《化工熱力學》在線課程建設探索與實踐

閆新龍，張一昕，武建軍，孟獻良，周 敏

(中國礦業大學 化工學院，江蘇 徐州 221116)

化工熱力學，是化學工程學科的重要分支，是熱力學基本定律應用于化學工程領域而形成的一門學科。作為化學工程與工藝相關專業本科教學的基礎課程[1]，主要講述流體的壓力-體積-溫度關系，純流體和流體混合物的熱力學性質，相平衡，以及化工過程的熱力學分析方法及其在化工節能領域的應用。通過該課程的學習，培養學生掌握化工熱力學的基本概念、理論和專業知識；學生能夠利用化工熱力學的方法對化工中涉及的物系的熱力學性質和其它化工物性進行關聯和推算；能夠利用化工熱力學的原理和模型對化工中涉及到的相平衡原理等進行分析；并學會利用化工熱力學的基本理論對化工中能量進行分析等。本課先修課程是高等數學、物理化學；與化學反應工程、化工分離工程關系密切[2-3]。該課程的教學質量,對化工類專業學生后續課程的學習，以及工程能力的培養起著至關重要的作用。

多年以來，由于化工熱力學概念多、公式多、內容抽象，不易理解，與應用聯系少，且由于物理化學、高等數學等基礎知識的淡忘，學生普遍反映提不起學習興趣[4-5]。同時，由于總課時的減少，也導致本課程難以在短時間內進行深入的講授，因此，很多學生認為化工熱力學課程是化工專業課程中最難學的一門，產生畏難情緒，學習效果有待提高。

隨著“互聯網+”時代的到來，在線學習逐漸成為全日制和非全日制教學的主要方式之一[6]。因此，將在線課程融入《化工熱力學》，結合傳統教學模式成為本課程教學改革的重要方向。結合中國礦業大學化工專業的培養目標和畢業要求，《化工熱力學》課程組逐步啟動在線課程建設，下面就本課程的建設及使用展開初步的探討：

1 在線課程開放平臺的設計

課程建設在中國大學MOOC平臺，采用SPOC課程模塊?？稍O置課程團隊，發布課程介紹頁，可以發布教學內容，設置評分，開設討論區及在線考試等。首先，根據我校化工專業的培養目標和畢業要求，以及學生的實際情況，以教學大綱為基礎，以化學工業出版社出版的《化工熱力學》為主要參考教材，對教學內容進行了重新編排和設置，使其盡量能夠符合現階段學生的能力和水平，同時，加強與物理化學、高等數學等基礎課程的銜接，對于一些教學內容、課程體系等的安排，使其更加貼近學生的認知和學習規律。按照32學時的容量來設置課程內容，將其切割成不同的知識點，盡量將主要內容全部覆蓋。其次，熟悉開放平臺的各個模塊，例如課程的情況和開課信息可以展示在“課程介紹頁”。教學大綱、考核方案以及教材介紹等材料展示可在“課程學習頁”。課件及視頻都有專門的模塊上傳，以利于學生學習。最后，還需對上課的課件進行重新編排。原課堂教學課件內容較多，還有很多互動式的內容，但是視頻錄制，不易做到互動，且內容過多，錄制時長過長，不利于學生的學習。因此，通過對每個知識點進行教學內容、教學目標、重點與難點等分析，從新制作了相應的課件與講稿，在此基礎上，結合后期的合成、剪輯等處理技術，進一步完善。

