工程热力学MOOC视频资源构建策略与设计

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　　摘要：MOOC（Massive Open Online Course，大规模在线开放课程）作为一种新兴的教育模式，已经开始风靡全球并引领着教育变革。文章以工程热力学MOOC课程教学为例，借鉴新型网络教学模式，给出了该课程的MOOC视频资源的构建策略，并提出从教学资源呈现与组织、教学内容设计、交流互动设计、学习评价设计等一系列MOOC内容的设计。经过近一个学期MOOC的教学实践运行，大大提高了学生学习的自主性，学生学习热情高涨，在一定程度上很好地解决了部分学生不能适应研究型教学模式、课堂学习消化不良等问题，同时实现了优质教学资源共享。
　　关键词：工程热力学；MOOC视频资源；构建策略与设计；探索与实践
　　工程热力学课程是建筑环境与能源应用和其他与热能相关的专业中的一门重要专业基础课程，该课程的主要研究对象是热能与其他形式能量之间的转换规律及应用。它不仅是相关专业课的理论奠基石，同时还在能源、化工和冶金等工程领域中起到理论指导的作用。工程热力学课程内容多而抽象，公式多且与实际工程有十分密切的联系，记忆量大，掌握困难，是工科教学中难度较大的一门课程，如果处理不好，教师在教学过程中会“有心无力”，学生则会产生“这门课程深奥难学”的畏难心理。因此，相关专业的教师不断进行探索与改革以期改善“工程热力学”课程的课堂教学效果。
　　近年来一种新的教学模式——大型开放式网络课程 （massive open online courses，簡称MOOC，译为慕课）在中国正式推行。“慕课”是基于互联网的大规模、开放式的在线教学模式，教育资源丰富、形式灵活，学习不受空间时间的限制。学习者可以在各种时间和地点进行学习，不需要学籍就可以免费聆听丰富的网络课程，打破了时空限制，使弹性学习制度的进一步实施和不同层次学生的个性化学习成为可能。这就为我们提供一个启示：基于MOOC平台，将MOOC引入到研究型教学模式中，采取翻转课堂的方式，既能满足不同层次学生的个性化学习要求，又能实现传授知识、培养学生创新能力的目的。
　　1 MOOC视频资源构建策略
　　1.1以学生自主学习为原则
　　在网络学习环境下，MOOC打破了传统的面对面授课模式，学生可以根据自己的需求和认知水平去主动选择适合自己的课程。因此在课程资源构建和安排时，首先要考虑以学生自主学习为中心，明确学生的共性与个性需求，根据教学大纲，将课程的每章节按照学科知识体系特征划分为多个短小而连续的知识点，拆分并重新编排时要注意将逻辑性、关联性强的知识点适当规划整合，使课程内容按照由浅入深、由易到难的循序渐进的方式展开，每个小节以5到10分钟的视频来呈现，这样既可以引起学生对知识的渴望，满足学生利用碎片时间学习的需求，又可以使接受能力差的学生反复学习琢磨，有助于学生更加自主地调整课程学习的路径和进度。
　　1.2问题导向原则
　　MOOC教学是以视频为主，没有课堂教学的眼神互动交流，因此，视频讲解就需要迅速调动学生的注意力，强调开门见山揭示问题，吸引学生思考进而解决问题。在MOOC视频讲授时，教师首先通过合理的问题设计切入每个知识点，通过反思和案例讲解等策略，引起学生思考，进而聚焦知识点，最后再提出解决问题的途径和方法。例如在讲述《热力学第二定律实质》时，首先抛出问题：“既然能量是守恒的，为何还会有能源危机？”然后由能量的能质不同、能量的使用过程中数量是不变的，但可用能逐级递减等知识点的讲授，将问题层层分解，进而引出热力学第二定律方程的一致性表述。这种以问题为导向的视频讲授，能够帮助学生形成连贯的知识整体，可以有效调动学生的积极性，培养学生的思维能力。
　　1.3注重交互性原则
