何文靜，趙一博，趙躍強(qiáng)

(江蘇海洋大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005)

0 引言

化工熱力學(xué)課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)與核心課程，是從事化工過(guò)程的研究、開(kāi)發(fā)以及設(shè)計(jì)工作必不可少的重要理論基礎(chǔ)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和解決化工過(guò)程的實(shí)際問(wèn)題打下牢固的基礎(chǔ)。該課程相對(duì)于其他課程而言理論性強(qiáng)、內(nèi)容廣、涉及到化學(xué)工程的方方面面，而且公式多且推導(dǎo)復(fù)雜、概念多而抽象，因此在傳統(tǒng)的化工熱力學(xué)授課過(guò)程中存在諸多問(wèn)題[1-3]，比如：(1)學(xué)生畏難情緒較重，全國(guó)高校的大部分本科生初次接觸本門(mén)課程，都反映本門(mén)課程如“天書(shū)”一般，晦澀難懂；(2)學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，而且不能做到課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)，往往是學(xué)著后面的，忘了前面的；(3)學(xué)生對(duì)生產(chǎn)缺乏感性認(rèn)識(shí)，難以將熱力學(xué)的基本原理與實(shí)際的生產(chǎn)案例相結(jié)合；(4)缺乏有效的學(xué)習(xí)反饋機(jī)制和方法，導(dǎo)致在教學(xué)工作結(jié)束后教師并不能全面掌握學(xué)生學(xué)習(xí)程度及情況。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”應(yīng)運(yùn)而生，讓廣大學(xué)生除了直接參加面對(duì)面互動(dòng)課堂享受學(xué)習(xí)的樂(lè)趣外，還可以充分利用線上豐富的教學(xué)資源，學(xué)習(xí)環(huán)境更加個(gè)性化，教學(xué)內(nèi)容和手段更加豐富，將“互聯(lián)網(wǎng)+教育”融入化工熱力學(xué)的課程教學(xué)中，采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)方式，能有效解決傳統(tǒng)授課過(guò)程中存在的大部分問(wèn)題[4]，本課程組通過(guò)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行重新梳理重構(gòu)，搭建合理的線上線下教學(xué)模式(圖1)，并制定有效的教學(xué)反饋和考核機(jī)制。

圖1 線上線下混合教學(xué)模式研究思路及方法

1 教學(xué)資源的收集、整理、制作及教學(xué)內(nèi)容的重建

目前教學(xué)內(nèi)容難度大，比較抽象，學(xué)生不容易理解。如果將這些知識(shí)點(diǎn)以動(dòng)畫(huà)視頻的形式向?qū)W生傳授，將大大加深學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。另外目前的教學(xué)內(nèi)容主要以理論為主，缺乏與工廠實(shí)際或者與實(shí)際生活的聯(lián)系，在教學(xué)內(nèi)容中引入工廠及生活的實(shí)際案例，并對(duì)案例分析可以增強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[5]。同時(shí)在教學(xué)內(nèi)容中引入科研成果，比如在第二章流體P-V-T關(guān)系中可以引入超臨界萃取技術(shù)在中藥提取、污染土壤修復(fù)等的應(yīng)用[6-7]，一方面加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解、掌握和應(yīng)用，另一方面鼓勵(lì)學(xué)生要有科創(chuàng)精神。要實(shí)現(xiàn)以上，需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行收集，整理，對(duì)缺乏的教學(xué)資源進(jìn)行制作，然后以合適的方式傳授給學(xué)生。

首先根據(jù)教學(xué)大綱分類整理出需了解知識(shí)點(diǎn)，一般掌握的知識(shí)，重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)及難點(diǎn)。然后從中國(guó)大學(xué)MOOC(慕課)，Bilibili網(wǎng)站等收集相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的視頻資料，其中大學(xué)MOOC有天津大學(xué)，南京工業(yè)大學(xué)和鄭州大學(xué)等推出的國(guó)家精品開(kāi)放課程，限時(shí)開(kāi)放，Bilibili網(wǎng)站也有清華大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)和天津大學(xué)的課程視頻，免費(fèi)不限時(shí)開(kāi)放，這些課程視頻將每一個(gè)章節(jié)按知識(shí)點(diǎn)劃分成若干個(gè)短視頻，每一個(gè)短視頻時(shí)間在15分鐘以內(nèi)，幾乎涵蓋所要求的掌握的所有知識(shí)點(diǎn)，這些視頻可作為課前預(yù)習(xí)的重要資料。同時(shí)可以在網(wǎng)上尋找一些直觀的動(dòng)畫(huà)視頻幫助學(xué)生理解掌握相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，比如蒸氣動(dòng)力循環(huán)和制冷循環(huán)，在網(wǎng)上都可以找到相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)視頻，直觀且有趣，這個(gè)可以作為課堂講解的資料。如果網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有相應(yīng)的視頻資料，可以制作相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的PPT進(jìn)行課堂講解。另外對(duì)重、難點(diǎn)要收集相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際案例及最新的研究成果，并在課堂與學(xué)生對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行展開(kāi)討論，以蒸氣動(dòng)力循環(huán)的改進(jìn)這一知識(shí)點(diǎn)為例，發(fā)電廠就是蒸氣動(dòng)力循環(huán)的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)問(wèn)題“如何提高發(fā)電廠能量利用的總效率？”來(lái)啟發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的思考及相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，通過(guò)對(duì)用超臨界二氧化碳代替或部分代替水蒸氣進(jìn)行動(dòng)力循環(huán)研究的介紹，進(jìn)一步加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)還要收集一些習(xí)題作為課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的資料。以上資料收集全后，結(jié)合線上線下混合教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，了解和一般掌握的知識(shí)點(diǎn)作為學(xué)生線上學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，重、難點(diǎn)作為線下教學(xué)的主要內(nèi)容，對(duì)于了解和一般性掌握的內(nèi)容，課堂講解一帶而過(guò)，重點(diǎn)講解重、難點(diǎn)，這樣可以節(jié)省出更多的教學(xué)時(shí)間用來(lái)與學(xué)生探討工程實(shí)際問(wèn)題。

