鄒勇，丁守軍

(安徽工業(yè)大學(xué) 微電子與數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)院，安徽馬鞍山 243000)

信息技術(shù)的飛速發(fā)展、人工智能與教育的深度融合使教學(xué)方式向多元化方向發(fā)展，線上教學(xué)發(fā)揮了極大的作用[1-2]。大規(guī)模在線教育的實施，為我們提供了大量基于實踐的探索教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗。黨的二十大首次將“推進(jìn)教育數(shù)字化”寫進(jìn)了黨代會報告，強(qiáng)調(diào)建設(shè)全民終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)型社會、學(xué)習(xí)型大國[3]。人才培養(yǎng)模式以及需求的變化，推動教育實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為當(dāng)前教育改革發(fā)展的首要任務(wù)。教師如何轉(zhuǎn)變角色以適應(yīng)線上教育是擺在所有一線教師面前的迫切問題。本文以“光電源散熱設(shè)計與分析”課程線上教學(xué)為例進(jìn)行探索，分享線上教學(xué)實施過程中的一些體會。

一、案例背景

“光電源散熱設(shè)計與分析”課程是光源與照明本科專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課程，要求學(xué)生通過本課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，掌握光電產(chǎn)品不同的散熱方法和散熱途徑，對光源及其電源散熱的重要性與必要性有深入的認(rèn)識，具備的電子產(chǎn)品熱設(shè)計領(lǐng)域的理論技能。

課程共32學(xué)時，其中課堂教學(xué)28學(xué)時（含仿真實驗教學(xué)2學(xué)時），課內(nèi)實驗4學(xué)時。主要內(nèi)容包含四大模塊：第一，光源（LED）與電源熱設(shè)計的基本原理與原則。熱設(shè)計的主要內(nèi)容是為產(chǎn)品制定熱設(shè)計方案，并通過熱仿真、熱測試等方法預(yù)測和驗證產(chǎn)品的熱設(shè)計方案，以及優(yōu)化和改進(jìn)產(chǎn)品的熱設(shè)計，以保證產(chǎn)品長期安全、可靠地運行。熱設(shè)計的核心就是設(shè)計一個冷卻系統(tǒng)，在熱源至熱沉之間提供一條低熱阻通道，保證熱量順利傳遞出去。第二，傳熱學(xué)基礎(chǔ)理論及常用散熱方法。本章是傳熱學(xué)的理論基礎(chǔ)，旨在揭示熱傳導(dǎo)、對流等傳熱過程的物理本質(zhì)、數(shù)學(xué)描述方法以及進(jìn)行試驗研究的基本原則。著重掌握各種數(shù)學(xué)表達(dá)式所反映的物理意義，以能較好地理解傳熱過程的物理本質(zhì)。第三，散熱設(shè)計常用于模擬軟件的學(xué)習(xí)使用。數(shù)值計算是在最近三四十年里快速發(fā)展起來的傳熱方法。除了計算機(jī)硬件的發(fā)展提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)外，還因為無論分析的方法或?qū)嶒灥姆椒ǘ加休^大的限制。仿真方法具有成本較低、開發(fā)周期短、便捷、能模擬較復(fù)雜或較理想的過程等優(yōu)點，在給定的參數(shù)下用計算機(jī)對現(xiàn)象進(jìn)行一次數(shù)值模擬相當(dāng)于進(jìn)行了一次數(shù)值實驗。第四，不同功率器件光電源的熱分析及散熱設(shè)計。學(xué)生通過實驗課程的學(xué)習(xí)，能掌握相關(guān)實驗的一些基本操作技能，具有獨立思考，獨立準(zhǔn)備和進(jìn)行實驗的實踐能力，增強(qiáng)分析與處理實驗數(shù)據(jù)的能力。