　　交互性的学习可以提升学生的学习动力和学习兴趣。但是与传统课堂相比，MOOC的授课教师与学生不直接接触，因而缺乏现场交互感。所以，为避免出现“一言堂”现象，教师在设计分镜头脚本时，一方面要注意授课过程的语言、语气和面部表情等，通过这些细节来传达和学生的交互信息；另一方面要充分利用MOOC平台环境，通过线上作业提交与评阅、问答交流、多平台分享等环节，实现师生互动；通过线下的分组讨论、作业互评、工程问题的编程设计等，实现学生间的互动。此外交流探讨环节还可以包括在MOOC视频内部或者论坛等区域，布置补充参考文献、推荐书目及工程实际案例等，这些设置可以使学生的思维和知识领域得到拓展。
　　2 MOOC内容的设计
　　2.1教学资源呈现与组织
　　工程热力学MOOC课程中，学生主要完成以下环节：观看教师发布的教学视频，查看与之相对应的PPT课件内容；完成教师发布在讨论区中的讨论题，提出自己的问题并得到答案；完成随堂测试及单元作业，完成全部课程后参加期末考试。MOOC教学主页的布局要简洁明朗，左边版面布置导航区，主要包括课程信息、课程内容、课程考试、课程讨论区等模块，课程以周为单位，每周时长在3～5小时之间。
　　考虑到视频可以重复观看、移植性好，对于跟不上进度的学习者将会是最好的学习方式。课程教学内容主要以短视频为主要载体，依据教学目标和课程标准要求，将知识内容分解为若干个较小的知识模块，通过包括PPT讲授、动画、课堂实录、录屏等方式，再通过技术层面的支持，将声音、图像、文字等各种学习资源进行整合，最终把知识点以多维度的视频形式呈现在学生面前，例如在 “水蒸气气化过程”一节的视频中，为了清晰直观的表述，视频主要以教师操作画面为主，在操作界面右下方同步播放教师讲课的小窗口，这样在吸引学生注意力的同时，还可以达到面对面、一对一授课的效果。
　　对于录屏式MOOC教学视频，除了使用PPT制作教学课件之外，我们还采用了Focusky和Flash等软件，制作了课程中工程问题抽象后的动态过程，如可逆热力过程、气体的多级压缩过程等，力争展现出具有不同的动画形式和演示特色的动态过程，这在一定程度上丰富了视频的表现力。对于与教学内容关联的工程案例拍摄型视频，我们运用推、拉、摇、移、跟等镜头语言，采用多个拍摄场景并借助视频后期软件，通过切换镜头给学生课堂真实感，也展现了教师的教学风采。教学实践结果表明：MOOC 视频呈现的多样性不仅可以让学生学习兴趣提高，还避免了单一形式带来的视觉疲劳。 　　工程热力学课程中有很多抽象的、难以理解的知识和原理，借助视频这种动态表达方式能够更好地展示出可视效果，增强学生的理解力。
　　2.2教学内容设计
　　MOOC内容的设计区别于传统课程的设计方式，教学视频具有时间短、内容精的特点，所以必须依据知识点重新细化和设计内容。基于前面介绍的MOOC设计原则，我们在课程内容建设时，将知识模块化，合理细分课程资源，优化教学内容，突出教学中的重点难点，重视课程建设的结构完整性。适当地为拓展知识留出空间，以便于学生对课程资源的自主选择。
　　在知识模块拆分时，我们将逻辑性、关联性强的知识点进行拆分和模块化重组，将每章或每单元拆为若干知识模块。知识模块的选取综合考虑了授课计划、教学需求等因素，每个知识模块所包含的课程活动有：知识点讲述、随堂测验、作业布置、相关资料上传等。每个知识模块都要体现出课程内容的重点、难点和易错点。在此要特别说明的是，视频中嵌入小测试目的是能够及时对学生学过的知识点进行检索性回顾，有助于提升学生的学习热情和学习质量。
　　要求将相对独立又完整的知识单元作为知识点选取的依据，可以是某一个概念，某一定律及推导，也可以是某个计算例题。表1为MOOC环境下工程热力学第一定律一章的教学内容课程设计，分为11个视频讲述。
　　此外，授课教师还应根据每段视频的内容提供相关的教辅资料，置于每个教学视频相应位置，教辅资料类型主要有教学的重点难点文档、随堂测验和讨论大纲等，教辅资料对学生的视频学习要有较强的针对性，有助于让学生更容易、更快速地学习和消化主题及教学内容。
