基于混合式教学的“内燃机原理”课程教学改革与实践

史 程，雷 健，张 静，张 亮，李 楠

（燕山大学车辆与能源学院，河北 秦皇岛 066004）

0 引言

在新工科建设中便提出了以“主动布局、设置和建设服务国家战略、满足产业需求、面向未来发展的工程学科与专业，培养造就一批具有创新创业能力、跨界整合能力、高素质的各类交叉复合型卓越工程科技人才”为目标的教育改革行动[1]。内燃机是车辆、船舶和交通运载工具等设备的动力来源，同时也是经济发展和国防建设的“动力心脏”[2]，“内燃机原理”课程便是围绕着内燃机的基本工作原理、性能和参数等相关知识展开，并作为能源与动力工程和车辆工程专业的核心专业课教授[3]。“内燃机原理”课程具有十分重要的地位，该课程旨在为产业需求建专业、为技术发展改内容和为学生志趣变方向，随着技术的迭代发展，“内燃机原理”课程的教学也迎来了一系列变革，在教学环节不断融入新式教学方式，侧重于理论与实践的融合，促进课程思政、创新思维和专业知识之间的有机结合。

在智能信息化时代背景下，智能信息技术取得了蓬勃发展，并不断地推动着教育方式与教学手段的改革，如今，混合式教学被广泛应用到教学改革中去，但在实际教学活动中，对智能信息化设备的应用并不充分，未能发挥其应有的优势。为弥补传统“内燃机原理”课程教学的不足，本文在混合式教学的基础上，引入灵活多样的教学方式和评价手段，调动学生的积极性，就如何提升教学效果和推动“以学生为中心”的教学体系的构建展开论述。

1 “内燃机原理”课程教学存在的不足

内燃机是现代应用科学发展较为快速的领域之一，是多学科综合应用的产物，内燃机原理作为动力工程专业课程体系专业教育必修模块核心课程之一，具备特点：（1）综合性，该课程主要涉及了能源与动力工程专业的四门核心专业基础课，即传热学、工程热力学、流体力学和燃烧学，是多门课程核心知识综合凝练的体现。（2）前沿性，内燃机技术作为发展较快的领域之一，相关技术日新月异，涉及低碳和碳中和燃料的应用和先进燃烧技术的发展，在教学中需要不断结合前沿技术的发展进行相应调整。（3）创新性，教学过程中包含了许多实际工况的运用，提供了丰富的工程实践作为训练案例，融合了实践精神和创新精神。鉴于以上特点，老师教好且学生学好并不容易[4]。

在以往的“内燃机原理”课程教学中，往往将内燃机视为单一的动力转化部件讲授，缺乏跨学科的沟通与交流，同时与双碳目标下内燃机新一轮绿色革命脱节，与新工科建设背景下的课程体系建设要求不匹配，存在创新型和综合性不足的问题[2]。这些在产业变革和技术迭代背景下出现的教学问题亟待解决，应以价值塑造、知识传授和能力培养作为教学核心目标，形成“以学生为中心”的课程教学模式，而借助于线上教学资源，促进混合式教学，能很好地解决这些问题。

2 课程教学设计

叶布卢姆等人在认知领域对教育目标进行了划分，他将认识的过程分为了记忆、理解、应用、分析、评价和创造6 个层次[5]，如图1 所示，将布鲁姆目标教学法化用到内燃机原理课程的教学中，将学习的目标分为了传授知识、培养实践能力和创新三个层次。

图1 布卢姆目标教学法在“内燃机原理”课程中的应用

在布卢姆目标教学法的基础上，为落实混合式教学在教改中的应用，将在“内燃机原理”课程内容建设、教学过程改革、考核体系构建等方面展开针对性的实践和创新[4]，并在此基础上进行进一步的探索。

