過程流體機械教學新目標及慕課教學現(xiàn)狀與探究

孔新　胡軍

摘? 要 基于過程流體機械課程對新工科建設人才培養(yǎng)的重要性，在分析慕課輔助教學現(xiàn)狀和存在問題的基礎之上，提出慕課內(nèi)容應聚焦于壓縮機、風機在實際工程應用中的典型和突出問題。通過慕課輔助手段，實現(xiàn)知識傳遞的深入性和人性化，幫助學生樹立正確的專業(yè)學習習慣，以培養(yǎng)適應新型工程技術發(fā)展需求的優(yōu)秀人才。

關鍵詞 新工科;慕課;過程流體機械;過程裝備與控制工程專業(yè);翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）04-0044-04

New Teaching Goals of Process Fluid Machinery and Current Situation & Investigation in MOOC Assisted Teaching//KONG Xin， HU Jun

Abstract Based on the construction of new engineering， the process fluid machinery should establish its new concept in education. This paper analysed the present situation of MOOC assisted teaching and the existing problems， and proposed that the contents of MOOC should focus on the position and the function of compressors and?ventilators in engineering practice. Through the assistant of MOOC?which comes from the teaching material and goes beyond it， the?process of knowledge transfer could be deeper and more humani-zing. This will also help the students in construction of the professio-nal learning habit， and cultivating qualified personnel of new engi-neering technology.

Key words new engineering; MOOC; process fluid machinery; pro-cess equipment and control engineering; flipped classroom

1 引言

2017年2月，為推進新工科建設工作的進行，教育部發(fā)布《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，積極探索引領全球工程教育的中國模式和經(jīng)驗[1]。過程流體機械課程的主要教學任務為介紹應用廣泛并具有典型性的活塞式、離心式壓縮機和泵，并講解它們的工作原理、結(jié)構(gòu)形式、運行特性、調(diào)節(jié)方法和機器的安全可靠性等方面的基本知識[2]。這門課程是學生接觸較早的一門專業(yè)課程，對過程裝備與控制工程專業(yè)學習具有重要意義：一方面，本課程對后續(xù)課程的銜接學習至關重要;另一方面，本課程是專業(yè)能力培養(yǎng)的重要基礎。因此，完善過程流體機械課程教學模式是當下專業(yè)建設中的重要組成部分。

伴隨著5G互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，人類進入知識全面共享的信息時代，隨之帶來的改變影響著人類工作、生活、學習的方方面面，尤其對處于知識灌輸階段的學生來說，知識來源同樣趨于多元化發(fā)展。在這樣的時代背景下，利用網(wǎng)絡手段傳播知識，將過程流體機械的教學逐漸碎片化、扁平化，亦是推進新工科建設的重要體現(xiàn)。

慕課（MOOC）這一概念最早由加拿大愛德華王子島大學的學者團隊于2008年提出;隨后，斯坦福大學為探索網(wǎng)絡教學的實踐工作，發(fā)布了三門免費學習課程，引起巨大反響;之后，圣何塞州大立學對87名工程系學生進行網(wǎng)絡學習的調(diào)研，研究結(jié)果表明：傳統(tǒng)教學與線上內(nèi)容相結(jié)合的方式，可以使學生的考試及格率由55%提升至91%[3]。

我國慕課工作的開展較發(fā)達國家相對晚一些，但發(fā)展勢頭十分迅猛，2013年市場規(guī)模已達83億，同比增長19.9%;

人數(shù)為6720萬人，同比增長13.8%[4]。此外，在慕課建設工作中不斷有新的思路和方法涌現(xiàn)，如李海龍等[5]提出“以問題為核心、以任務為驅(qū)動”的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，在以實踐操作為主的課程領域能有效提高學生的學習能力、實踐能力和協(xié)作能力，實現(xiàn)信息技術與高校課程的有效整合;鐘曉流等[6]將翻轉(zhuǎn)課堂的理念與中國傳統(tǒng)太極思想、本杰明·布魯姆認知領域教學目標相融合，構(gòu)建出太極環(huán)式的翻轉(zhuǎn)課堂模型。

