太阳能热利用工程技术教学有效性

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[摘要]利用“清华在线”平台对“太阳能热利用工程技术”课程进行混合式教学，并对学习过程和教学效果进行分析。教学过程统计结果显示，适当增加线上教学，可以提升学生自主学习能力；学习结果统计显示，增加线上教学可以提升期末成绩良好和优秀占比，降低不及格的占比，学习效率得到明显提升。

[关键词]混合式课程；自主学习；强制学习；在线学习时长；在线小测试

随着“互联网”的不断发展，以教师为主的“满堂灌”模式，逐渐变化为“以学生为主体，教师为主导”的模式[1-2]。尤其2020年上半年受“病毒肺炎”疫情影响，学生无法按时返校，响应教育部“停课不停学”的理念[3]，线上教学成为学习主要方式，下半年则出现“线上+线下”并行的模式，这种线上和线下有机结合的模式就称为混合式教学[4]。其中欧美院校对混合式教学的研究与尝试起步较早、相对成熟[2]，在学习层面以开放性课堂、多样化传授和共享化资源为主，在教师层面通过制定教师能力、专业素养和知识技等系列标准，来提升教学效率[5]。国内混合式教学还处于探索阶段，大多数研究都是以一门课程的教育教学设计为主[2,5]，对混混合式课程的教学方法、教学平台、教学领域和教学评价的研究不够深入[6-7]。国内研究者采用混合式教学模式对现代仪器分析实验课程[8]、无机化学课程[9]、大学化学[10]和大学物理[11]等理论或实验课程进行教学，并对学习有效性进行评估，结果显示，混合式教学模式能有效提升学生自主学习效率。而聂阳[12]则采用混合式教学建设了FPGA实验实践教学平台，用线上远程理论教学及自主实验模拟的方式完成实验教学。管恩京[13]和商娟叶[14]等则对混合式课程体系的教学效果进行统计分析，还有采用“雨课堂”和“钉钉直播”开展混合式课程教学显示，学生的学习积极性、自觉性以及师生互动性均得到提升[15-17]。本文采用“清华在线平台”、“课程伴侣”和课堂讲授的混合式教学模式，对攀枝花学院钒钛学院2014~2017级新能源科学与工程专业的“太阳能热利用工程技术”课程的学习效果进行分析，以此促进教学改革和教学效果的提升。

1混合式课程信息

1.1课程属性

攀枝花学院新能源科学与工程专业2014年开始招生，目前有毕业生3届，培养以新能源系统工程应用和钒钛新能源材料为主。专业建的思路是以人才培养方案为导向、以课程体系建设为基础、以重点实验为载体、以创新创业实验为驱动力、以学科竞赛为初级目标。培养以传热学、流体力学和工程热力学为热工基础理论，以新能源概论、储能原理与技术、光电与光化学转化原理、生物质能转换原理与技术、太阳能热利用工程技术、太阳能光伏发电工程技术和新能源热利用与热发电原理及系统为专业理论，以太阳能技术集成及应用推广四川省高校重点实验室和四川省太阳能技术集成工程实验室两个实验平台为基础，开展储能原理与技术综合实践、专业实验、虚拟仿真、课程设计、综合实训、认知实习和毕业论文等实践和实训课程，建设以“公共基础+理论+实践实训”为一体的课程体系，以实现该专业“理论+实验+实践+实训+创新创业+毕业设计”为一体化培养模式。其中太阳能热利用工程技术就是课程体系当中重要的一门理论课，因此本次研究就以“清华在线”平台为基础，建设混合式课程，并对4年的教学效果进行总结分析。

1.2课程信息

“太阳能热利用工程技术”混合式课程(48学时，3.0学分)，历经4届教学积累(2014级38人，2015级49人，2016级44人，2017级44人，共计176人)。具体教学方式，2014级以线下课堂教学为主，线上以随堂小测和PPT自学为辅助；2015级以课堂教学+课前问卷调查+课件内容自学+随堂小测+课堂教授+课堂讨论为主；2016级以课前5min科技前沿视频+10min上次课小测试讲解+20min课内知识点讲授+5min课内讨论+10min课后小测试为主；2017级采用线上教学，以课前预习+课堂讲解+课内讨论+课堂小测试+平时作业为主(由于疫情影响本次教学全部以线上教学为主，使用腾讯直播和PPT录播两种模式进行教学)。混合式课程教学统计分析，学习过程分析选取在线学习时间和进入课程次数2主要个指标，自主学习指标(包括：阅读教学资源次数、参与课程问卷调查次数、进入播课次数和学习播课视频次数4个量)和强制学习指标(包括：课程讨论区回文次数、阅读课程通知次数、上交课程作业次数和提交在线测试数量4个量)2个次要指标；教学效果评价指标1个(包括：随堂小测成绩、课程作业成绩和期末考试成绩)。