2.1 明确目标导向是教学设计的根本保障

在混合式教学实践中，教师会把一部分线下教学内容转为了线上的学习任务，让学生自主学习，这增加了学生投入的学习时间和精力，但往往并未取得明显效果，这使得许多教师感到困惑，往往将问题归结于对线上资源的运用不合理，然而，其根本问题在于混合式教学的目标设计并不明确。

清晰明确的目标导向可以支撑着后续的教学方案、活动和内容的设计，而在实际教学中，这一环节一直是薄弱点，存在盲目套用已有模式、针对性不强、层次不清晰等一系列问题，明确课程设计的核心在与回答“学生可以通过学习这门课程获掌握怎样的知识、能力和方法？”，这一核心问题可进一步展开为三个子问题：①这门课的核心教学内容是什么？②学生最希望通过这门课程收货什么？③学生在课程学习中的难点在哪[6]？这三个问题分别对应着学习内容分析、结果分析和需求分析这三个方面的要求。

在核心目标的设计中，第一步分析学习内容，“内燃机原理”课程的关键在于掌握内燃机的各参数和运行工况；第二步分析学习结果，学生最希望获得的是内燃机的各类评价指标和性能参数；第三步学习需求，学生在学习中的关键难点在于实现动力装置的优化；最终，将该课程的核心放在结合发展趋势就优化内燃机的方案进行探究。

2.2 线上线下教学相结合是教学设计的关键

如何推动混合式教学一直是教学改革中的难点。混合式教学实现过程中的关键问题在于线上和线下学习比例的问题，其关键点在于解决教学活动和内容的重复，线上和线下教学不应独立看待，在结合现场教学活动的前提下，三者相辅相成，这其中包含了如下两层含义。

（1）针对不同的教学目标应选择最适宜、最高效的教学方法。上述的教学方法对教学的策略和目标的实现有不同方面的支持程度，在线下教学中，“对话式教学”“讲授”是最为常见的教学手段，如果将其与线上学习资源加以结合，可以通过学习平台展开“讨论”“评价”“探究”等活动，并反馈到线下教学中，而实践、实操类活动更适宜进行现场学习。

（2）不同学习方式之间可以相互支撑、相辅相成。在教学设计中应避免线下、线上和现场教学内容的简单重复，三者之间应互为补充，为检测线上学习效果，可在线下教学中进行汇报讨论，也可以将课上没有时间教授的知识转为线上学习，丰富学生获得知识的途径，因而教师在进行教学设计时，应在现有平台的基础上构建出线下、线上和现场教学间的桥梁。

2.3 开放式教学是保持求知欲的催化剂

混合式教学并不会因其丰富的内容而使之变得富有吸引力，故而混合式教学设计的首要目标仍然是激发学生的学习动机。首先要让学生清晰的认识到自己所学的内容具有的现实价值，自发地产生成就感，提高学习的兴趣，同时利用海量的线上资源，设计开放式学习活动，这意味着所设计的教学内容和活动不再一成不变的标准答案，而是给学生留下更多的自由发挥的空间，正如杜威指出的，失败的教育往往把精化知识探究的结果与原始的、自然的探究对象混为一谈，从而试图教给学生精炼的解决方案，而不是教学生自己去探索问题、参与探究过程、寻求解决方案[6]。

为达成这一目标，课程设计了多种开放式活动，留给学生自由发挥，完成自身知识体系的构建。在课程之中，让学生自由结组，结合线上所学以及自己查阅的资料，展开讨论课，同时也基于现场教学的内容开展三级项目，让学生可以随时随地就相关问题进行思考并展开讨论，学习者被赋予了充分的自主权，使其自发开展学习[7]。

2.4 学习分析技术推动个性化学习建设

基于在线平台的学习分析技术改变了传统的教育评估手段，实现了智能且及时的个性化评估，让教师实时了解到班级整体和学生个人的具体学习情况，进而适时对教学计划进行调整，为学生的个性化学习提供了保障，并基于平台对学生学习情况记录的数据，还能预测学生的学习表现，并及时发现问题，帮助教师根据学生现有的知识水平和兴趣爱好进行学习设计，并给予部分学习进度较慢的学生支持和帮助。