隨著翻轉(zhuǎn)課堂慕課相關工作轟轟烈烈地開展和進行，慕課教學中的問題也不斷凸顯出來：翻轉(zhuǎn)課堂的教育模式實質(zhì)上無法消除由于不同學生學習能力的差異性導致的教學效果的差異[6];有學者指出，慕課平臺的教學視頻觀看過程是一個無人監(jiān)督的環(huán)境，教師和學生處于物理空間上的分隔狀態(tài)，因此，這種學習模式的不確定性相對較高，“高輟學率”和“低持續(xù)參與度”是其最主要的問題[7]。

本文針對新工科背景下過程流體機械課程建設所提出的新的課程教學目標，分析過程流體機械教學模式現(xiàn)狀和存在的具體問題，提出結(jié)合慕課高效完成過程流體機械課程的教學目標，真正做到打破傳統(tǒng)單一課堂教學模式，培養(yǎng)適應新時代新工科背景的優(yōu)秀人才。

2 新背景下過程流體機械課程的教學目標

過程流體機械是一門開課已久的重要專業(yè)課程，在多年的教學過程中已經(jīng)形成固定的教學模式和教學內(nèi)容。近些年來，教學教材雖有多版、多次校訂[8-10]，但是由于基礎機械發(fā)展相對穩(wěn)定且緩慢，教學內(nèi)容并無實質(zhì)性變革。固定的教學內(nèi)容必然在一定程度上對教學模式改革產(chǎn)生阻力。同時，隨著時代的發(fā)展，高校教師的科研任務逐漸繁重，不少教師將大部分精力轉(zhuǎn)移至科研工作上，工作重心也不可避免地從本科教學轉(zhuǎn)向科研。從學生層面來看，在知識共享的新時代，不僅需要學習專業(yè)課程，各類型的學科競賽也吸引了他們的注意力。學生不再滿足于課堂的基本授課內(nèi)容，而是更加關注學科競賽等活動中所需的各類知識，因此，學習目標更加明確且逐漸“功利化”，相應地，學習特點也更加碎片化、扁平化。

考慮到以上因素，新背景下的過程流體機械課程的教學目標應相應進行調(diào)整，使學生在學習過程中如魚得水、興味盎然，同時利用科技手段完成有效的知識共享、分析、利用（見圖1）。

知識傳遞方式要求深入性和人性化? 如前文所述，在互聯(lián)網(wǎng)應用高速發(fā)展的時代，學生的知識來源呈多元化發(fā)展趨勢，學生的學習目標更加明確：怎樣將所學知識快速有效地應用于實踐。同時，學生的學習模式也趨于碎片化：利用碎片化時間梳理碎片化知識點。相比之下，常規(guī)的課堂教學，每節(jié)課學習時間長，授課方式相對固定，長此以往，會引起部分學生學習興趣和注意力下降。

改進傳統(tǒng)的教學授課方式，引入慕課教學資源，可有效輔助教學工作。

首先，對于過程流體機械這樣非常典型的工科課程，需要對不同類型的機械裝置進行全面學習，若將裝置的工作原理、組成件爆炸動圖等相對復雜的內(nèi)容通過動畫形式進行展示，可方便學生慢放、回放、多次觀看學習。

其次，課程中內(nèi)容相對抽象、不易掌握的難點解析內(nèi)容亦可放入慕課展示中，作為教學的補充內(nèi)容，又可幫助學生深入學習。

再次，慕課資源可以作為課前預習、課后復習、期末總結(jié)的有效手段，學習時間、地點亦可根據(jù)個人實際情況進行選擇，學生學習的自主可控性較強，真正做到想學的時候隨時開始。

最后，教師在慕課后臺可以了解學生的關注點和學習特點，如哪些內(nèi)容被反復觀看，哪些內(nèi)容被快進，什么時間段學習時間較長，等等，有利于把控教學進度和達成度。

培養(yǎng)學生學習能力，幫助學生養(yǎng)成正確的專業(yè)課程學習習慣? 過程流體機械是工程技術中的核心設備，廣泛應用于石油煉化、制藥、化學工程等生產(chǎn)中[11]，在教學過程中應注意強調(diào)石油煉制、化工行業(yè)的特點和發(fā)展趨勢，從整體上幫助學生建立行業(yè)需求發(fā)展的開闊格局，并進一步培養(yǎng)學生自主學習、終身學習的能力。

