石油類專業熱工系列課程翻轉課堂的研究與設計

賈敏 楊火海 李小剛

摘 要：本文回顧了翻轉課堂的發展史，并根據翻轉課堂的優勢對翻轉課堂在熱工系列課程中的應用進行了可行性分析，最后以《對流換熱的影響因素》為例進行了翻轉課堂教學設計。

關鍵詞：翻轉課堂；設計；熱工系列課程

“傳熱、傳質、傳動量”在工程中統稱為“三傳”。熱工系列課程，如《傳熱學與傳質學》《工程熱力學》《傳熱學》等是石油工程、海洋油氣工程、油氣儲運工程等工科專業的專業基礎課，是前期所學《高等數學》《大學物理》《大學化學》《流體力學》等課程的一門綜合運用課。這些課程的特點是：概念多、公式多、內容多。目前，課程的授課方式基本采用“課堂教師講解-課后學生作業-期末考試”的傳統教學方式。該方式的弊端是學生處于“被動的知識接受者”的地位，課堂可能呈現“滿堂灌”，不能充分調動學生的學習熱情，發揮學生的主觀能動性。

起源于美國的翻轉課堂作為一種全新的教學理念和教學手段，因其獨特的優勢及對傳統教育方法的顛覆，受到越來越多人的關注。

一、翻轉課堂的優勢

翻轉課堂（Flipped Classroom）又稱反轉課堂（Inverted Classroom），簡稱FCM，包括知識的傳遞和知識的內化兩個過程。授課老師首先結合動畫、ppt等技術將知識點做成教學視頻，學生利用課下時間觀看教學視頻自學新的知識點，完成知識傳遞的過程；學生在觀看視頻后，自主完成在線測試，進而對新知識進行吸收內化，之后再帶著學習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，實現其對新知識的完全理解和熟練掌握，從而完成知識的內化過程[1，2]。

傳統的教學模式是教師首先在課堂上進行知識講解，然后學生在課下通過完成作業及復習來完成知識的內化及運用。在課堂上，教師處于主宰地位，控制著教學的方向、進度及難度，而學生只能跟著教師的進度來學習，處于被動接受者的地方。而在翻轉課堂中，教師將教學內容做成視頻，學生通過觀看視頻自學，完成自測題，找出自己的問題所在，教師收集學生自測出現的問題，在課堂上進行講解，還可以將學生分組進行進一步的討論，使學生更好的消化鞏固知識，完成知識的內化。

二、信息技術的發展

智能手機、平板電腦、電子書等電子設備的普及應用，為翻轉課堂的實施提供了技術信息條件。另外，以高校精品課程為代表的高等教育課程資源建設也取得了前所未有的巨大成果。時任教育部高教司司長的張堯學曾對此評價說，“我們（精品課程）現在是走在他們（MITOCW）前面的，構思也比他們好。因為他們上網僅僅強調課件，我們不僅僅是課件，還有實驗，還有教材，還有隊伍，是名師指導下的課件、實驗、教材”。這些為翻轉課堂的實施創造良好的資源環境[3]。

三、設計

1.設計思路。在教學中，教師首先將每一節的重點知識濃縮制作成20～30分鐘的視頻。傳熱、傳質現象在生活及工程應用中非常普遍，將這些現象及應用根據教學內容通過動畫、聲音、ppt等融入教學視頻中，可以激發學生學習的積極性，加深學生對知識點的理解。比如，在講傳熱學緒論部分時，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，可以給學生介紹石油行業中傳熱傳質的運用實例：油的加熱輸送、煤油汽油等石油產品的生產過程、稠油熱采等；在介紹圓筒壁溫度場計算的時候，可以結合井筒溫度場的計算；在介紹傳質現象時，可以給學生介紹頁巖氣中氣體的擴散、二元聚合物驅擴散現象等。學生在觀看教學視頻后，需要完成在線測試題，以供教師評估學生自學情況。然后，教師根據學生在線自測的情況和學生提出的問題在課堂上進行講解答疑，并進一步引導學生和教師的交流互動，在討論中繼續拓展知識點的深度和廣度。將學生分成5～8人一組（由班級總人數決定），每組成員進行內部討論。在此過程中，教師要巡視查看各組學生的討論情況，及時引導、糾正討論過程中出現的問題。在完成分組討論后，各組選出代表對該組的討論結果進行匯報展示，然后教師和學生對匯報情況共同進行評價打分，作為課程最終成績的一部分。最后，教師就匯報討論結果進行點評，并對學生出現的問題進行講解。

2.實例。本文以《對流換熱的影響因素》為例，研究翻轉課堂在熱工課程教學中的具體應用。

（1）視頻制作。教師首先將該節的知識點制作成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內容：“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？”“為什么電腦主機里面要安裝風扇？”……以上問題都涉及到對流換熱現象，為了找出答案開始本節內容的講解。用20分鐘左右講解對流換熱的5個影響因素：流動的原因，流態，流體的熱物理性質，相態變化及換熱面幾何形狀位置。最后給學生提出以下自測試題：生活中有哪些強迫對流現象？為什么強迫對流換熱的效果比自然對流換熱好？流態的判據是什么？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。學生在觀看視頻進行自主學習后完成自測試題，教師及時跟蹤學生自測的反饋情況和提出的疑難問題，在課堂上進行集中講解釋疑。然后，將學生進行分組，就以下問題進行進一步的討論：通過這一節的學習，可以找到哪些增強傳熱的措施并舉例？對流換熱系數跟哪些具體的參數有關？討論結束后，每組組長就該組的討論結果進行總結匯報。最后，由教師總結點評大家的討論結果，并提出問題“無相變對流換熱系數函數關系式h=f（u，tw，tf，β，λ，ρ，μ，cp，l）中變量太多，怎樣才能簡便、準確的找出具體的函數關系式？”引出下一小節的內容。

四、結語

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》提出：要“更新人才培養觀念，樹立多樣化人才觀念，尊重個人選擇，鼓勵個性發展，不拘一格培養人才”。為了創新人才培養模式，綱要更進一步提出：“注重學思結合，倡導啟發式、探究式、討論式、參與式教學，幫助學生學會學習”。翻轉課堂的應用可以充分激發學生的求知欲，發揮學生的主觀能動性，為熱工系列課程的突破和改革指引了新的方向。

參考文獻：

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

[2]崔艷輝，王軼.翻轉課堂及其在大學英語教學中的應用[J].中國電化教育，2014.11：116-121.

[3]秦煒煒.翻轉學習：課堂教學改革的新范式[J].電化教育研究，2013，8：84-90.

（作者單位：西南石油大學石油與天然氣工程學院）