2 線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式的搭建

該部分是教學(xué)活動(dòng)實(shí)施的重要環(huán)節(jié)，主要分三大塊：課前預(yù)習(xí)，課堂教學(xué)和課后復(fù)習(xí)。課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)主要是以線上為主，通過(guò)教學(xué)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，課堂教學(xué)以線下為主。

2.1 課前預(yù)習(xí)

課前預(yù)習(xí)通過(guò)線上教學(xué)管理平臺(tái)來(lái)實(shí)施和監(jiān)控，目前線上教學(xué)平臺(tái)比較多，比如超星、雨課堂及騰訊課堂等，近兩年，由于疫情原因，線上教學(xué)平臺(tái)的功能越來(lái)越完善，線上教學(xué)資源也越來(lái)越多，這為教學(xué)提供了很大的便利。上課前教師將預(yù)習(xí)資料(線上教學(xué)視頻、課件、習(xí)題、思考題)通過(guò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)送至學(xué)生，教師可在手機(jī)端實(shí)時(shí)查看學(xué)生課前預(yù)習(xí)完成的情況，其中習(xí)題主要關(guān)注基本概念、理論的掌握情況，思考題大多與本章知識(shí)點(diǎn)在生產(chǎn)或生活中應(yīng)用有關(guān)，比如為什么高原上煮雞蛋需要很長(zhǎng)時(shí)間才能熟，可樂(lè)冷藏后為什么能形成可樂(lè)沙冰，等等[8]。學(xué)生在手機(jī)端可隨時(shí)查看預(yù)習(xí)資料，并根據(jù)自己的情況在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自主選擇學(xué)習(xí)的時(shí)間和學(xué)習(xí)內(nèi)容，這樣能大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。教師根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)反饋的情況，進(jìn)一步安排課堂教學(xué)內(nèi)容。

2.2 課堂教學(xué)

課堂教學(xué)是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)實(shí)施的重要的環(huán)節(jié)，在課堂上老師和學(xué)生可以面對(duì)面的溝通交流，可以就預(yù)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行解答，對(duì)預(yù)習(xí)和將要講授的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，著重對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行講解，并結(jié)合實(shí)際的案例進(jìn)行分析、討論等等，同時(shí)可以引入最新的科研成果與同學(xué)分享交流。

以蒸氣制冷循環(huán)這一知識(shí)點(diǎn)為例。課堂講解中，首先將蒸氣制冷循環(huán)的原理和過(guò)程通過(guò)動(dòng)畫(huà)視頻的方式傳授給學(xué)生，然后通過(guò)課件講解制冷的原理、制冷劑選擇及蒸氣制冷循環(huán)的應(yīng)用，由于該部分內(nèi)容學(xué)生已提前預(yù)習(xí)，所以講解的時(shí)候以重點(diǎn)、難點(diǎn)為主，基本概念一帶而過(guò)。再結(jié)合蒸氣制冷循環(huán)的應(yīng)用加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握，蒸氣制冷循環(huán)最常見(jiàn)的應(yīng)用是冰箱，空調(diào)，要求學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)知識(shí)描述出冰箱、空調(diào)制冷的原理及過(guò)程，并就以下問(wèn)題展開(kāi)討論：夏天打開(kāi)冰箱門(mén)能否當(dāng)空調(diào)使而使房屋內(nèi)溫度下降?冰箱的制冷系數(shù)是夏天高還是冬天高，為什么？同時(shí)引入最新科學(xué)研究，比如氨制冷技術(shù)在輕烴回收工藝及在國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)洋漁船上應(yīng)用研究等[9-10]。最后通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，使大家認(rèn)識(shí)到科技創(chuàng)新使得高科技產(chǎn)品進(jìn)入日常生活，提供了很大的便利，作為當(dāng)代大學(xué)生要明白學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科技創(chuàng)新的重要性，要有創(chuàng)新精神、敢于突破，同時(shí)要做好知識(shí)儲(chǔ)備。

