石油類專業(yè)熱工系列課程翻轉(zhuǎn)課堂的研究與設(shè)計(jì)

賈敏 楊火海 李小剛

摘 要：本文回顧了翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展史，并根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢對翻轉(zhuǎn)課堂在熱工系列課程中的應(yīng)用進(jìn)行了可行性分析，最后以《對流換熱的影響因素》為例進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；設(shè)計(jì)；熱工系列課程

“傳熱、傳質(zhì)、傳動量”在工程中統(tǒng)稱為“三傳”。熱工系列課程，如《傳熱學(xué)與傳質(zhì)學(xué)》《工程熱力學(xué)》《傳熱學(xué)》等是石油工程、海洋油氣工程、油氣儲運(yùn)工程等工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是前期所學(xué)《高等數(shù)學(xué)》《大學(xué)物理》《大學(xué)化學(xué)》《流體力學(xué)》等課程的一門綜合運(yùn)用課。這些課程的特點(diǎn)是：概念多、公式多、內(nèi)容多。目前，課程的授課方式基本采用“課堂教師講解-課后學(xué)生作業(yè)-期末考試”的傳統(tǒng)教學(xué)方式。該方式的弊端是學(xué)生處于“被動的知識接受者”的地位，課堂可能呈現(xiàn)“滿堂灌”，不能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

起源于美國的翻轉(zhuǎn)課堂作為一種全新的教學(xué)理念和教學(xué)手段，因其獨(dú)特的優(yōu)勢及對傳統(tǒng)教育方法的顛覆，受到越來越多人的關(guān)注。

一、翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）又稱反轉(zhuǎn)課堂（Inverted Classroom），簡稱FCM，包括知識的傳遞和知識的內(nèi)化兩個(gè)過程。授課老師首先結(jié)合動畫、ppt等技術(shù)將知識點(diǎn)做成教學(xué)視頻，學(xué)生利用課下時(shí)間觀看教學(xué)視頻自學(xué)新的知識點(diǎn)，完成知識傳遞的過程；學(xué)生在觀看視頻后，自主完成在線測試，進(jìn)而對新知識進(jìn)行吸收內(nèi)化，之后再帶著學(xué)習(xí)過程中的疑問去課堂上參與師生、生生之間的互動交流、合作、共享與討論，實(shí)現(xiàn)其對新知識的完全理解和熟練掌握，從而完成知識的內(nèi)化過程[1，2]。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是教師首先在課堂上進(jìn)行知識講解，然后學(xué)生在課下通過完成作業(yè)及復(fù)習(xí)來完成知識的內(nèi)化及運(yùn)用。在課堂上，教師處于主宰地位，控制著教學(xué)的方向、進(jìn)度及難度，而學(xué)生只能跟著教師的進(jìn)度來學(xué)習(xí)，處于被動接受者的地方。而在翻轉(zhuǎn)課堂中，教師將教學(xué)內(nèi)容做成視頻，學(xué)生通過觀看視頻自學(xué)，完成自測題，找出自己的問題所在，教師收集學(xué)生自測出現(xiàn)的問題，在課堂上進(jìn)行講解，還可以將學(xué)生分組進(jìn)行進(jìn)一步的討論，使學(xué)生更好的消化鞏固知識，完成知識的內(nèi)化。

二、信息技術(shù)的發(fā)展

智能手機(jī)、平板電腦、電子書等電子設(shè)備的普及應(yīng)用，為翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施提供了技術(shù)信息條件。另外，以高校精品課程為代表的高等教育課程資源建設(shè)也取得了前所未有的巨大成果。時(shí)任教育部高教司司長的張堯?qū)W曾對此評價(jià)說，“我們（精品課程）現(xiàn)在是走在他們（MITOCW）前面的，構(gòu)思也比他們好。因?yàn)樗麄兩暇W(wǎng)僅僅強(qiáng)調(diào)課件，我們不僅僅是課件，還有實(shí)驗(yàn)，還有教材，還有隊(duì)伍，是名師指導(dǎo)下的課件、實(shí)驗(yàn)、教材”。這些為翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施創(chuàng)造良好的資源環(huán)境[3]。

