高校工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

黃曉璜 崔國民

摘要：工程熱力學(xué)是能源與動(dòng)力工程及相關(guān)學(xué)科的核心基礎(chǔ)課程，工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)是該課程的重要組成部分。通過上海理工大學(xué)工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題，從重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)化選課模式、科學(xué)合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、互動(dòng)式教學(xué)模式、科學(xué)合理的考核方式、及時(shí)了解教學(xué)效果等方面提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索方案，努力提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)添磚加瓦。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)探索

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）33-0100-02

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基本內(nèi)容，是培養(yǎng)基礎(chǔ)實(shí)、知識(shí)寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的創(chuàng)新型人才的主陣地，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有重要的作用。[1]實(shí)驗(yàn)教學(xué)是訓(xùn)練學(xué)生觀察、分析、處理數(shù)據(jù)以及完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等各方面綜合能力的保障，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐性、創(chuàng)新型能力的重要教學(xué)組成部分。[2]通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以有助于學(xué)生感受和理解理論課所講授的知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、綜合實(shí)踐能力、科學(xué)素養(yǎng)、獨(dú)立思維及創(chuàng)新能力。[3]

一、工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

工程熱力學(xué)是研究熱能有效利用以及熱能和機(jī)械能等其他能量轉(zhuǎn)換規(guī)律及其應(yīng)用的工程技術(shù)學(xué)科。[4]工程熱力學(xué)以概念多、術(shù)語多、內(nèi)容抽象難懂、系統(tǒng)性和工程性強(qiáng)等特點(diǎn)，造成學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，對(duì)很多概念似懂非懂。因此，工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)對(duì)于該課程的學(xué)習(xí)具有重要的意義。然而，工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在一定的問題。

首先，由于多年來“重理論、輕實(shí)踐”的思想影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)和管理重視程度不夠;實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理工作條塊分割、分工不清;實(shí)驗(yàn)室體制過于分散;實(shí)驗(yàn)室技術(shù)隊(duì)伍的建設(shè)不夠重視，缺乏高素質(zhì)的專業(yè)人員。其次，原有的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置不合理，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)太少，比如一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只有1個(gè)學(xué)時(shí)，倉促完成，實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練不足，導(dǎo)致理論與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。再次學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視程度不夠，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上無興趣，主觀能動(dòng)性不能發(fā)揮，教學(xué)效果不理想。然后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)容量與學(xué)生人數(shù)不相適應(yīng)，一臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)人數(shù)太多，使得一部分學(xué)生不能仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手操作機(jī)會(huì)少;實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及設(shè)備陳舊與現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)不相適應(yīng)，打擊學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。最后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)不相符合，學(xué)生模仿教師進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，缺乏創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。比如學(xué)生根據(jù)教師的安排，按部就班完成實(shí)驗(yàn)操作，這種機(jī)械代辦的學(xué)習(xí)過程抑制了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)效果也不理想。

綜上，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的各種問題，直接導(dǎo)致中國當(dāng)代大學(xué)生眼高手低、動(dòng)手能力弱的問題，因此必須重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)形式、考核方式等方面深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

1.重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)的中國應(yīng)試教育是重理論輕實(shí)踐的教育模式，然而，隨著實(shí)踐教學(xué)的重視，應(yīng)該從學(xué)校、教師、學(xué)生三方面對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)給予重視。

