工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

世界大學(xué)實驗室

加拿大卡爾頓大學(xué)混合式課程教學(xué)的互動性和導(dǎo)向性
——以機(jī)械航空系的熱工課程為例

曲 燕

(中國石油大學(xué)(華東) 化學(xué)工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

互聯(lián)網(wǎng)催生了慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等基于信息化資源的教育新形態(tài)，北美高校在混合式教學(xué)和探究式學(xué)習(xí)領(lǐng)域領(lǐng)先全球。該文以加拿大排名前五的綜合性大學(xué)——卡爾頓大學(xué)機(jī)械航空系熱工課程的教學(xué)為例，闡述了如何做到課堂互動形式的有效、互動內(nèi)容的多樣、互動的有序和自主，從倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、發(fā)展信息化學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、助教制度3個方面介紹了問題導(dǎo)向式的課程教學(xué)，為國內(nèi)高?；旌鲜秸n程教學(xué)改革提供借鑒。

混合式課程教學(xué)； 互動性； 導(dǎo)向性； 熱工課程

以提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣為目的而實施的各種課程改革在國內(nèi)盛行，提出了混合式教學(xué)的理念，其本質(zhì)是打破課堂教學(xué)的單一模式，利用豐富的信息化資源，讓學(xué)生逐漸成為學(xué)習(xí)的主角，主要的改革形式有：慕課[1-4](MOOC)、微課[5](micro-course online Video)、翻轉(zhuǎn)課堂[6](Flipped classroom)、精品課、視頻公開課[7-8]。筆者通過旁聽卡爾頓大學(xué)機(jī)械航空系的3門課程，即本科二年級的ThermodynamicsandHeatTransfer、四年級的HeatTransferforAerospaceApplication和研究生的ComputationalFluidDynamics，探討了國內(nèi)外互動式課堂在形式、內(nèi)容、秩序、發(fā)起者方面的差異性，以及卡爾頓大學(xué)通過先進(jìn)的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和助教制，發(fā)揮數(shù)字化教學(xué)優(yōu)勢的具體做法，以期對我國高?；旌鲜秸n程教學(xué)提供借鑒。

1 課程教學(xué)的互動性

(1) 互動的有效形式。課堂互動的主要形式是師生間的問答，課堂互動的頻率會因課程的性質(zhì)、課堂的人數(shù)、學(xué)生的年級而不同。先入為主的觀念認(rèn)為，低年級、教學(xué)內(nèi)容相對簡單、課堂人數(shù)多的大課，互動次數(shù)會少，其實恰恰相反。比如，Thermodynamicsandheattransfer是機(jī)械航空系大二必修課，課堂人數(shù)超過120，每次課1.5小時，中間不休息。教學(xué)中，學(xué)生只要有不明白的地方，都會提問，平均一次課的問答至少10次。而四年級選修課HeatTransferforAerospaceApplication， 20人左右，1.5小時的課堂，平均互動次數(shù)不超過4次。而20～30人左右的研究生課ComputationalFluidDynamics，互動的次數(shù)更少。其原因在于，低年級學(xué)生初次接觸專業(yè)基礎(chǔ)課，有些內(nèi)容比如熱力學(xué)第二定律、熵、有效能、實際朗肯循環(huán)(過熱、再熱、回?zé)?的熱力計算等比較抽象，一開始接觸較難透徹理解。

(2) 互動內(nèi)容的多樣性。師生間課堂互動的問題可謂五花八門，比如，對某個知識點不明白要求教師再重申一下，同教師探討某個知識點是否有其他的理解方式，不知道黑板板書中某個符號的含義，筆記沒有跟上要求教師將黑板拉下等。學(xué)生不會因為某個簡單或瑣碎的問題而起哄提問者，教師對每個問題的回答真誠而耐心，良好的課堂氛圍自然形成并無形中鼓勵了課堂的互動。