三、設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思路。在教學(xué)中，教師首先將每一節(jié)的重點(diǎn)知識濃縮制作成20～30分鐘的視頻。傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象在生活及工程應(yīng)用中非常普遍，將這些現(xiàn)象及應(yīng)用根據(jù)教學(xué)內(nèi)容通過動畫、聲音、ppt等融入教學(xué)視頻中，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解。比如，在講傳熱學(xué)緒論部分時(shí)，可以討論為什么水燒干了之后水壺容易燒壞，為什么下雪不冷化雪冷等，可以給學(xué)生介紹石油行業(yè)中傳熱傳質(zhì)的運(yùn)用實(shí)例：油的加熱輸送、煤油汽油等石油產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、稠油熱采等；在介紹圓筒壁溫度場計(jì)算的時(shí)候，可以結(jié)合井筒溫度場的計(jì)算；在介紹傳質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，可以給學(xué)生介紹頁巖氣中氣體的擴(kuò)散、二元聚合物驅(qū)擴(kuò)散現(xiàn)象等。學(xué)生在觀看教學(xué)視頻后，需要完成在線測試題，以供教師評估學(xué)生自學(xué)情況。然后，教師根據(jù)學(xué)生在線自測的情況和學(xué)生提出的問題在課堂上進(jìn)行講解答疑，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生和教師的交流互動，在討論中繼續(xù)拓展知識點(diǎn)的深度和廣度。將學(xué)生分成5～8人一組（由班級總?cè)藬?shù)決定），每組成員進(jìn)行內(nèi)部討論。在此過程中，教師要巡視查看各組學(xué)生的討論情況，及時(shí)引導(dǎo)、糾正討論過程中出現(xiàn)的問題。在完成分組討論后，各組選出代表對該組的討論結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)展示，然后教師和學(xué)生對匯報(bào)情況共同進(jìn)行評價(jià)打分，作為課程最終成績的一部分。最后，教師就匯報(bào)討論結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評，并對學(xué)生出現(xiàn)的問題進(jìn)行講解。

2.實(shí)例。本文以《對流換熱的影響因素》為例，研究翻轉(zhuǎn)課堂在熱工課程教學(xué)中的具體應(yīng)用。

（1）視頻制作。教師首先將該節(jié)的知識點(diǎn)制作成25分鐘左右的ppt。首先，通過提出生活中的一些常見問題或常識來引出本節(jié)內(nèi)容：“為什么冬天下雪不冷化雪冷？”“為什么泰坦尼克號里面Jack凍死了而Rose沒有？”“為什么電腦主機(jī)里面要安裝風(fēng)扇？”……以上問題都涉及到對流換熱現(xiàn)象，為了找出答案開始本節(jié)內(nèi)容的講解。用20分鐘左右講解對流換熱的5個(gè)影響因素：流動的原因，流態(tài)，流體的熱物理性質(zhì)，相態(tài)變化及換熱面幾何形狀位置。最后給學(xué)生提出以下自測試題：生活中有哪些強(qiáng)迫對流現(xiàn)象？為什么強(qiáng)迫對流換熱的效果比自然對流換熱好？流態(tài)的判據(jù)是什么？為什么水冷的效果比空冷的效果好？為什么有相變的換熱效果比單相換熱好？換熱面幾何形狀位置對對流換熱效果有影響的根本原因是什么？

（2）課堂答疑及討論匯報(bào)。學(xué)生在觀看視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)后完成自測試題，教師及時(shí)跟蹤學(xué)生自測的反饋情況和提出的疑難問題，在課堂上進(jìn)行集中講解釋疑。然后，將學(xué)生進(jìn)行分組，就以下問題進(jìn)行進(jìn)一步的討論：通過這一節(jié)的學(xué)習(xí)，可以找到哪些增強(qiáng)傳熱的措施并舉例？對流換熱系數(shù)跟哪些具體的參數(shù)有關(guān)？討論結(jié)束后，每組組長就該組的討論結(jié)果進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)。最后，由教師總結(jié)點(diǎn)評大家的討論結(jié)果，并提出問題“無相變對流換熱系數(shù)函數(shù)關(guān)系式h=f（u，tw，tf，β，λ，ρ，μ，cp，l）中變量太多，怎樣才能簡便、準(zhǔn)確的找出具體的函數(shù)關(guān)系式？”引出下一小節(jié)的內(nèi)容。

四、結(jié)語

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》提出：要“更新人才培養(yǎng)觀念，樹立多樣化人才觀念，尊重個(gè)人選擇，鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展，不拘一格培養(yǎng)人才”。為了創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，綱要更進(jìn)一步提出：“注重學(xué)思結(jié)合，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)”。翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用可以充分激發(fā)學(xué)生的求知欲，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，為熱工系列課程的突破和改革指引了新的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2012，（8）：46-51.

[2]崔艷輝，王軼.翻轉(zhuǎn)課堂及其在大學(xué)英語教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電化教育，2014.11：116-121.

[3]秦?zé)槦?翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)：課堂教學(xué)改革的新范式[J].電化教育研究，2013，8：84-90.

（作者單位：西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院）