2混合式教学平台

2.1电脑端功能

目前混合式教学以“线上+线下”为主，线上教学以教育教学平台为主，如：清华在线、超星学习通、大学生慕课、课堂派、智慧树、教学视频录制、腾讯直播、钉钉直播、企业微信直播、雨课堂和微课堂等[7]。此次研究以太阳能热利用工程技术课程为主，采用攀枝花学院清华在线教育平台进行“线上+线下”的方式进行混合式教学。课程建设包括教学管理、课程建设、随堂教学、学习分析和课程预览五个部分。课程管理信息包括课程维护、课程通知、教师信息、选课学生管理、任课教师管理、课程归档管理等；课程维护能对课程封面、视频介绍、简介和大纲等进行修改；课程通知用于通知学生完成课前预习、在线小测试、课后作业以及相关问卷调查；教师信息和任课教师管理让学生了解上课教师的基本信息，还能对同一门课其它老师进行分工；选课学生管理可对学生学习情况进行统计分析；课程归档管理、课程间共享、邮件答疑、学习笔记和随堂建议等均可以用于学生自学情况分析。课程学习分析包括课程资源和视频访问情况、随堂小测试和平时作业成绩分布及提交率、论坛话题活跃情况、问卷调查参与率等，还可查看单元学习下每一个教学内容具体访问情况，包含了文献[18]当中的全部线上评价项目。根据这些统计分析就可以充分了解学生线上学习的具体情况，从而有针对性的实施线下课堂教学。

2.2手机端功能

混合式课程建设手机端使用软件为“课程伴侣”，上课前可让学生自行下载安装软件，同时教师在电脑端的学生管理处导入选课学生的进本信息后，学生用手机登录即可学习。手机端由资源中心、我的课程、随堂教学和个人中心四个部分组成，使用最多的是我的课程和随堂教学。进入我的课程可以浏览电脑端“基本信息、单元学习、课程资源、课程活动”里面的全部内容；随堂教学主要用于签到、随机点名和发起抢答，签到功能可记录已签到、未签到和迟到学生的信息，还可查看签到时间；线上教学时，教师可在手机端进行随机点名和发起抢答，检查学生在线情况。

3混合式教学分析

3.1教学过程考核

3.1.1在线学习时长考核在线学习时间是衡量学生线上学习最直接的指标，因此对2014~2017级的学生在线学习时长进行统计，结果如图1所示。从图中看出2017级时长比其它年级学生长，因2017级受疫情影响，不能正常返校上课，所以只能采用QQ直播+“清华在线平台”进行教学，同时还使用“课程伴侣”软件对学生的学习情况进行监测，所以在线学习时间比较长；最短的是2015级，因为2015级上课期间平台处于间断式维护，部分时段无法进入平台学习。对在线学习时间长短分段统计，结果如图2所示。从图中看出，小于500min以下的占56.07%，而500~1000min占比为28.9%，1000min以上的占比为15.02%，以每次课线上学习20min为基准(10min随堂小测试和10min课前预习和资源阅读)，则总时间就为480min计算，表明至少有43.93%的学生处于基础之上，能够达到强化自主学习的目的。另外，从人数上面看，时间在1000min以上人数最多的是2017级，因为该级学上是全线上教学，在线学习时间就会长一些。

3.1.2进入课程次数考核对混合式课程学生进入课程的次数进行统计，结果见图3所示。从图看出，进入课程的平均次数、最高和最低次数随着线上教学增加而提升，2014~2017级进入课程的平均次数依次为67次、98次、85次和114次，总的课程次数为24次，每次课签到1次，开展随堂小测1次，两个之和为48次，4个年级进入课程的次数平均值均超过该值，均达到强制学习的目的，而超出的部分为自主进入课程，说明增加线上教学不但能够满足强制学习的要求，还能够提升自主学习能力。但低于平均次数的人数依然占一半以上，说明自主学习还有一定的提升空间，在今后教学过程中需要采取相应方法来提升自学能力。