　　2.3交流互动设计
　　MOOC平台的综合讨论区使师生、同学之间的交流更频繁更深入，这打破了传统教学模式中时间以及课堂纪律的局限。
　　MOOC教学可以通过设置弹题和随堂测试来实现学习过程中的交流互动，例如，在讲述热力学第一定律时，定律本身容易描述，但学生对热力学能和焓的概念模糊，对热力学涉及的四种形式的功难以区分，我们将这几个知识点单独提炼出来，每讲完一个知识点，我们就采用交互的方式，以弹题的形式提出一个或多个相关问题，引导学生用刚学过的知识点来思考，加深学生对知识点的掌握。随堂测试则是在每一次视频结束后，提供的几个小测试题，可以是是非概念判断题，还可以是选择或简答，深化学生对教学内容的印象。教師还可以布置学习活动和讨论主题，让学生针对主题进行讨论、思考与交流，通过课堂互动来完成消化吸收。
　　通过MOOC专门设置的在线讨论区，学生向教师提问或与同学交流都很方便，讨论模式可以帮助学生更好地掌握知识，也向教师展现了学生的学习情况。自学生对本课程进行注册算起，教师会持续向学生发送邮件，内容包括课程最新动态、课程进度、每周主题重点内容提示，协助并督促学生更好地跟进学习。工程热力学课程把讨论区分成了13个单元论坛，即每一周的课程讨论都设置一个单元论坛，既方便学生针对每周课程进行发帖和查找，也便于论坛管理。
　　2.4学习评价设计
　　学习评价是一个多元化过程，体现在评价内容、评价形式、评价主体等多方面，评价内容不仅要反映学生对知识的掌握情况，还需关注更高层次的综合能力和技能培养等问题。在MOOC学习中，评价系统起到重要的导向作用，它贯穿于整个学习过程，及时、系统的评价，可以帮助学生了解自己的学习进度并及时调整努力方向，也可以使教师通过多个渠道了解学生的学习效果。
　　工程热力学课程评价形式有测验、作业、交流互动加分等，老师在教学视频中进行一些课堂测试及布置课后作业，并在下一次教学中公布课后作业答案，并对学生的完成情况进行评价。
　　教师可以在MOOC管理后台查看学生们各项任务的完成度以及成绩，通过完成人数及成绩的分布状态了解学生们的学习情况，及时对课程的方案或进度进行调整。
　　作业区是教师发布作业、学生提交作业的平台，工程热力学课程中设置了多样化的题型，主要有以客观题为主的单元测验和以主观题为主的单元作业。每周作业都设置了相应提交的截止日期，作业的批改形式主要有两种：客观题支持平台自动评分，主观题是老师随机抽选评分。
　　测试则具有反馈的效果，测试的目的是为了巩固知识点、灵活运用所学内容、帮助学习者查找疏漏，给予学习者即时反馈的同时，也对教师的教学效果进行了评估，督促学习者进行重复学习，及时填补学习过程中存在的漏洞，弥补学习者没有掌握的内容。工程热力学课程测试包括随堂测验、单元测验和期中、期末考试，测试平台设计较完善，学生可以很容易地进行视频播放、暂停、重放等操作，保证了测试顺利进行。
　　结 语
　　MOOC将现代互联网技术与传统教学理论相结合，推动了教育改革的进展，但MOOC的建设要求老师对所教课程的知识点及其关联性梳理得非常清晰。MOOC平台为学生提供了能够对每个知识群独立学习的多线程模式，让学生能够根据课程知识体系和自己的基础自由选择。
　　工程热力学课程作为工科教学中难度较大的一门课程，经过近一个学期MOOC的教学实践，大大提高了学生学习的自主性，学生积极参加学习论坛的讨论，热情高涨，在一定程度上很好地解决了部分学生不能适应研究型教学模式、课堂学习内容消化不良等问题，也满足了不同层次学生的学习需要。同时MOOC教学平台的建设又能实现优质教学资源的共享，教学效果得到显著提高，具有较大的推广价值。
　　参考文献：
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　　编辑∕杨波
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