3 课程教学改革与实践

3.1 混合式教学框架

为实现“内燃机原理”课程的混合式教学改革，在教学调研、授课内容和教学改革过程等方面展开针对性的改革和实践，并随之制定相应的实施细则，探索“内燃机原理”课程教学新格局，基于上述问题构建了内燃机混合式教学的基本框架如图2 所示。

图2 内燃机原理课程改革总体思路

3.1.1 问题导向，开展调研

为深入了解课程核心培养目标，深刻领会专业学习的核心要义并将其融入到人才培养过程中去，同时重点关注能源与动力工程本科专业的培养说明，在“内燃机原理”课程的教学过程中充分挖掘新的改革增长点，开展了丰富的调研活动，通过查阅大量的文献，使授课内容紧贴内燃机发展前沿，为内燃机领域培养创新型人才，让学生充分了解到内燃机领域的前进方向和仍需攻克的技术难题，服务于国家重大发展战略，调研的开展也拉近了师生之间的距离，充分考虑学生的感受，有利于构建“以学生为中心”的新局面。

3.1.2 目标导向，实施改革

立足于人才培养，以实现“内燃机原理”课程改革建设为目标，提出了各项举措。在课程内容建设、教学过程改革和评价体系构建等方面开展一系列有针对性的改革和实践，工科应当充分结合实践，以探索“沉浸式”的“内燃机原理”教学模式，让书本中的内燃机“转动起来”，让学生有机会动手实践，使原本抽象的知识具象化，更易于吸收理解。

3.2 教学改革举措

3.2.1 以创新型人才培养为根本，有机融入课程思政

面向工程人才教育的基本要求，学校以培养创新型人才作为根本任务，综合考量“内燃机原理”的课程特点，深挖该课程内在的思政内涵，将马克思主义经典理论和习近平新时代中国特色社会主义思想等理论成果融入到教学过程中，通过线下的授课教学以及讨论课，再辅以学生自主的线上学习以及调研，让学生立体地了解到行业发展动态，即我国的内燃机行业起步较晚，与外界仍有较大差距，仍有较多卡脖子问题亟待解决，可以教育和引导学生树立社会主义共同理想，为内燃机行业不断输送新鲜血液。此外，还需将调研和讨论课中的重点以及工程实践中的难点有机引入教学过程中，让学生自行探索内燃机新型燃烧技术、替代燃料以及结构优化，为将来的工程实践奠定基础，并以保障了课程的前沿性和创新性。

3.2.2 以动态调整为关键，深化课程体系建设改革

针对日新月异的内燃机领域，持续推进教学过程改革，及时评估学生反馈情况，对课程教学进行动态调整是不可避免的。在传统的课堂教学中，往往是单一的线下教学，加之“内燃机原理”这门课程的任务量大，学生对课程内容的吸收并不理想，会出现较多挂科的学生，可以通过引入信息化教学手段，丰富课堂模式，借助MOOC、学习通和雨课堂这些平台，建立“内燃机原理”课程教学资源网站，为学生构建真正的智慧教育环境，通过对视频资源的讲解，让学生更为直观地看到内燃机的结构和运行工况，同时打破了传统教学方式的时间空间限制，学生可以随时调阅教学资源，补充了线下教学中的不足[8]；然后挖掘信息化学习数据以动态调整教学方式，以教学章节为单位，通过信息化教学平台导出学生学习数据和教师教学数据，深入分析疑难点标记、课堂习题回答状况和课堂教学反馈等数据，结合上述信息可以动态的调整教学进度和方式，并可以给予部分进度较慢的学生一些帮助；最后在课程后期开展实验课和三级项目，实现理论教学和实践教学相结合，实验课中可带领学生拆装发动机，并观测发动机的运行工况，让学生结合自己的所学所感撰写报告，升华书本中的知识，在对内燃机的结构以及运行工况有了充分认识后开展三级项目，让学生直面工程实际问题，对内燃机的优化策略展开讨论，调动了其积极性，培养了学生的创新和实践能力，强化了学生对知识的理解和运用，促进了其对内燃机原理从初级认识到高级认识的转变，令整个教学过程更为契合布卢姆目标教学法[5]。

