1. 引言
21世纪人类社会已与互联网深度融合，互联网促进了各行各业形态的改变，青少年中互联网工具的应用已成为习惯。中国互联网络信息中心(CNNIC)发布的第54次《中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2024年6月，我国网民规模近11亿人，互联网普及率达78.0%。我国新增网民742万人，青少年占新增网民的49.0% [1]。疫情造成物理接触受限，使得互联网手段在教育领域迅速发展，学习者不再受到时间、地点、方法、手段的限制，使用的范围、密度、频度均蓬勃发展[2]-[4]。
互联网和新媒体的蓬勃发展，信息以数量大、细粒度、碎片化为主要特点[5] [6]。依靠各类移动设备的碎片化学习，更加成为青少年学习的常态，甚至依赖。北京师范大学孙桐[7]对大学生进行了碎片化学习的内容、方法、时长、态度等问题的问卷调查，结果显示，大学生多会利用业余时间通过移动终端进行碎片化学习，25.3%的调查者养成学习习惯并能经常性进行碎片化学习；73.7%的调查者认同碎片化学习的效率和价值。从内容上来看，兴趣爱好类占74.4%，考试信息和专业课程相关内容为68.6%和60.5%。调查结果也表明，有较多大学生认为：使用移动设备进行碎片化学习时注意力常常被有趣的内容所转移，占比达75.58%；61.63%的大学生认为繁杂的互联网信息易造成注意力涣散，使其难以辨别有用和无用的信息；52.33%的大学生认为不同的碎片化学习间往往缺乏紧密的联系和逻辑关系、跳跃性大，不利于理解和反思。
碎片化学习是以分散、非系统的方式完成知识的搜集与掌握，这些碎片知识的学习不成体系、逻辑性低，就像一个个积木，处于零散状态，对于非系统性的学习如词汇积累等是非常适用的[8]，但对逻辑性较强的学习，将这些知识积木按照一定的逻辑规律组织起来，构建成知识体系，是目前的一个薄弱环节。如何解决“互联网+”和大数据时代碎片化学习的“零散”问题来促进大学生深度学习体验的发生成为教育者较为关注的话题[9]。
而深度学习要求学习者掌握非结构化的深层知识，并进行批判性的思考、主动的知识建构、有效的迁移应用及解决真实问题，进而实现问题解决能力、批判性思维、创造性思维等高阶能力的发展。随着大学生获取信息和知识趋向于多元性、零散性、重复性和繁杂性，其学习和发展效果越来越浅层，不利于其知识深度学习和能力的提升，不利于未来创新性人才的培养。互联网工具在大幅度提高了信息传播效率的同时，也一定程度上破坏了学习的系统性和整体性[4] [10]。
为了适应这种学习模式的巨大改变，微课也越来越成为教学中重要的信息推送方式，以“微”吸引“课”的时空拓展和延伸。要形成对某学科知识的深度理解和掌握，需要构建知识碎片间的联系，将颗粒化的“微课”凝聚、整合成为系统性、整体性的知识体系，有效整合碎片化学习与系统学习[11]-[13]，也符合认知负荷理论的学习规律。张鹏等探索了课堂学习和碎片化学习融合模式，将零散学习所得与课堂学习融合为完整知识体系[14]；李佳[15]等探索以问题为导向粘合碎片化学习，结果分析显示，学生考试成绩、提升综合素养、学生满意度均优于对照组。
因此本研究拟针对专业基础课《工程热力学》，探索利用实践案例为学习载体，将课堂与课下、线上与线下的“微”学习过程串联起来，以“微”学习任务为积木，将案例作为积木间的“键”，把碎片化“微”学习过程和成果搭建成完整的模型，构建完整、成体系的学习过程，既充分利用碎片化线上学习的灵活性和延展性，又不破坏知识体系的整体性和逻辑性。该学习方式的本质上就是以问题作为学习的引导，融合实践、理论教学，采用线下线上相融合的学习方式，充分利用各种学习的优势，以期达成更好的学习效果[16]。
2. 案例引领
2.1. 案例设置
作为学习载体的案例，是教学全过程的总纲领，因此案例的引入至关重要。案例要源自生产实践，能够代表科技前沿或行业的发展水平，在教学过程中树立民族荣誉感和社会责任感，且与本课程的目标紧密联系，能够实现将“微”学习单元进行有机组合、形成有机全过程。同时，本课程是后续专业课的基础，因此案例应与专业内容紧密相关联，为后续专业课的学习奠定理论基础。本课程主要对应案例见图1。
