《化工熱力學(xué)》在線課程建設(shè)探索與實(shí)踐

閆新龍，張一昕，武建軍，孟獻(xiàn)良，周 敏

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

化工熱力學(xué)，是化學(xué)工程學(xué)科的重要分支，是熱力學(xué)基本定律應(yīng)用于化學(xué)工程領(lǐng)域而形成的一門學(xué)科。作為化學(xué)工程與工藝相關(guān)專業(yè)本科教學(xué)的基礎(chǔ)課程[1]，主要講述流體的壓力-體積-溫度關(guān)系，純流體和流體混合物的熱力學(xué)性質(zhì)，相平衡，以及化工過(guò)程的熱力學(xué)分析方法及其在化工節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握化工熱力學(xué)的基本概念、理論和專業(yè)知識(shí)；學(xué)生能夠利用化工熱力學(xué)的方法對(duì)化工中涉及的物系的熱力學(xué)性質(zhì)和其它化工物性進(jìn)行關(guān)聯(lián)和推算；能夠利用化工熱力學(xué)的原理和模型對(duì)化工中涉及到的相平衡原理等進(jìn)行分析；并學(xué)會(huì)利用化工熱力學(xué)的基本理論對(duì)化工中能量進(jìn)行分析等。本課先修課程是高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)；與化學(xué)反應(yīng)工程、化工分離工程關(guān)系密切[2-3]。該課程的教學(xué)質(zhì)量,對(duì)化工類專業(yè)學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，以及工程能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

多年以來(lái)，由于化工熱力學(xué)概念多、公式多、內(nèi)容抽象，不易理解，與應(yīng)用聯(lián)系少，且由于物理化學(xué)、高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)的淡忘，學(xué)生普遍反映提不起學(xué)習(xí)興趣[4-5]。同時(shí)，由于總課時(shí)的減少，也導(dǎo)致本課程難以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行深入的講授，因此，很多學(xué)生認(rèn)為化工熱力學(xué)課程是化工專業(yè)課程中最難學(xué)的一門，產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)效果有待提高。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，在線學(xué)習(xí)逐漸成為全日制和非全日制教學(xué)的主要方式之一[6]。因此，將在線課程融入《化工熱力學(xué)》，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)模式成為本課程教學(xué)改革的重要方向。結(jié)合中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，《化工熱力學(xué)》課程組逐步啟動(dòng)在線課程建設(shè)，下面就本課程的建設(shè)及使用展開(kāi)初步的探討：

1 在線課程開(kāi)放平臺(tái)的設(shè)計(jì)

課程建設(shè)在中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)，采用SPOC課程模塊?？稍O(shè)置課程團(tuán)隊(duì)，發(fā)布課程介紹頁(yè)，可以發(fā)布教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置評(píng)分，開(kāi)設(shè)討論區(qū)及在線考試等。首先，根據(jù)我校化工專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，以及學(xué)生的實(shí)際情況，以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，以化學(xué)工業(yè)出版社出版的《化工熱力學(xué)》為主要參考教材，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新編排和設(shè)置，使其盡量能夠符合現(xiàn)階段學(xué)生的能力和水平，同時(shí)，加強(qiáng)與物理化學(xué)、高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)課程的銜接，對(duì)于一些教學(xué)內(nèi)容、課程體系等的安排，使其更加貼近學(xué)生的認(rèn)知和學(xué)習(xí)規(guī)律。按照32學(xué)時(shí)的容量來(lái)設(shè)置課程內(nèi)容，將其切割成不同的知識(shí)點(diǎn)，盡量將主要內(nèi)容全部覆蓋。其次，熟悉開(kāi)放平臺(tái)的各個(gè)模塊，例如課程的情況和開(kāi)課信息可以展示在“課程介紹頁(yè)”。教學(xué)大綱、考核方案以及教材介紹等材料展示可在“課程學(xué)習(xí)頁(yè)”。課件及視頻都有專門的模塊上傳，以利于學(xué)生學(xué)習(xí)。最后，還需對(duì)上課的課件進(jìn)行重新編排。原課堂教學(xué)課件內(nèi)容較多，還有很多互動(dòng)式的內(nèi)容，但是視頻錄制，不易做到互動(dòng)，且內(nèi)容過(guò)多，錄制時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。因此，通過(guò)對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、重點(diǎn)與難點(diǎn)等分析，從新制作了相應(yīng)的課件與講稿，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合后期的合成、剪輯等處理技術(shù)，進(jìn)一步完善。

2 教學(xué)平臺(tái)建設(shè)情況

由于該課程的特點(diǎn)，學(xué)生僅機(jī)械地學(xué)習(xí)相關(guān)的基本知識(shí)點(diǎn)是難以達(dá)到教學(xué)要求的，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生工程能力的逐步培養(yǎng)。因此，在課程建設(shè)過(guò)程中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生能力的培養(yǎng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先，把化工熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容細(xì)化，例如分解成不同的知識(shí)點(diǎn)、任務(wù)及相關(guān)專題等。選擇知識(shí)結(jié)構(gòu)性好、邏輯性強(qiáng)、層次性豐富的內(nèi)容進(jìn)行編排和錄制。每次錄制1～2個(gè)知識(shí)點(diǎn)?？筛鶕?jù)需要選擇在課堂錄制或是在專門錄制室錄制。一般地，在課堂錄制有學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)，更容易投入感情，輕松自如，但是視頻錄制質(zhì)量略差。而在專門錄制室錄制，容易講快，情緒緊張，但是視頻錄制質(zhì)量好。經(jīng)過(guò)幾次錄制后，這一缺點(diǎn)也可逐步克服。其次，在錄制課堂上列舉一些工程實(shí)例，對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，大有幫助。例如，從熱力學(xué)分析的角度針對(duì)煤制甲醇精餾過(guò)程討論節(jié)能減排的可行性方案，指出各裝置能量浪費(fèi)和降級(jí)的主要原因所在，并提出改進(jìn)的技術(shù)路線。最后，在錄制過(guò)程中，注意歸納總結(jié)，理清脈絡(luò)，突出重點(diǎn)。在各個(gè)知識(shí)點(diǎn)講授快要結(jié)束時(shí)，可以將該知識(shí)點(diǎn)與各章的基本內(nèi)容、重要概念、主要公式或工程實(shí)際之間的關(guān)系著重梳理一遍，從而使得該知識(shí)點(diǎn)及其與其他各部分知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系更為直觀，對(duì)學(xué)生理順學(xué)習(xí)思路很有幫助。