“光電源散熱設(shè)計與分析”課程已經(jīng)連續(xù)開設(shè)了8屆，累計授課學(xué)生480余人。在創(chuàng)新競賽方面，學(xué)生利用本課程專業(yè)知識積極參加各類賽事，參與人次占總?cè)藬?shù)70%以上。學(xué)生在全國半導(dǎo)體光源系統(tǒng)創(chuàng)新競賽、中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽（省賽和華東賽）、數(shù)學(xué)建模、物理實驗競賽、節(jié)能減排項目、“挑戰(zhàn)杯”項目、“互聯(lián)網(wǎng)+”項目均斬獲獎項。本專業(yè)學(xué)生基于課程內(nèi)容申請的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目獲批國家級5項，省級3項，校級2項，學(xué)生以第一作者發(fā)表論文7篇，參與發(fā)表論文5篇，申請發(fā)明專利2項，實用新型專利授權(quán)2項，相關(guān)研究成果多次在工程熱物理傳熱傳質(zhì)分會進(jìn)行口頭報告。我們通過多年的課程建設(shè)，課程榮獲安徽工業(yè)大學(xué)線上教學(xué)優(yōu)秀課堂，是安徽省雙基教學(xué)示范課程，線上課程視頻資料22時38分。

“光電源散熱設(shè)計與分析”課程教學(xué)始終以專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，以立德樹人為根本，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢，增加信息化資源，發(fā)揮線上教學(xué)的優(yōu)勢和特點，提升課程的高階性、突出課程的創(chuàng)新性、增加課程的挑戰(zhàn)度，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程設(shè)計及教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評價等方面著手，構(gòu)建多平臺協(xié)同的線上課程教學(xué)模式，夯實專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，提升專業(yè)建設(shè)水平，切實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。以下就“光電源散熱設(shè)計與分析”課程“能量方程”知識點的線上教學(xué)情況具體展開。

二、案例設(shè)計思路

1.課前通知并在“學(xué)習(xí)通”發(fā)布簽到；

2.通過QQ群互動提問上節(jié)課知識點；

3.直播講授本節(jié)課知識點，選人答題；

4.結(jié)合知識點開展課程思政：佩戴口罩自我防護(hù)的必要性；

5.創(chuàng)新教育：獲取科技文獻(xiàn)方法；

6.根據(jù)課前大家報名情況，通過騰訊會議進(jìn)行課程學(xué)習(xí)分享；

7.發(fā)布課后作業(yè)、拓展閱讀資料、上傳學(xué)習(xí)筆記。

三、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識與能力目標(biāo)

首先，能量守恒方程是對流換熱過程中基本方程之一，通過對比分析前面學(xué)習(xí)的質(zhì)量守恒方程及動量守恒方程，引導(dǎo)學(xué)生如何建立能量方程。能量方程和連續(xù)性方程及N-S方程組成完備的方程組。通過對知識點的闡述，學(xué)生在光電源等功率器件設(shè)計研發(fā)中，加深對熱設(shè)計方面的理論與技能的理解，能對簡單散熱系統(tǒng)進(jìn)行理論分析。

泥巴喜歡畫畫和幻想，這兩者相輔相成，消耗大量時間。她可以邊畫邊想，也可以邊想邊畫，可以根據(jù)自己的畫再幻想，也可以根據(jù)自己的幻想畫畫，這么著，一天就過去了。泥巴學(xué)了很長時間的美術(shù)，以前在小學(xué)的時候和其他隊員一起畫畫，一天他們?nèi)ギ嬕黄ヱR，但純情的姑娘在這個時候就顯露出自己的與眾不同來，所有男男女女交的作業(yè)中，唯獨泥巴畫的馬是不帶雞巴的。泥巴說，多難為情啊。

其次，通過分享設(shè)計報告，培養(yǎng)學(xué)生對散熱領(lǐng)域現(xiàn)狀調(diào)研與分析能力、問題發(fā)現(xiàn)與解決能力、書面表達(dá)與口頭答辯能力。

（二）育人目標(biāo)

利用線上課堂，大家宅在家就能把“能量”聚集起來，用在學(xué)習(xí)上，培養(yǎng)學(xué)生做有知識、有技能、有思想、有擔(dān)當(dāng)?shù)男聲r代青年。

四、教學(xué)過程

采用QQ直播、騰訊會議進(jìn)行直播教學(xué)，同時利用超星泛雅教學(xué)平臺構(gòu)建線上教學(xué)資源的混合式教學(xué)方式。

（一）課前準(zhǔn)備

通過“學(xué)習(xí)通”平臺發(fā)布簽到活動，發(fā)布與知識點相關(guān)的主題問題討論，設(shè)置任務(wù)點，分享預(yù)習(xí)課程資源等。