化工熱力學(xué)教學(xué)過(guò)程中還涉及到大量的計(jì)算，比如流體P-V-T性質(zhì)的計(jì)算，混合物熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算，泡點(diǎn)、露點(diǎn)的計(jì)算等等，這些計(jì)算往往涉及高次方程，有時(shí)還需迭代和試差求解，計(jì)算過(guò)程比較繁雜，工作量大，必須借助計(jì)算機(jī)完成，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中也是望而生畏，因此課堂教學(xué)中應(yīng)注意該部分內(nèi)容講解的同時(shí)，應(yīng)將應(yīng)用計(jì)算機(jī)求解的方法同時(shí)傳授給學(xué)生。Excel作為一種常見(jiàn)的辦公軟件，無(wú)需編程，沒(méi)有特殊的語(yǔ)言，幾乎所有的學(xué)生都會(huì)使用，而且通過(guò)Excel來(lái)進(jìn)行熱力學(xué)數(shù)據(jù)的計(jì)算可以清楚的看到計(jì)算的過(guò)程，一些研究者已經(jīng)將其應(yīng)用到熱力學(xué)數(shù)據(jù)的計(jì)算中[11-13]。本課程同樣采用Excel軟件來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，在相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)處通過(guò)課堂演示的方法傳授給學(xué)生，并布置相應(yīng)的習(xí)題供學(xué)生鞏固練習(xí)。具體計(jì)算的方法可參見(jiàn)于志家[11]用R-K方程求算323 K與1.5 MPa下乙烷的摩爾體積、壓縮因子、剩余熵、剩余焓與逸度。

2.3 課后復(fù)習(xí)

課后復(fù)習(xí)同樣重要，否則即使已經(jīng)學(xué)會(huì)的知識(shí)隔一段時(shí)間也會(huì)忘記。課后復(fù)習(xí)主要通過(guò)習(xí)題練習(xí)完成，傳統(tǒng)的做法是在相關(guān)知識(shí)點(diǎn)講授完之后會(huì)布置相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的作業(yè)以加深認(rèn)識(shí)。在本課程教學(xué)過(guò)程中，為了能使學(xué)生溫故而知新，在布置作業(yè)的時(shí)候除了布置本堂課相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)以外，還可以增加少量的已學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)的習(xí)題。為了考察學(xué)習(xí)效果，在每一章節(jié)結(jié)束做一個(gè)線上小測(cè)驗(yàn)。

3 建立好學(xué)生的教學(xué)反饋機(jī)制

學(xué)生對(duì)教學(xué)的反饋是教師調(diào)控和改進(jìn)教學(xué)的重要依據(jù)，傳統(tǒng)的教學(xué)反饋比較少，主要以面對(duì)面溝通、電話、郵件溝通等方式進(jìn)行，方式單一枯燥效率低、覆蓋面窄、有效性真實(shí)性難以保證。除了日常的溝通交流以外，目前的教學(xué)平臺(tái)大都有一定的統(tǒng)計(jì)功能，教師在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)可以增加一些習(xí)題，軟件可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生習(xí)題作答情況，教師通過(guò)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可直觀的了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，從而調(diào)整線下授課內(nèi)容。通過(guò)對(duì)線下案例分析討論和課后復(fù)習(xí)及作業(yè)情況了解學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的掌握情況，教師根據(jù)學(xué)生掌握的情況制定下一步的教學(xué)計(jì)劃和內(nèi)容，確保重難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)全部掌握。同時(shí)在期中和期末的時(shí)候通過(guò)問(wèn)卷星各制定一份問(wèn)卷調(diào)查表，匿名作答，教師可通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查情況進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方式。

4 改變考核機(jī)制

以往的考核機(jī)制中，期末成績(jī)占比70%，平時(shí)成績(jī)(包括課堂參與情況，作業(yè))占比30%。在新的教學(xué)模式中，為激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，將線上學(xué)習(xí)參與及習(xí)題作答情況納入期末考試成績(jī)中，調(diào)整期末考試的成績(jī)占比，平時(shí)成績(jī)(包括課前線上預(yù)習(xí)、習(xí)題，課堂參與情況，課后線上復(fù)習(xí)、作業(yè)，每章節(jié)測(cè)驗(yàn))占比50%，試卷占比50%。同時(shí)期末考試的考核內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，既要包括對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考核，又包括對(duì)理論知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和系統(tǒng)分析實(shí)際問(wèn)題能力的考核，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的掌握。

本文通過(guò)對(duì)化工熱力學(xué)課程授課過(guò)程存在問(wèn)題總結(jié)與分析，提出基于“互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下混合的教學(xué)模式，借助于信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)教師知識(shí)傳授和學(xué)生知識(shí)內(nèi)化在時(shí)間和空間上的調(diào)控，學(xué)生線上自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容及進(jìn)度以提升其主觀能動(dòng)性，教師線下知識(shí)梳理，重難點(diǎn)分析，案例討論加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握，通過(guò)有效反饋機(jī)制在一定程度上實(shí)現(xiàn)分層次教學(xué)和因材施教，改進(jìn)現(xiàn)有考核機(jī)制，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)在動(dòng)力，提高學(xué)習(xí)效果。