在過程流體機械教學過程中，一方面要求學生熟練掌握流體機械工作原理、結(jié)構(gòu)形式、運行特性、調(diào)節(jié)方法和安全可靠性等方面的知識[2];另一方面需要培養(yǎng)學生專業(yè)課程的學習能力，適應由基礎課程學習到專業(yè)課程學習的轉(zhuǎn)變。

大二第二學期，學生開始逐漸接觸專業(yè)課程，不同于高等數(shù)學、工程力學等基礎課程，專業(yè)課不僅需要學生掌握計算題的方法從而得出正確答案，更需要學生建立工程思維：如何在實際工程中做出基本的選型判斷和深入的設計方案。專業(yè)課程的基本教學目標不應該是通過一系列推演得到唯一答案或解決途徑，而是將所學應用于工程，解決實際工程問題，提供各種優(yōu)化選型及設計方案，這才是其最終培養(yǎng)目標。通過啟蒙學生工程思維，使其逐漸獲得深入學習專業(yè)課程的能力，并將不同課程所學知識由點到面至體有機地結(jié)合在一起，打通相互之間的聯(lián)系，建立成熟的專業(yè)體系，熟練應用基礎通識課程作為有效工具，解決能力范圍內(nèi)的復雜問題。因此，訓練學生專業(yè)課程的學習能力是過程流體機械課程的一個主要任務。同時，這個具體的任務不應該是通過一次或幾次課程單獨講解完成，而是需要貫穿在整個教學過程中，潛移默化地影響、引導，通過不斷積累學習逐漸完成。

輸送適應新背景下流體機械發(fā)展需求的人才? 過程流體機械這門課程是過程裝備與控制工程專業(yè)的核心課程之一，其課程特點是：

1）理論性強，需要前期扎實的數(shù)學、力學功底作為學習基礎;

2）專業(yè)性較強，教學知識點繁雜、扁平化，完成高質(zhì)量的教學任務相對困難。

本課程對于本科教學培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的達成具有重要的支撐意義，通過對過程流體機械的學習，幫助學生完成自身價值導向和獲得專業(yè)能力。課程設置初期的目標是使學生掌握過程流體機械典型機器的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、性能特點及性能調(diào)節(jié)控制等方面的知識，培養(yǎng)學生具備過程流體機械的使用、維護、管理、選型、調(diào)節(jié)控制及研究改造的基本能力，培養(yǎng)學生具備應用基本概念、基本理論、基本知識解決流體機械主要部件的設計和改造問題的能力[12-13]，這也是機械和能源類眾多專業(yè)高素質(zhì)和高層次人才最基本的要求。

在新時期新背景下，對人才的培養(yǎng)不能僅限于上述要求，由于互聯(lián)網(wǎng)通信技術發(fā)展帶來了信息共享普遍化、細微化，必然導致信息急劇增加，因此，掌握從海量的信息中遴選出有效內(nèi)容的能力則是新時期人才的關鍵素質(zhì)。如在學習離心泵的汽蝕這一節(jié)內(nèi)容時，學生不僅要掌握汽蝕發(fā)生的原因和預防措施，還要了解怎樣結(jié)合當下科技發(fā)展的前沿知識、技術進行汽蝕的防治，如新的制造工藝、葉片流型設計、新的葉片材料等。這也是在科技不斷發(fā)展過程中對人才提出的新素質(zhì)要求：具備交叉學科的思維，將新技術、新發(fā)明、新創(chuàng)造、新產(chǎn)業(yè)具體應用到本專業(yè)領域中。因此，過程流體機械的教學不能僅滿足于課本的內(nèi)容，而是要扎實開拓，培養(yǎng)出實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復合型流體機械類人才。