3.1.3自主学习过程考核对课程讨论区回文次数、阅读课程通知次数、上交课程作业次数和提交在线测试数量4个自主学习指标求和统计，结果见图4所示。从图中看出，2016和2017级学生自主学习次数较高；全体统计结果显示低于平均次数的人次均超过50%，说明学生的自主学习动力不足；最高和最低次数的最大值均出现在2017级；4个年级自主学习的平均次数分别为22、53、78和114次，说明适当增加线上教学活动会有提升学生自主学习能力。3.1.4强制学习过程考核对课程讨论区回文次数、阅读课程通知次数、上交课程作业次数和提交在线测试数量4个强制学习指标进行求和统计分析，结果见图5所示。从图看出，强制学习次数较高的是2015和2017级，主要是因为强制引入课前问卷调查和课件内容自学的原因。强制学习过程中，高于平均值的人数分别占总人数的60.6%、61.2%、59.1%和61.4%，均接近60%，说明强制学习的效果较好；强制学习最高和最低次数的最大值出现在2017级，说明适当增加线上教学也可以提升强制学习效果。

3.2教学效果分析

采用平时作业成绩、在线小测试成绩和期末考试成绩3个因素评价最终学习效果，具体结果见表1~3。表中的A~E五个等级分别表示优秀、良好、中等、及格和不及格，其中A-优秀占比(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)。从表1看出，平时作业优秀占比较高的是2015级和2017级，均超过30%；良好成绩占比最高的是2017级，占比超过60%；中等占比较少的是2014级和2017级，均低于10%；2017级属于全线上教学，平时作业也是线上提交，良好以上的比率比2015和2016级分别提高11.9%和15.4%，线上教学增加可以使学生平时作业成绩的优秀和良好比率提升。从表2看出，随堂小测成绩，2017级全线上教学随堂小测成绩优秀的比率比2014、2015和2016级分别39.1%、40.1%和38.0%，不及格的比率分别降低2.6%、2.0%和19.0%，因为采用全线上教学，教学过程中可以加强线上学习的监管，进行随堂小测试的时候可以等待全部学生提交测试之后再结束测试，且在随堂小测后面增加一个纠错环节，纠错成果还可以加分，容易调动学生的积极性，增强学生的参与感。而2014~2016级是在课堂最后10min完成，监管效率相对较好，有部分学生没有认真参与而导致成绩偏低。从表3可以看出，2017级学生期末成绩中优秀比率比2014~2016级提升了2.2%，良好的比率分别提升了11.8%、12.9%和3.1%；中等的比率比2014级和2016级低35.7%和3.4%；及格比率比2015级和2016级低15.4%和3.9%；不及格的比率比2014和2015级分别降低3.5%和1.7%，比2016级高2.0%，同样说明增加线上教学可以有效提升学生期末成绩良好和，从而达到提升学习效率的目的。

4结语

通过对“太阳能热利用技术工程”混合式课程学习过程和最终学习效果的统计分析显示，使用线上学习可以有效提升学生学习的积极性。另外，学生的在线测试成绩、作业成绩和期末考试成绩也能够得到明显的提升。建议在以后的混合式教学过程中可以从以下几个方面对课程进行改进：(1)教学前：改变学生课前预习方式，尽量采用线上预习，可以对线下针对性教学提供依据；(2)教学中：丰富教学手段，增加线上学习趣味性，提升学生自学的积极性；可以适当插入与教学内容相关的科技前沿视频，以便于调动学生学习的积极性，还可以让学生感受到“学有所得，学有所用”的具体含义；(3)教学后：不能让学生自主完成在线小测试和问卷调查，应该采用强制手段提升学习效率；(4)在混合式教学过程当中应该明确相应的评价体系，比如将在线小测成绩、阅读课程资源情况和在线学习时间作为平时成绩的一个部分，以此调动学生线上学习的积极性；(5)利用线上教学的试题库和模拟考试的方式来提升学生期末考试的试卷成绩。

作者：徐众 侯静 吴恩辉 单位：攀枝花学院