3.2.3 以持续改进为目标，构建课程综合考评体系

教师应将为内燃机行业发展持续输出高端人才的理念贯彻到整个教学活动中去，推进新型的考评体系构建，并反馈到课程实践中去。现有的考核机制往往过于刻板，在此基础上，引入了“教”与“学”的评价，丰富了评分机制，其中“教”的评价包含了教师自评和学生评价，有利于老师了解自己的授课效果，并在后续做出相应调整，而针对学生的“学”的评价包含了学生自评、学生互评和教师评价，使学生更好地发现自身长处，确定自己的发展方向，更好地服务于内燃机技术改革。这一评分机制将原本割裂的“教”与“学”有机融合起来，课程教学形式从理论“灌输”为主转变为能力“引领”为主，以教师“被动”讲授为中心转变为学生“主动”参与为中心，以“讲中记”为中心转变为以“做中学”为中心[9]，有助于翻转课堂的实现，培养出一批真正对内燃机感兴趣的学生。此外，在传统单一的线下教学方式的基础上，促进线上教学和线下教学相融合，教师可以利用课堂时间为学生讲授课程知识，并辅以线下教学活动，让学生将课堂所学投入到实践中，指导学生参加各类竞赛，为内燃机的发展贡献自己的智慧，将所学内化于己，教师还可实时发布调查问卷，让学生可以如实反应教学效果，辅以线上答疑和线下讨论的方式帮助学生解决问题，加强了学生与老师间的联系。另一方面，教师通过线上平台与同学生进行学习互动，发现自身在教学活动中的不足，达到相互学习、取长补短的效果，打破师生间的交流壁垒，提升了教学效率与质量。

3.3 教学改革成果

有机融入思政元素，完成“内燃机原理”教学设计，让学生了解到我国在内燃机行业的不足，塑造了学生的历史使命感和社会责任感，为行业建设贮备了大量的人才资源；深入教育模式改革，落实教学实践的各个环节，形成了教学动态调整策略，结合当下行业发展方向，使得教学内容与国际接轨；通过对课程综合评价体系的深入探索，保障了教学改革的可持续性，激发学生的学习自主性，培养出一批富有创造力的动力领域人才。

通过上述措施，弥补了在以往教学活动中的不足之处，学生掌握的知识源于书本，却又高于书本，授课内容紧随时事，结合当下热门的内燃机燃烧技术优化和替代燃料探索，让学生真正走入行业前沿，为学生的长期发展奠定基础，同时采用了丰富的授课手段，提高了学生的课堂专注度，更好地掌握内燃机的工作循环以及性能优化匹配，引导学生思考内燃机的发展方向，期间的互动也加强了师生联系，使得教学可以延续到课后，带领学生参与相关项目，培养学生的综合能力，使得学生的成绩得到了明显的改善，更为重要的是，培养出了一批又一批热爱并服务于内燃机行业的专业性人才。

4 结语

针对“内燃机原理”教学面临的挑战和问题，提出了信息化背景下课程改革的新方法，在混合式教学的基础上，引入调研、课程思政和综合教评体系等方式，使学生的综合素养得到提升，实现了从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变，解决了学生日益增长的创新思维与教学深度与广度不足之间的矛盾，同时，让学生更多地参与到实践中去，深化了学生对知识的理解，提高分析问题和解决问题的能力，并为内燃机行业的发展贡献智慧。由此形成了独特的“内燃机原理”教学体系，并为工程类课程改革提供借鉴和参考。