3 結(jié)合慕課的多元教學模式現(xiàn)狀與探究

高校慕課輔助教學現(xiàn)狀? 作為“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物，慕課的崛起是一個必然。從開始的新奇到現(xiàn)在的普及，慕課已經(jīng)深入本科教育的方方面面，已有很多高校陸陸續(xù)續(xù)開展了過程流體機械慕課的制作，但是慕課的制作和使用真正做到物盡其用了嗎？筆者調(diào)研學習了網(wǎng)絡上的公開慕課資源，通過與從事慕課輔助教學的教師面對面交流獲得的信息表明：慕課產(chǎn)生的作用并不如預想的好，同時，慕課教學在實際教學中問題重重。

一方面，慕課面臨的主要問題是脫離課堂。慕課設立初衷無外乎輔助教學或替代教學，其中輔助教學是全日制高等院校的教師選擇慕課教學的重要原因，也是本文關注的慕課類型。由于追求慕課內(nèi)容的完整性，現(xiàn)有的輔助教學性質(zhì)的慕課成品多為系統(tǒng)課程。在時長的限制下，這類慕課只對每個章節(jié)的重點內(nèi)容進行簡單講解，既不深入也不全面。慕課所包含的內(nèi)容是對課堂教學的機械式重復，教學內(nèi)容亦是點到為止，完全依賴慕課學習必定無法取得大綱要求的教學成果。

另一方面，有研究表明，慕課學習中的人機交互會引起教學體驗差的問題，導致教師與學生之間缺乏即時互動[14]。

在這種監(jiān)督缺失的環(huán)境下，學生容易產(chǎn)生“既然課堂上已經(jīng)學習了，為什么還要占用個人時間來學習相同的內(nèi)容”的想法。學生普遍反饋，在課堂學習之后再接受線上課程的復習并不能獲得新的知識，因此線上學習的積極性不高，慕課的輔助教學作用相對較小。脫離課堂教學的慕課只會越發(fā)偏離輔助教學的初衷。

造成慕課脫離課堂教學的主要原因可歸結(jié)為慕課內(nèi)容的重復性。當“互聯(lián)網(wǎng)+”成為一種流行趨勢后，不少教師只是關注其表面形式，而并未發(fā)揮其優(yōu)勢以達到應有的教學效果。近年來，教育部、地方甚至高校都有專項經(jīng)費到款資助慕課平臺建設，不少一線教師得到相應資助后，就完成任務般一股腦錄制課程視頻，而對于視頻內(nèi)容、視頻后期使用都沒有明確的規(guī)劃。這樣的慕課制作粗糙、內(nèi)容浮淺，在教學中起到的作用少之又少。好的慕課的制作，不僅需要結(jié)合課程特點反復考量，還需要根據(jù)往屆學生的課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、考核成績等多方面因素“量身定做”，是一個耗時持久且需要不斷跟進的浩大工程。因此，慕課資助機構(gòu)應嚴管專項基金的遴選和發(fā)放，適當延長項目的持續(xù)時間，增加考核標準的難度，從而保證慕課制作視頻的質(zhì)量。

慕課內(nèi)容的重復性必然會導致線上學習的實際利用率不高，加上慕課資助項目跟進時間很少超過12個月，一旦視頻制作完成，就意味著項目的結(jié)束，那么后期的反饋工作更不會得到重視。

首先，作為慕課制作人，不少教師只是把慕課當成一項孤立于實際教學的任務，完成視頻制作后并不要求學生從中學到有用的知識，更不會將其作為輔助課堂教學的有力工具。

其次，學生是否在課下的預習和復習中主動使用慕課，取決于慕課內(nèi)容能否引起他們的興趣。很多學生反饋，在專業(yè)課的學習中很少會提前預習，大部分學生在要完成作業(yè)和課程設計時才會主動學習，而慕課的授課內(nèi)容對于他們又過于粗淺，這也是造成慕課利用效率低下的原因。

可以看出，慕課利用率低、無后期跟進反饋是其面臨的最大問題。

慕課輔助過程流體機械教學方式的探索? 如前文所述，慕課在輔助教學過程中存在利用率低、無反饋的問題。同時，由于慕課本身制作周期的限制，導致其時效性低、更新慢，這是無可回避的現(xiàn)狀。那么，過程流體機械課程慕課教學是否真的一無是處呢？當然不是。新背景下學生的學習習慣趨于碎片化，而慕課這種靈活的形式則最大限度地迎合了碎片化的學習要求，若教師在制作中用心甄選慕課教學內(nèi)容，則可最大限度地發(fā)揮慕課優(yōu)勢。