Figure 1. A typical case corresponding to the laws of thermodynamics
图1. 与热力学规律相对应的典型案例
2.2. 微学习模块的分解与设置
“微”学习环节需要成为一个相对独立、能够单独解决某一微小问题的独立单元。因此，课程学习中哪些环节可以拆解为线上的“微”学习单元，是本研究的基础一步。
对“微”学习单元的要求：首先是相对独立性，能够针对性解决一个小问题。通过该单元学习，学生可以获得解决问题的成就感，进而提高学习黏性，否则就会走神到其他的线上活动。第二，该“微”学习单元的难度要适中，挑战度不能太高，否则会丧失学习的信心，也会将学习者吓退至其他线上活动。第三，“微”学习单元要与工程案例紧密联系，是一块可用的“积木”。否则，会彻底将学习过程打散，无法形成完整的逻辑体系。
以制冷案例为例，以生活中最熟悉的分体空调为例，作为典型制冷案例引入学习，使学生理解热量从低温向高温的传递过程及规律(表1)。
Table 1. Decomposition of micro-learning content for typical refrigeration/heat pump practices
表1. 典型制冷/热泵实践的微学习内容分解
|
形式 |
内容 |
目标 |
实践部分 |
分组测试 |
测试分体空调室内机、室外机的进口、出口空气的温度、空气流量 |
理解室内机、室外机与空气之间的热交换量及方向 |
测试分体空调的电能消耗 |
理解热量从低温向高温传递所付出的代价——耗电(功) |
理论部分 |
分组研讨 |
利用测试结果，分析制冷系数 |
理解制冷规律 |
学习逆卡诺循环 |
理解理想的制冷规律 |
学习逆卡诺定理 |
理解逆卡诺定理 |
分组完成 |
结合实测数据，调用制冷剂的物性参数，分析理论制冷循环各部件各节点的参数，理论制冷系数 |
理解制冷循环 |
2.3. 教学过程的实施
线上的“微”学习环节与线下的授课环节形成有机互动，建立在“微”学习单元合理设置的前提下。
实施过程中，案例的分析需要线下教学过程和线上“微”学习有机融合，互为补充。线下的授课工程中，首要目标是厘清理论知识的脉络体系，构建学习的主线和核心内容。同时引入教学案例，使理论知识与工程实践紧密联系，以解决本专业复杂工程问题为根本目标，以解决案例中的阶段性、细节性问题为单个教学单元的学习目标，强化理论与实践的相互促进性。
以上述制冷系统分析为例，线下教学中，学习了理论上实现制冷的典型方法——蒸汽压缩式制冷，学生了解了制冷的过程和制冷系数的含义，但缺少直观的感受，理解不深，需要以课后的学习、实践、分析讨论辅助提升理解程度。
案例问题的“微”学习环节主要由课后自主实现。在基本理解的基础上，通过实践测试、分析计算空调输出的冷量和消耗的电量，讨论计算出制冷系数，印证理论学习的内容。过程中利用各种线上渠道对理论学习中的问题进行补充巩固，扩展对制冷系数的认识，在实践中强化理论知识。以案例为载体，实现了线上和线下学习的有机融合。
案例问题的分析和解决都是以小组形式，既有成员各自的自主学习，又有相互的沟通交流，分工合作，实现自主学习和分工合作相融合，提升学生的团队协作、沟通交流能力和表达能力。
学习过程融合到了线上与线下，理论与实践，个体与团队，培养了自主学习能力，拓展了学习外延，有效的提升学习成效。
2.4. 考核
考核体系的构建，既要体现个人努力和水平的差异，又要包含团队一荣俱荣的理念，强化、巩固团队精神；既包含基础理论知识和基本规律，又包括实践问题的分析，全面考核学生的应用研究和应用分析能力。
因此，考核的主要构成如下：
传统的考试环节，含期中和期末考试。期中约50%~60%的题目为基础理论知识和规律；20%~30%为理论问题的分析计算，如上述制冷循环的理论分析，考核学生将理论知识应用于该工程实践模型中的能力；10%~20%为实践问题，分析其节能情况、方案设计与比选等，考核学生解决复杂工程问题的能力。