（二）課堂教學(xué)

使用騰訊QQ群屏幕分享功能進(jìn)行直播。首先對上次課內(nèi)容進(jìn)行提問，了解學(xué)生對知識點的掌握情況。對以前知識點的回顧之后，引入本次課所要學(xué)習(xí)的新的知識點。在直播講解PPT時，師生即時交流互動[4]，發(fā)布課堂隨機(jī)提問活動。將較復(fù)雜的問題拆分為一系列的知識點的組合，符合學(xué)生的認(rèn)知過程。例如：對于能量方程，它是一個二階偏微分方程，乍一看，公式很長，學(xué)生看到公式心里就會發(fā)怵。這就需要在教學(xué)過程中將知識點進(jìn)行分解。做法如下：從中學(xué)階段接觸的物體吸放熱公式Q=CMΔT出發(fā)，結(jié)合前面的知識點導(dǎo)熱微分方程，運用“大學(xué)物理”課程中學(xué)過的熱力學(xué)第一定律建立能量方程。在講解的過程當(dāng)中，教師調(diào)動學(xué)生的積極性，以搶答的形式引導(dǎo)學(xué)生給出推導(dǎo)過程中所用到的其他物理量，比如焓、內(nèi)能等，達(dá)到溫故而知新的目的。將這些知識點串起來，就完成了新的知識點的學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，對知識點的組合使用，也是一種創(chuàng)新。這樣的學(xué)習(xí)就屬于創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)。

通過前期線上授課情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生感覺信息量過多，學(xué)習(xí)有些吃力。針對這一情況，及時調(diào)整課程進(jìn)度，安排一次學(xué)習(xí)分享課。內(nèi)容涵蓋對課程知識點的總結(jié)、知識點的擴(kuò)充、散熱設(shè)計仿真心得等。通過分享，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)一些共同的特點，從而進(jìn)行換位思考，從學(xué)生的角度對本課程進(jìn)行分析，方便以后教學(xué)。教師應(yīng)在總結(jié)發(fā)言中對學(xué)生分享的閃光點給予肯定和表揚(yáng)，對知識點理解有偏差的地方給予鼓勵，略作補(bǔ)充說明。

本次教學(xué)過程中還與學(xué)生分享了如何利用VPN在家查閱文獻(xiàn)的方法。突出了本課程的“設(shè)計”特色。并以優(yōu)秀學(xué)長為榜樣，鼓勵大家開展相關(guān)創(chuàng)新活動，發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文[5-8]等。

（三）課后設(shè)置

五、教學(xué)效果與特色創(chuàng)新

1.各教學(xué)平臺協(xié)同工作，合理分配學(xué)時。課程共32（學(xué)時含課內(nèi)實驗4學(xué)時）學(xué)時，11次課，理論部分每次3學(xué)時。采用QQ直播、騰訊會議等平臺實時講解。每次課分配2學(xué)時用于新知識點的學(xué)習(xí)，1學(xué)時用于知識點的復(fù)習(xí)及拓展，解決在熱設(shè)計過程中遇到的難點問題。

2.理論與實踐相結(jié)合，每次課制作一個仿真專題視頻，同時借鑒其他優(yōu)秀視頻資源。課程預(yù)習(xí)資源包括知識點內(nèi)容、其他優(yōu)秀的短視頻等通過“學(xué)習(xí)通”提前發(fā)放，兼有理論和實踐操作。每次課課后布置一項專題作業(yè)，目的是通過仿真設(shè)計鞏固加深對所學(xué)知識的運用。配合專題作業(yè)，將仿真設(shè)計過程制作成教學(xué)視頻，方便學(xué)生反復(fù)觀看學(xué)習(xí)。

3.教師作為引導(dǎo)，突出學(xué)生主體作用。將傳統(tǒng)的習(xí)題課、復(fù)習(xí)課改為學(xué)習(xí)分享課。變被動學(xué)習(xí)為主動思考學(xué)習(xí)。指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研能力，通過撰寫設(shè)計報告，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