3 教學(xué)平臺(tái)在教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 組織實(shí)施

由于《化工熱力學(xué)》課程難度較大，不宜完全采用線上教學(xué)。因此，可利用網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺(tái)和傳統(tǒng)課堂相結(jié)合的方法，以提高教學(xué)效果。上課前，要求學(xué)生登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí)，并完成相關(guān)任務(wù)。在課堂上，教師可以通過(guò)講解一些應(yīng)用相關(guān)的實(shí)例，例如運(yùn)用經(jīng)典熱力學(xué)的基本原理，就某個(gè)化工工程問(wèn)題進(jìn)行判斷，并結(jié)合系統(tǒng)特征的模型，對(duì)化工過(guò)程進(jìn)行能量分析，提出解決方案；根據(jù)實(shí)際平衡體系的條件對(duì)過(guò)程進(jìn)行分析，選擇相平衡的計(jì)算方法等，使學(xué)生更好地理解所學(xué)的基本概念。此外，還可以通過(guò)布置測(cè)驗(yàn)題，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)自學(xué)情況。再次，還可以就某一知識(shí)點(diǎn)發(fā)起主題討論，增強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)。

3.2 在線交流

SPOC課程討論區(qū)版塊分為老師答疑區(qū)、課堂交流區(qū)、綜合討論區(qū)等模塊。學(xué)生可以將學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，通過(guò)在線課程平臺(tái)的討論區(qū)，與其他同學(xué)或者教師溝通交流。參與者越多，交流與討論的機(jī)會(huì)越多，在線課程的作用也就越明顯。教師通過(guò)閱讀學(xué)生提出的問(wèn)題以及學(xué)生之間的討論，掌握學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解情況。同時(shí)，可以將比較典型的問(wèn)題或是總結(jié)等內(nèi)容設(shè)置到精華區(qū)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)也可起到促進(jìn)作用，同時(shí)，也可以進(jìn)一步進(jìn)行總結(jié)和提高。

3.3 考核評(píng)價(jià)

在線課程教學(xué)過(guò)過(guò)程中，由于教師與學(xué)生不直接見(jiàn)面，因此，需要建立教學(xué)過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)督。通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，可查看學(xué)生視頻觀看個(gè)數(shù)、視頻觀看次數(shù)、視頻觀看時(shí)長(zhǎng)等，作為平時(shí)成績(jī)的依據(jù)。還可以通過(guò)階段測(cè)試、在線考核等方式。同時(shí)，除在線反饋外，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)多種渠道和方式對(duì)課程和學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行反饋，學(xué)生還可以電話及郵件等多種形式與教師進(jìn)行交流。教師收集相關(guān)信息后，可以對(duì)學(xué)生提出的意見(jiàn)和建議進(jìn)行研究，動(dòng)態(tài)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，并加以改進(jìn)和提高，不斷提高后續(xù)化工熱力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量。

4 存在的問(wèn)題

線下教學(xué)轉(zhuǎn)線上教學(xué)，學(xué)習(xí)場(chǎng)景和教學(xué)手段均發(fā)生了改變，學(xué)生和教師均需要一定時(shí)間去適應(yīng)。對(duì)學(xué)生而言，如采用線上線下教學(xué)，課前學(xué)習(xí)要求學(xué)生在課程學(xué)習(xí)平臺(tái)獨(dú)立完成，學(xué)習(xí)時(shí)間較以往要長(zhǎng)，而且不容易監(jiān)督，因此需要學(xué)生具有更強(qiáng)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性，否則很難達(dá)到預(yù)期的效果。同時(shí)，要求教師設(shè)計(jì)好線下和線上的教學(xué)內(nèi)容，不能重復(fù)。且需要對(duì)學(xué)生在線提問(wèn)及時(shí)回復(fù)，及時(shí)提醒學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，對(duì)教師的綜合教學(xué)能力將是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在線開(kāi)放課程建設(shè)，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)高等教育教學(xué)形式的轉(zhuǎn)變，在新形勢(shì)下培養(yǎng)高素質(zhì)人才，都具有十分重要的意義。作為化工及相關(guān)專業(yè)極為重要的一門必修課，化工熱力學(xué)是化工技術(shù)人才培養(yǎng)體系中所必不可少的基礎(chǔ)課程。本課程組在近年對(duì)《化工熱力學(xué)》在線開(kāi)放課程的建設(shè)進(jìn)行了初步的探索和實(shí)踐，包括開(kāi)放平臺(tái)的設(shè)計(jì)、教學(xué)平臺(tái)建設(shè)、教學(xué)平臺(tái)在教學(xué)中的應(yīng)用等方面，希望通過(guò)上述改革和嘗試，并持續(xù)改進(jìn)，為高素質(zhì)化工技術(shù)人才的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。