平时成绩。约60%~70%是理论知识学习的巩固，30%~40%是分组完成的案例分析问题。其中案例分析问题以小组形式提交成果，同时提交各成员对总体成果的贡献度；对结果按组进行成绩评定，并根据贡献度，对超出平均值± 20%以上的同学进行升等/降等处理。对个人学习成效的考核主要依靠传统的考核手段，而小组协作内容则需要通过组内总成果的评分与个体贡献相结合，鼓励全体组员为小组任务付出努力。
2.5. 课程思政的融入
实事求是、知行合一。在应用型人才培养过程中，立足实践、服务实践，人才培养质量的关键出发点和落脚点，因此在理论教学中时刻跟紧实践指挥棒，才能真正理解理论、应用理论，实现知行合一。
双碳目标下节能理念引领实践和理论发展。工程热力学的核心内容是能量转化的规律，在此基础上通过对各种生产活动中能量的转化和流向的分析，理解节能的可能性和节能潜力，提出节能的措施，真正将节能理念贯彻到工程实践中，服务国家双碳战略。
3. 实施成效
通过在22级、23级教学过程中实施，体现在工程问题的分析能力上，对典型制冷问题、节能改造问题的分析能力明显提升，分组研讨参与率从82.14%提升至92.31%，反映出学生的学习积极性提升。
为了评估成绩的变化情况，通过T检验方法验证实施前后学生成绩差异的显著性[17]，结果见表2。实施该教学方式之前的2022级的55位同学成绩设为对照组，2023级的55位同学成绩作为研究组，通过多次小组研讨的综合总评成绩进行对照分析，总分为10分。结果，23级得分[(8.2 ± 1.784)分]，高于22级的[(6.418 ± 2.273)分]，显著性P值为0.000***，水平上呈现显著性，23级配对22级之间存在显著性差异。其差异幅度Cohen’s d值为：0.612，差异幅度中等。
Table 2. T-test results of grade 23 versus Grade 22
表2. 23级对22级的T检验结果
配对变量 |
平均值 ± 标准差 |
t |
df |
P |
Cohen’s d |
23级 |
22级 |
配对差值(23级~22级) |
23级配对22级 |
8.2 ± 1.784 |
6.418 ± 2.273 |
1.782 ± −0.489 |
4.54 |
54 |
0.000*** |
0.612 |
通过学生成绩的比较可以发现，用案例粘合微学习，构建理论与实践一体化的知识网络，学生在积极性、节能意识和工程问题的分析能力明显提升。
4. 机理分析
认知负荷理论是分析复杂任务学习过程的常用方法[18]-[20]。认知负荷是进行认知任务时个体需要投入的心理资源的总量。为了有效的管理认知负荷，可以采取分解任务、提供清晰指导、减少干扰、练习与反馈。
本教学实践中，通过案例的引入，明确以解决实践问题为清晰的学习学习目标，并据此分解成若干更小的子任务，使子目标的达成难度降低，建立多频次的成就感激励。
在完成子任务的过程中，通过线上、线下学习指导，帮助学生完成任务的过程，就是吸收知识、提升分析实践能力的过程。
线上资源的引入，可以提供反复的讲解，同时也提升学习的自主性和趣味性。课程思政引入教学过程，更加强化了学生的使命感和社会责任感，内化为学习的动力。
该教学模式满足了学习过程的客观规律，因此在教学实践中取得了较好的成效。
5. 总结
在基础理论课中扩展案例教学，一方面增强理论与实践的联系，一方面通过案例，使学生理解理论知识解决的实践问题。
以案例粘合“微”学习，线上与线下、理论与实践、个体与团队等每个学习环节相当于树叶，通过案例这个树枝串联起来，形成线下教学与线上“微”学习相融合，个人自主学习和小组分工合作相融合，理论和实践相融合，构建“三融合”教学体系，加强学生在课后学习中的时间精力投入，也将各类线上学习工具深度应用到学习中，充分发挥现代工具对学习的促进意义，在以工程热力学为代表的基础理论课教学实践中取得了较好的成效，值得后续深入实践。
基金项目
本文感谢2023年宁波市教育科学规划课题《第一课堂课程思政“目标–实施–评价”体系的研究与构建》(项目编号2023YGH014)。