學(xué)校方面來講，首先，應(yīng)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)分比重。學(xué)生對(duì)于學(xué)分較低的實(shí)驗(yàn)課，對(duì)其上課不夠重視，認(rèn)為學(xué)得不好對(duì)其總成績不影響，更愿意花時(shí)間在學(xué)分高的理論課上。其次，應(yīng)提供充足的資金支持，用以實(shí)驗(yàn)設(shè)備的購入、實(shí)驗(yàn)條件的改善、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的增加上。比如在學(xué)校的重視下，學(xué)院補(bǔ)充了原有工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不足。再次，應(yīng)將實(shí)驗(yàn)課程落實(shí)到具體教師。本校以往的所有實(shí)驗(yàn)課是由一位教師擔(dān)任負(fù)責(zé)人，在開課時(shí)，分配給其他教師。這樣導(dǎo)致學(xué)生未能對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)教師評(píng)教，忽略了激勵(lì)教師教學(xué)能力提高的評(píng)教作用。教師方面，應(yīng)提高對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重要性的認(rèn)識(shí)，研究提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的方法，思考如何讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中收獲最大。比如實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)經(jīng)常修訂教案、指導(dǎo)書，努力自制開發(fā)教學(xué)儀器設(shè)備，提出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的工作。比如以往實(shí)驗(yàn)教師一般為兼職教師，從2013年起，實(shí)驗(yàn)中心引進(jìn)7名專職教師，設(shè)置專門辦公室，實(shí)行辦公統(tǒng)一化，這有利于學(xué)生便捷得找到實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)答疑等事項(xiàng)，也有利于實(shí)驗(yàn)教師交流探討教學(xué)方法、經(jīng)驗(yàn)。另外，實(shí)驗(yàn)教師參與一系列的教師培訓(xùn)、教學(xué)方法活動(dòng)、經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)、座談研討會(huì)，相互學(xué)習(xí)、了解自己的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，增強(qiáng)信心，提高教學(xué)能力和水平，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。學(xué)生方面，應(yīng)通過思想動(dòng)員、制度獎(jiǎng)懲等手段，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的重要性。應(yīng)采取各種辦法讓學(xué)生意識(shí)到實(shí)踐動(dòng)手能力訓(xùn)練的重要性，讓學(xué)生能自覺主動(dòng)珍惜實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)間。

2.網(wǎng)絡(luò)化選課模式

上海理工大學(xué)（以下簡稱“我?！保┙⒘四茉磩?dòng)力工程實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站，學(xué)生可以利用該網(wǎng)站進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。網(wǎng)站功能之一可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上選課和教學(xué)信息的發(fā)布。在每學(xué)期開學(xué)之際，實(shí)驗(yàn)中心公布實(shí)驗(yàn)授課計(jì)劃及選課通知，包括選課時(shí)間、內(nèi)容、方法、成績?cè)u(píng)定方法、選課注意事項(xiàng)及實(shí)驗(yàn)中心辦公地點(diǎn)及電話，以應(yīng)對(duì)學(xué)生的不明事宜或疑問。比如選課方法：登陸能源與動(dòng)力工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站學(xué)生預(yù)約窗口（http：//eplab.usst.edu.cn/index.php/Index/stulogin），輸入本人的學(xué)號(hào)和密碼（初始密碼為000000），進(jìn)入系統(tǒng)后點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)預(yù)約”即可進(jìn)入選課;實(shí)驗(yàn)預(yù)約完成后，可在“我的預(yù)約”中查看已預(yù)約實(shí)驗(yàn)的課程名稱、上課時(shí)間和上課地點(diǎn)等。該網(wǎng)上選課模式不僅可以有效實(shí)施開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和資源共享，而且讓學(xué)生有更多自由分配時(shí)間，更具開放性。