(3) 互動的有序性。如何保證課堂互動的秩序，是互動式教學(xué)非常關(guān)注的問題。加拿大的課堂，互動頻繁有序，效果很好。學(xué)生提問不用起立，但是必須舉手示意，教師點到你，才能提問。為了保證某個知識點的連貫性，比如推導(dǎo)熱力學(xué)關(guān)系式時，教師會持續(xù)將這一部分講完，然后回答問題。教師不會為了鼓勵互動而犧牲教學(xué)內(nèi)容的連貫完整性，對知識信息的傳授必須是嚴(yán)肅的，盡管傳授的形式可以是輕松的。這就是卡爾頓大學(xué)的課堂給我的最大感受：嚴(yán)肅、活潑。教師從來不點名，每次課都是滿滿的，去晚了就只能坐到后排。國外的教學(xué)硬件設(shè)施并不比國內(nèi)先進(jìn)很多。我所旁聽的這門大二的課，是在卡爾頓大學(xué)早期建立的那種比較小的階梯教室上的。教室的座位排列很密，沒有桌子，每個椅子扶手處有能翻轉(zhuǎn)折疊的寫字板，可以放下A4大小的筆記本，坐在后排的學(xué)生也秩序井然。

(4) 互動的自主性。國內(nèi)高校課堂上，學(xué)生很少發(fā)問，教師多是問題的提出者，當(dāng)沒人回答時，點名回答是常態(tài)。加拿大高校的課堂上，學(xué)生具有很強的互動自主性，提問者多是學(xué)生，教師反倒提問少，更不會點名回答。這其實也體現(xiàn)了中加教育文化的差異，加國文化認(rèn)為點名回答顯示了教師的特權(quán)，有違平等原則，教師應(yīng)該尊重學(xué)生不回答的權(quán)利。

2 課程教學(xué)的導(dǎo)向性

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由2個階段組成：第一階段是信息的傳遞，一般在課堂上通過教師的講解完成。第二階段是內(nèi)化吸收，必須通過學(xué)生在課下作業(yè)或課題的解答中完成。我國高校本科生習(xí)慣于接受性學(xué)習(xí)[9]，過分依賴課堂學(xué)習(xí)，缺乏課下將課堂內(nèi)容吸收內(nèi)化的能力，其可能原因是：(1)習(xí)題設(shè)置與實際問題結(jié)合不緊密，無法調(diào)動學(xué)生的積極性；(2)考核方式主要依靠結(jié)果導(dǎo)向式的考試，忽視了過程導(dǎo)向式的作業(yè)、課題研究對學(xué)生吸收內(nèi)化課堂知識的重要性；(3)學(xué)生缺乏運用所學(xué)理論、方法、知識去解決實際問題的主動性和自發(fā)性。

造成的不良學(xué)習(xí)效果體現(xiàn)在：(1)學(xué)后不久就忘，比如，上學(xué)期剛學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)知識，下學(xué)期在某個專業(yè)課上提到時，多數(shù)學(xué)生都不記得了;(2)不善于通過分析將具體問題簡化及數(shù)學(xué)化,比如，從爐中取出的小鋼球在空氣中冷卻的問題，是一個暫態(tài)導(dǎo)熱問題，如果將溫度場看成是時間與空間的函數(shù)，即使只考慮空間坐標(biāo)x方向的影響(即1D暫態(tài)導(dǎo)熱問題)，導(dǎo)熱微分方程的求解也要采用分離變量法，計算過程復(fù)雜,但如果能發(fā)現(xiàn)鋼球很小，其導(dǎo)熱系數(shù)很高，內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻比起邊界上的對流換熱熱阻可以忽略，就能將問題簡化為溫度場只與時間而與空間無關(guān)的集總參數(shù)問題，使求解大大簡化。

加拿大高校的課程教學(xué)具有顯著的導(dǎo)向性：以探究性學(xué)習(xí)為主，著力培養(yǎng)獨立思考、分析解決實際問題的能力。教學(xué)以學(xué)生的內(nèi)化吸收為主，教師的信息講授為輔。以下的幾點做法值得借鑒。