慕課內(nèi)容首先應該以引起學生興趣為出發(fā)點，嚴格遵循輔助教學的原則，堅持做到對知識傳遞的深入性和人性化，把培養(yǎng)學生專業(yè)課學習能力、建立正確的學習方法放在首位。因此，慕課的內(nèi)容應該是來源于課本而高于課本，聚焦在壓縮機、風機在實際工程應用中所處的位置和發(fā)揮的作用上，而不是一成不變地照搬課本內(nèi)容，直白地介紹各種壓縮機和風機的原理和特性。

如果在慕課中需要講解活塞壓縮機的基本原理和特性，最好的展示方法不是平鋪直敘地把一個個干條條直接羅列在視頻中，而是選取一個具體的化工過程單元，講解在這個單元中需要完成什么樣的流體輸送特性。通過具體實例引出問題，繼而過渡到活塞式壓縮機的工作原理，進一步解釋為什么選擇活塞式壓縮機，講述機器選型的具體做法，等等。根據(jù)“提出問題—解決問題—深入探究”的思路引導學生，這樣的教學方式不僅可以提高學生的學習興趣，還能將工程實際和專業(yè)背景巧妙融入教學過程中。學生可以根據(jù)自己的需求學習慕課視頻以完成課前預習，亦可在課下復習中深入學習各類型流體機械的性能參數(shù)、曲線等內(nèi)容，真正做到知識傳遞的人性化和深入性。

對慕課輔助教學的具體目的和方法有了明確的定位之后，根據(jù)工程需求“發(fā)現(xiàn)問題—解決問題—深入探究”的學習模式，能有效引導學生樹立正確的專業(yè)課程學習方法，訓練學生嚴謹?shù)墓こ炭茖W素質(zhì)，輸送適應新背景下流體機械發(fā)展需求的人才。

除了改善慕課教學內(nèi)容外，也應重視在線學習的反饋環(huán)節(jié)。通過增設能力測試的答題環(huán)節(jié)，一方面，教師可以考查學生課前預習、課后復習的具體效果，促進學生對學習情況的反饋，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題并做出準確判斷，采取相應的改進措施;另一方面，建議將在線學習反饋環(huán)節(jié)計入總評成績，可以起到督促學生自主學習的作用，達到強制提高學生的學習涉入度的目的，從而解決慕課利用率低下的問題。

總之，通過運用慕課輔助教學的手段，可以極大地調(diào)動學生的學習主動性，活躍學生的思維，為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供有力的支持。

4 總結(jié)與展望

新時代新工科背景要求高校教育更加注重知識傳遞的深入性和人性化，把培養(yǎng)學生的專業(yè)課學習能力、建立正確的學習方法放在首位。過程流體機械作為一門傳統(tǒng)的專業(yè)必修課也應做出相應的調(diào)整和改革，以培養(yǎng)適應新背景下流體機械發(fā)展需求的人才。利用慕課輔助教學是一種十分有效的手段，但是在其探索發(fā)展的現(xiàn)階段仍存在視頻內(nèi)容重復、脫離課堂等問題。將過程流體機械課程慕課的主要介紹內(nèi)容聚焦于壓縮機、風機在實際工程生產(chǎn)應用過程中所處的位置和發(fā)揮的作用上，可有效緩解現(xiàn)階段慕課利用率低等問題，同時促進后期反饋教學跟進，及時發(fā)現(xiàn)教學中存在的問題并做出相應調(diào)整，提高教學質(zhì)量，為培養(yǎng)高素質(zhì)復合型流體機械類人才打下堅實基礎。

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項目來源：西北大學本科教育質(zhì)量提升計劃“流體機械多元課堂建設的理論與實踐”（基金編號：JX18146）。

作者：孔新，西北大學化工學院，講師，研究方向為過程裝備與控制工程;胡軍，通訊作者，西北大學化工學院，副教授，研究方向為過程裝備與控制工程（710069）。