3.科學(xué)合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是按照課程理論教學(xué)日歷排課，其包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2個(gè)學(xué)時(shí)，共12個(gè)學(xué)時(shí)，分別為氣體定壓比熱測(cè)定、飽和水蒸氣壓力和溫度關(guān)系曲線測(cè)定、噴管流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)、壓縮機(jī)效率實(shí)驗(yàn)、制冷循環(huán)性能系數(shù)測(cè)定。每個(gè)實(shí)驗(yàn)安排2周，26組（可根據(jù)每屆學(xué)生人數(shù)安排組數(shù)），一組16人（實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)數(shù)8套，可2人組隊(duì)），可供400多人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生可根據(jù)自己空余時(shí)間在這2周內(nèi)選擇合適的實(shí)驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。比如“氣體定壓比熱實(shí)驗(yàn)”安排在工程熱力學(xué)第三章理想氣體的比熱容內(nèi)容學(xué)習(xí)后進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)持續(xù)2周時(shí)間;然后在第三章水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖以及水蒸氣圖表內(nèi)容后進(jìn)行“飽和水蒸氣溫度和壓力曲線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”。隨著理論課程教學(xué)的進(jìn)行同時(shí)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生及時(shí)理論聯(lián)系實(shí)際，加深基礎(chǔ)理論理解，也培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、增強(qiáng)動(dòng)手能力和解決問題的能力，避免了以往實(shí)驗(yàn)課安排在學(xué)期末或理論課后的下學(xué)期進(jìn)行的弊端，避免的弊端包括比如好多學(xué)生理論課忘記了差不多，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課時(shí)感覺很陌生，造成了走過場(chǎng)的現(xiàn)象;集中2或3周進(jìn)行所有的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生來不及消化，囫圇吞棗，造成瞬時(shí)記憶，做完即忘。另外，學(xué)生集中要處理多份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，很多學(xué)生就抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告;集中安排實(shí)驗(yàn)課還會(huì)造成設(shè)備不夠用，或者一組實(shí)驗(yàn)人數(shù)過多的狀態(tài)，使得實(shí)驗(yàn)效果大打折扣。

4.互動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法主要是注入式教學(xué)，教師對(duì)照實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒀b置、步驟等進(jìn)行講解，并操作示范，學(xué)生習(xí)慣性按照教師的講解，遵循實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書步驟重復(fù)，當(dāng)在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論有差距時(shí)，總認(rèn)為實(shí)驗(yàn)裝置有問題或者盡力把實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論靠攏，根本不進(jìn)行思考。該教學(xué)模式下，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，阻礙了學(xué)生主體性發(fā)揮和創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而互動(dòng)式教學(xué)是從現(xiàn)代教育理念出發(fā)，以滿足學(xué)生的有效求知和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下社會(huì)對(duì)人才的需要，以促進(jìn)教師自身水平與教學(xué)效果的提高為目的，通過教與學(xué)全方位地相互促進(jìn)和溝通達(dá)到上述目的的教學(xué)形式。[5]鑒于此，實(shí)驗(yàn)中心采取互動(dòng)式教學(xué)方式并貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂。

首先，在學(xué)生簽到時(shí)，以提問方式檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并提示學(xué)生抓住上課前10分鐘預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn);其次，在實(shí)驗(yàn)課堂開始后，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)錄像、CAI多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)工具進(jìn)行授課，這種現(xiàn)代化的教學(xué)工具產(chǎn)生圖、文、聲、像并茂的效果，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的不足，提高教學(xué)效果。特別是對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)原理，如果只對(duì)著實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹，學(xué)生不一定能接受。比如氣體定壓比熱測(cè)定中，應(yīng)用PPT示意實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)，能更清楚實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部連接情況，應(yīng)用PPT推導(dǎo)公式去求解比熱所涉及到的參數(shù)，思路更清楚，學(xué)生更明白。再比如噴管流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)復(fù)雜，涉及公式多，通過實(shí)驗(yàn)去比較各工況下氣流流經(jīng)漸縮噴管和縮放噴管各個(gè)截面壓力和流量變化規(guī)律，比較兩種噴管的基本特性，確定工作條件對(duì)噴管中氣體流動(dòng)的影響，比較分析實(shí)際氣流曲線偏離理想氣流曲線等問題非常困難，因此必須借助多媒體教學(xué)。在授課中教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生互動(dòng)，探討實(shí)驗(yàn)方案、生活案例，引發(fā)頭腦風(fēng)暴，促進(jìn)激烈討論。比如在飽和水蒸氣溫度與壓力關(guān)系曲線測(cè)定時(shí)，學(xué)生們會(huì)對(duì)為什么高壓鍋內(nèi)的食物容易煮熟，而在高原上卻不易煮熟進(jìn)行探討，提高了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手的興趣。