2.1 重視問題導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)

以機(jī)械航空系大四限選課HeatTransferforAerospaceApplication為例，在約26課時(13次課，每次1.5h)的教學(xué)中，覆蓋的教學(xué)內(nèi)容與筆者當(dāng)年大學(xué)時專業(yè)基礎(chǔ)課“傳熱學(xué)”48課時涉及的內(nèi)容相當(dāng)。大量的內(nèi)容，要求學(xué)生課下讀教材、參考書自學(xué)，并完成相應(yīng)的作業(yè)。自學(xué)中遇到的問題，隨時在后面的課堂學(xué)習(xí)中提出，教師會給出求解的思路。作業(yè)題中的2/3都不是幾步簡單的推導(dǎo)能解決的，是比較大的綜合題。

筆者試做了導(dǎo)熱部分的9個習(xí)題，涉及的知識點包括：(1)1D柱坐標(biāo)下導(dǎo)熱微分方程的推導(dǎo)；(2)1D 有內(nèi)熱源大平壁的導(dǎo)熱；(3)通過等截面直肋的導(dǎo)熱；(4)集總參數(shù)法求解1D非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；(5)1D球坐標(biāo)下非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的近似解(one term approximation)；(6)用有限差分法求解1D穩(wěn)態(tài)、2D非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。

幾乎每一個題都涉及教材1～2章的內(nèi)容，要想正確求解，必須首先讀懂教材中分析問題的思路、詳細(xì)的推導(dǎo)過程，估計完成一個題目至少要半天時間。有些內(nèi)容，如數(shù)值法求解導(dǎo)熱問題，課堂上幾乎沒涉及，幾乎全靠自學(xué)并完成2個習(xí)題。這門選修課，平時隨堂有7組20個習(xí)題，期中(midterm)習(xí)題3個，一共23個習(xí)題。這僅是選修課的課下自學(xué)量，必修課因為課時更多，學(xué)生課下的學(xué)習(xí)量更大。所以，卡爾頓大學(xué)深夜的圖書館仍然有很多自習(xí)的學(xué)生，圖書館除了法定假日，每天24:00才關(guān)門，餐廳22:00關(guān)門，為學(xué)生晚自習(xí)提供條件。

2.2健全的助教制促進(jìn)學(xué)生對知識的內(nèi)化吸收

加拿大高校的很多課程都有助教(TA)協(xié)助主講教師共同完成教學(xué)任務(wù)，為學(xué)生課下的學(xué)習(xí)提供輔導(dǎo)。助教的類型一般分為以下幾種：改作業(yè)或者試卷(grader), 答疑 (help session), 習(xí)題課(recitation), 實驗課(labs)，承擔(dān)一定教課任務(wù)(instructor)。其中g(shù)rader對語言要求最低，instructor的難度和工作量最大。由于是帶薪的，所以TA職位比較搶手。像“微積分”這種幾乎所有院系的必選課，TA的機(jī)會較多；工科的課一般要有充足的funding才配備TA，且主要面向本系或相關(guān)院系，機(jī)會相對較少。

加拿大高校的TA制度非常健全，涉及申請、培訓(xùn)、考核、獎勵、監(jiān)督各環(huán)節(jié)。申請TA有嚴(yán)格的要求，最基本的要求是新生在第一年必須通過英語考試，只有優(yōu)秀的學(xué)生才能當(dāng)選，嚴(yán)格保證教學(xué)質(zhì)量。第一次做TA要進(jìn)行專門的培訓(xùn)，比如教學(xué)法；每年還要接受網(wǎng)上培訓(xùn)及測評；年底還有優(yōu)秀TA表彰。學(xué)校會規(guī)定授課教師經(jīng)常觀摩TA主持的教學(xué)活動，以進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督[10]。

2.3 課程管理的高度信息化助力混合式教學(xué)

