《化工熱力學實驗》線上教學策略初探

孫 強，郭緒強

(1.中國石油大學(北京)化學工程與環(huán)境學院化學工程系，北京 102249；2.中國石油大學(北京)克拉瑪依校區(qū) 工學院，新疆 克拉瑪依 834000)

1 引言

眾所周知，本科教學實驗是理工科高校的必修環(huán)節(jié)，對大學生深入理解理論課知識、增加對所學知識的感性認識具有重要意義[1]。例如，在我校化工學院開設(shè)的《化工原理實驗》、《化工熱力學實驗》以及《環(huán)境工程專業(yè)實驗》等課程，對不同專業(yè)的學生學習和掌握相關(guān)理論課程的基礎(chǔ)知識具有積極的促進作用。

然而，2020年初的新冠肺炎疫情使得學生無法正常返校，各高校也紛紛被迫采用線上教學方式安排不同年級學生的課程授課任務(wù)，這也是大勢所趨、勢在必行的疫情時期教學方式[2]。對于絕大部分理論課程而言，線上教學仍不失為一種能夠有效保證教學效果的授課方式；但對于實驗課程而言，線上教學將使學生失去線下動手操作過程形成的實驗技能培養(yǎng)和實際認知收獲體驗。其中，有一部分實驗課程配置了模擬仿真操作[3]，學生可以通過虛擬操作過程在一定程度上達到自己動手并獲取實驗數(shù)據(jù)的效果。我校《化工熱力學實驗》課程屬于新開設(shè)實驗課程(2018年正式開課)，目前尚未建立模擬仿真操作，因而在當下疫情期間對指導教師的授課和學生的學習過程均提出了前所未有的挑戰(zhàn)。針對這一問題，本文提出了相應(yīng)的實驗課程教學策略，以充分保證教學效果。

2 線上教學策略

結(jié)合我校《化工熱力學》課程教材，《化工熱力學實驗》共開設(shè)3個實驗內(nèi)容：(1)CO2相行為測定實驗(3學時)，掌握CO2的PVT測定方法，獲取并認識CO2的P-V相圖；(2)制冷系數(shù)測定實驗(2學時)，了解制冷裝置構(gòu)成，掌握制冷系數(shù)實驗測定和計算方法；(3)CO2在純水中的溶解度測定(3學時)，掌握氣-液相平衡原理及氣體溶解度的測定方法。根據(jù)上述實驗項目內(nèi)容及實驗?zāi)康模凑詹煌瑢嶒灜h(huán)節(jié)設(shè)計如下的線上教學策略。

2.1 實驗預(yù)習

在以往的線下實驗課中，實驗預(yù)習環(huán)節(jié)主要是向?qū)W生實地講解實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒炑b置使用方法、實驗具體操作步驟、數(shù)據(jù)處理方法以及實驗安全注意事項等。在線上教學過程中，首先要求學生自己在實驗前預(yù)習電子版實驗講義，熟悉實驗內(nèi)容，形成預(yù)習報告；然后在上課過程中采用雨/騰訊課堂等線上教學平臺向?qū)W生講解預(yù)習環(huán)節(jié)涉及的上述相關(guān)內(nèi)容。特別的，對于實驗裝置，通過結(jié)合實物照片以及關(guān)鍵細節(jié)部位展示使學生掌握其結(jié)構(gòu)組成和使用方法。為保證預(yù)習效果，提高學生對預(yù)習環(huán)節(jié)的重視程度，線上講解過程中采用隨機提問方式抽查學生預(yù)習情況，并以此作為實驗預(yù)習環(huán)節(jié)的學生得分依據(jù)之一。

2.2 實驗觀摩

針對實驗操作環(huán)節(jié)，線上和線下兩種方式的教學過程最大程度地體現(xiàn)了二者的差異性。學生無法進行實際的實驗操作，因而只能結(jié)合實驗教學視頻來觀摩并熟悉實驗操作，故要求指導教師提前錄制實驗錄像，將實驗內(nèi)容、流程、操作步驟及特別注意事項等全部過程形成視頻文件，并通過后期剪輯和插入文字講解制作成正式教學視頻。要求學生通過觀看教學視頻，掌握相關(guān)實驗操作技能，獲取所需實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)。

在線上視頻教學過程中，指導教師的實驗操作較為熟練準確，因而可以在規(guī)定的實驗學時內(nèi)適宜改變實驗參數(shù)，盡可能多地完成不同條件下的實驗過程，以使學生獲得多組不同的實驗結(jié)果，通過采集豐富的實驗數(shù)據(jù)，更加深入地了解實驗原理及實驗數(shù)據(jù)的獲取方法，更加全面地熟悉涉及的理論課基礎(chǔ)知識，更加準確地掌握實驗數(shù)據(jù)背后體現(xiàn)的規(guī)律和定理。

2.3 實驗報告整理

在獲取并記錄實驗原始數(shù)據(jù)后，學生按照實驗講義中規(guī)定的每個實驗對應(yīng)的數(shù)據(jù)計算方法及要求，完成公式計算和圖表制作等數(shù)據(jù)處理過程，并回答講義中的思考題，撰寫實驗報告。最終，將預(yù)習報告和實驗報告匯總整理，形成完整的最終報告，提交指導教師批改并存檔。學生的總成績由上述幾部分以及結(jié)課考試成績按照一定的比例構(gòu)成。

3 結(jié)論

新冠肺炎疫情使得本科生課程采用線上授課方式勢在必行，這對注重過程操作和體驗但又無法采用模擬仿真形式的實驗課程而言，無疑是提出了更高更難的教學要求。本文結(jié)合《化工熱力學實驗》課程開設(shè)的實驗內(nèi)容，從實驗預(yù)習、實驗觀摩和實驗報告整理3方面初步探討了該實驗課程的線上教學策略和實施方法，以保證該課程的正常進行和學生的學習效果。