4.通過線上線下開展豐富多彩的教學(xué)活動。例如，通過發(fā)布作業(yè)、討論、選人、測試、上傳學(xué)習(xí)筆記、答疑等方式鞏固所學(xué)知識。利用超星平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，及時了解學(xué)生在線學(xué)習(xí)進(jìn)度和自主學(xué)習(xí)完成度，對進(jìn)度緩慢的學(xué)生進(jìn)行督促輔導(dǎo)。

六、教學(xué)總結(jié)與反思

首先，教師要與時俱進(jìn)。掌握新的線上教育教學(xué)方法，并把它融入到以后的教學(xué)中去。整合各種教學(xué)平臺，使之協(xié)同作業(yè)，發(fā)揮其最大功效。重視教學(xué)研究，積極參與教學(xué)改革，不斷提高學(xué)術(shù)水平和業(yè)務(wù)水平。

其次，教師要保持一顆年輕的心，積極接受再教育，系統(tǒng)學(xué)習(xí)新形勢下的教育理念，消化吸收新思想、新技能，順應(yīng)新時代的教育教學(xué)潮流。作為擴(kuò)展資料，本次課程中向大家推送了芬蘭研究機(jī)構(gòu)模擬的飛沫運動軌跡，將課程知識運用與前期新冠疫情防護(hù)結(jié)合起來。從推送的視頻資料可知，人體打噴嚏飛出的飛沫速度可以高達(dá)160Km/h，這個速度相當(dāng)于14級臺風(fēng)過境。以具體的數(shù)字信息來說明科學(xué)道理，引起人們對疫情的重視，為大家普及了出門一定要戴口罩的觀念。同時，還可以引導(dǎo)學(xué)生自己建立模型，類比熱量的擴(kuò)散，仿真病毒或氣溶膠的擴(kuò)散過程。了解到病毒的傳播途徑之后，同學(xué)們就會積極響應(yīng)國家號召，自覺宅在家里，不給社會添亂。

再次，教師要調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。除了課堂互動外，學(xué)習(xí)分享環(huán)節(jié)也比較成功。全班55位學(xué)生，有10余人報名參加分享，學(xué)生參與度較高，根據(jù)課程進(jìn)行情況，后續(xù)還會安排類似的課堂活動。課后要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)內(nèi)容上傳學(xué)習(xí)筆記，通過查閱文獻(xiàn)完成仿真報告，既有理論又有實踐，打破了傳統(tǒng)課堂的時空界限。重視教學(xué)活動中學(xué)生的主體性，重視學(xué)生對教學(xué)的參與，根據(jù)教學(xué)的需要合理設(shè)計“教”與“學(xué)”的活動。強(qiáng)化現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，解決好“教”與“學(xué)”模式創(chuàng)新的問題，杜絕信息技術(shù)應(yīng)用的簡單化、形式化。

最后，教師要整理分析學(xué)情數(shù)據(jù)，總結(jié)教學(xué)設(shè)計及反思。以超星“學(xué)習(xí)通”平臺的教學(xué)督導(dǎo)及管理體系為基礎(chǔ)，及時關(guān)注學(xué)生完成任務(wù)點的動態(tài)過程，把握任務(wù)點設(shè)置的難易程度及學(xué)生的完成度，再根據(jù)學(xué)生的反饋情況，調(diào)整授課方案。教師在教學(xué)實踐過程中，不斷完善過程性考核與結(jié)果性考核有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力和高級思維能力。對于直播視頻，不但要求學(xué)生觀看回放，自己也要回看，發(fā)掘在課程教學(xué)方面還可以進(jìn)行改進(jìn)的地方，使以后的授課更加深入、生動，把教學(xué)工作做得更好。對課程教學(xué)總結(jié)和反思，不斷加強(qiáng)課程體系的整體設(shè)計，進(jìn)一步促進(jìn)知識、能力、素質(zhì)的有機(jī)融合，提升課程的高階性，由此達(dá)到一個良性的循環(huán)，使“兩性一度”在教學(xué)實踐中構(gòu)成閉環(huán)。