卡爾頓大學(xué)有非常先進(jìn)的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(cu Learn)，教師(instructor)、助教(TA)、學(xué)生(student)分別通過不同的入口進(jìn)入cu Learn，利用信息化資源，完成課下的“online教-輔-學(xué)”過程，使課堂教學(xué)、課下自學(xué)和研討有機(jī)結(jié)合，踐行了連通主義(Connectivism)學(xué)習(xí)理論[11-12]。

教師可以通過該系統(tǒng)，完成4個方面的教學(xué)任務(wù)：

(1) 上傳課程資源。如課件、習(xí)題、參考書、視頻、URL等。

(2) 開展課業(yè)交流(communication)。比如，通過公告欄(News Forum)發(fā)布課程重要信息；通過郵件(email)或討論組(Forum)與TA、學(xué)生之間進(jìn)行非同步的文字交流；通過聊天室(chat)與TA、學(xué)生間進(jìn)行同步文字交流，非常適用于同課題的多人討論(group study)、教師/TA校外辦公(online office off campus)、在線答疑(question & answer session)、期末輔導(dǎo)(tutorial sessions for exams)；通過big blue button發(fā)起同步網(wǎng)絡(luò)會議；通過schedule進(jìn)行與學(xué)生1對1的預(yù)約輔導(dǎo)等。

(3) 對學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行評價。比如平時出勤、課程活動、作業(yè)、測驗、是否作弊等。

(4) 通過E-grade系統(tǒng)上傳學(xué)生的成績。

另外，TA通過該系統(tǒng)，主要完成上述教師系統(tǒng)的(2)、(3)兩方面的輔助教學(xué)任務(wù)。學(xué)生通過該系統(tǒng)，主要完成課程資料的下載、與教師/TA的課程交流、提交作業(yè)與實驗報告、查看課程公告及成績等。

3 結(jié)語

課程教學(xué)的手段萬變不離其宗，其宗旨就是提高學(xué)生對課堂知識的內(nèi)化吸收能力。只學(xué)不練，永遠(yuǎn)無法形成本領(lǐng)；只練無人指導(dǎo)，容易流于盲目。加拿大高校輕松有序的課堂互動，使知識的傳授更加人性化；發(fā)達(dá)的信息化學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，使課程的教、學(xué)、評、測、練的多個環(huán)節(jié)借助數(shù)字化教學(xué)方式完美呈現(xiàn)，獲得了更佳的教學(xué)效果。在混合式教學(xué)的發(fā)展中，不會被各種教學(xué)形式牽引而忽視了其教育理念的實質(zhì)。

References)

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[7] 胡樹祥， 謝玉進(jìn)，陳士平，等.中國大學(xué)視頻公開課的現(xiàn)狀及其發(fā)展思考[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013(3):11-12，53.

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Interactivity and guidance of blended course teaching in Carleton University of Canada:Case study of thermal engineering courses in Department of Mechanical and Aerospace Engineering

Qu Yan

(College of Chemical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

The Internet has spawned a new form of education based on informationization resources such as MOOC, the micro-class, the flipped classroom, etc. North American universities are leading the world in the blended teaching and the inquiry learning. This paper takes as an example the teaching of thermal engineering courses of Department of Mechanical and Aerospace Engineering in Carleton University, which is one of the Canada’s top five comprehensive universities, and elaborates how to make the classroom interactive form effective, the interactive content diverse and the interaction orderly and autonomous. From the following three aspects: promoting students’ independent learning, developing the informationization management system and setting up the teaching assistant system, the problem-based teaching is introduced, which provides references for China’s universities to carry out the reform on blended course teaching.

blended course teaching; interactivity; guidance; thermal engineering courses

G642.0

A

1002-4956(2017)10-0273-03

10.16791/j.cnki.sjg.2017.10.069

2016-12-18

中國石油大學(xué)(華東)教學(xué)改革項目(JY-B201409)

曲燕(1980—)，女，山東濟(jì)南，博士，副教授，主要從事強化傳熱與節(jié)能技術(shù).

E-mail：yanqu@upc.edu.cn