再次，實(shí)驗(yàn)操作中，實(shí)驗(yàn)教師在旁巡視，適時(shí)提問、提示與幫助。布置每個(gè)小組2～3個(gè)問題，培養(yǎng)學(xué)生提問能力、思考習(xí)慣。該互動(dòng)模式讓學(xué)生和教師隨時(shí)能溝通交流，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)。如制冷循環(huán)性能系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需闡述制冷循環(huán)流程圖、設(shè)備名稱及作用、制冷劑在各設(shè)備進(jìn)出狀態(tài)。有思考題的督促，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中態(tài)度認(rèn)真，對(duì)實(shí)驗(yàn)鉆研，起到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，巡視中提示學(xué)生需要觀察什么，思考什么問題，應(yīng)用什么方法分析數(shù)據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論或規(guī)律，詢問是否有新的實(shí)驗(yàn)方法和改良步驟等以強(qiáng)化學(xué)生開拓思維。

最后，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生將統(tǒng)一將自己的實(shí)驗(yàn)成果給實(shí)驗(yàn)教師檢查，檢查確認(rèn)方可離開實(shí)驗(yàn)室。若有學(xué)生成果不太理想，實(shí)驗(yàn)教師將安排學(xué)生在其他實(shí)驗(yàn)小組的時(shí)間里繼續(xù)完成該實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)。

5.合理的實(shí)驗(yàn)考核方式

實(shí)驗(yàn)課考核，應(yīng)堅(jiān)持把學(xué)生實(shí)際技能和分析問題、解決問題的能力作為考核重點(diǎn)，力求對(duì)每個(gè)學(xué)生的成績給出全面合理的評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)課考核體系不合理，則不能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性。以往由于學(xué)生人數(shù)多，實(shí)驗(yàn)人數(shù)500人/學(xué)年左右。一次實(shí)驗(yàn)課人數(shù)較多，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中走過場(chǎng)，平時(shí)成績考核力度又不夠，大多以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為考核的唯一方式，導(dǎo)致學(xué)生不重視，實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在大量的抄襲現(xiàn)象，不能真實(shí)反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平，更無法體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。鑒于此，實(shí)驗(yàn)中心建立更科學(xué)的考核體系，做了以下轉(zhuǎn)變。

實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)定方法：實(shí)驗(yàn)出勤20%，包括準(zhǔn)時(shí)上課、遲到、早退、未出席四個(gè)層次;實(shí)驗(yàn)上課表現(xiàn)50%，包括預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、互動(dòng)情況、問答表現(xiàn)等;實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績30%，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)及計(jì)算分析過程、結(jié)果正確性和整潔等。對(duì)于漏做實(shí)驗(yàn)、漏交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的同學(xué)，所遺漏的平時(shí)成績或?qū)嶒?yàn)報(bào)告成績?yōu)榱惴帧?duì)于未選課、未上課的同學(xué)，無論何種理由，均不予補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，無成績。

6.及時(shí)了解教學(xué)效果

為了深入了解教學(xué)效果，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)中心設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷“實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量調(diào)查問卷”“我最喜歡的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式調(diào)查問卷”。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量調(diào)查問卷涉及實(shí)驗(yàn)教師教學(xué)態(tài)度、教學(xué)能力、教學(xué)效果等3個(gè)方面，給實(shí)驗(yàn)教師評(píng)分。筆者最喜歡的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式調(diào)查問卷中，涉及內(nèi)容包括：你對(duì)本學(xué)期實(shí)驗(yàn)課的整體印象如何？你認(rèn)為上課人數(shù)安排是否合理？你認(rèn)為此次實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)施條件怎么樣？你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課程考核形式應(yīng)該是怎樣？你認(rèn)為好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式/模式應(yīng)該是怎么樣？你心目中好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是怎樣？你對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有什么好的意見，等等。通過真實(shí)的反饋情況，可以使實(shí)驗(yàn)教師認(rèn)識(shí)到教學(xué)過程中存在的不足，深入了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，從而可以及時(shí)完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

三、結(jié)束語

工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是鞏固該課程理論知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、開拓學(xué)生創(chuàng)新思維的重要途徑。本文通過改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀中存在的不足，希望建立科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提升實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平和實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理實(shí)效，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的重要作用，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更好地適應(yīng)現(xiàn)代教育和現(xiàn)代人才培養(yǎng)的需求。

參考文獻(xiàn)：

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