2 教學平臺建設情況

由于該課程的特點，學生僅機械地學習相關的基本知識點是難以達到教學要求的，更應該強調對學生工程能力的逐步培養。因此，在課程建設過程中，重點強調學生能力的培養。為了實現這一目標，首先，把化工熱力學教學內容細化，例如分解成不同的知識點、任務及相關專題等。選擇知識結構性好、邏輯性強、層次性豐富的內容進行編排和錄制。每次錄制1～2個知識點?？筛鶕枰x擇在課堂錄制或是在專門錄制室錄制。一般地，在課堂錄制有學生在現場，更容易投入感情，輕松自如，但是視頻錄制質量略差。而在專門錄制室錄制，容易講快，情緒緊張，但是視頻錄制質量好。經過幾次錄制后，這一缺點也可逐步克服。其次，在錄制課堂上列舉一些工程實例，對于激發學生的學習興趣，培養學生運用知識分析和解決工程實際問題的能力，大有幫助。例如，從熱力學分析的角度針對煤制甲醇精餾過程討論節能減排的可行性方案，指出各裝置能量浪費和降級的主要原因所在，并提出改進的技術路線。最后，在錄制過程中，注意歸納總結，理清脈絡，突出重點。在各個知識點講授快要結束時，可以將該知識點與各章的基本內容、重要概念、主要公式或工程實際之間的關系著重梳理一遍，從而使得該知識點及其與其他各部分知識點之間的相互聯系更為直觀，對學生理順學習思路很有幫助。

3 教學平臺在教學中的應用

3.1 組織實施

由于《化工熱力學》課程難度較大，不宜完全采用線上教學。因此，可利用網絡課程教學平臺和傳統課堂相結合的方法，以提高教學效果。上課前，要求學生登錄網絡教學平臺進行預習，并完成相關任務。在課堂上，教師可以通過講解一些應用相關的實例，例如運用經典熱力學的基本原理，就某個化工工程問題進行判斷，并結合系統特征的模型，對化工過程進行能量分析，提出解決方案；根據實際平衡體系的條件對過程進行分析，選擇相平衡的計算方法等，使學生更好地理解所學的基本概念。此外，還可以通過布置測驗題，檢查學生預習自學情況。再次，還可以就某一知識點發起主題討論，增強與學生的互動。

3.2 在線交流

SPOC課程討論區版塊分為老師答疑區、課堂交流區、綜合討論區等模塊。學生可以將學習過程中遇到的問題，通過在線課程平臺的討論區，與其他同學或者教師溝通交流。參與者越多，交流與討論的機會越多，在線課程的作用也就越明顯。教師通過閱讀學生提出的問題以及學生之間的討論，掌握學生對所學知識點的理解情況。同時，可以將比較典型的問題或是總結等內容設置到精華區，對學生的學習也可起到促進作用，同時，也可以進一步進行總結和提高。

3.3 考核評價

在線課程教學過過程中，由于教師與學生不直接見面，因此，需要建立教學過程質量監控機制，對學生的學習情況進行監督。通過學習數據統計功能，可查看學生視頻觀看個數、視頻觀看次數、視頻觀看時長等，作為平時成績的依據。還可以通過階段測試、在線考核等方式。同時，除在線反饋外，鼓勵學生通過多種渠道和方式對課程和學習狀況進行反饋，學生還可以電話及郵件等多種形式與教師進行交流。教師收集相關信息后，可以對學生提出的意見和建議進行研究，動態掌握學生學習狀況，并加以改進和提高，不斷提高后續化工熱力學課程的教學質量。

4 存在的問題

線下教學轉線上教學，學習場景和教學手段均發生了改變，學生和教師均需要一定時間去適應。對學生而言，如采用線上線下教學，課前學習要求學生在課程學習平臺獨立完成，學習時間較以往要長，而且不容易監督，因此需要學生具有更強的主動性和學習積極性，否則很難達到預期的效果。同時，要求教師設計好線下和線上的教學內容，不能重復。且需要對學生在線提問及時回復，及時提醒學生學習進度，對教師的綜合教學能力將是一個非常大的挑戰。

5 結束語

在線開放課程建設，對于推動我國高等教育教學形式的轉變，在新形勢下培養高素質人才，都具有十分重要的意義。作為化工及相關專業極為重要的一門必修課，化工熱力學是化工技術人才培養體系中所必不可少的基礎課程。本課程組在近年對《化工熱力學》在線開放課程的建設進行了初步的探索和實踐，包括開放平臺的設計、教學平臺建設、教學平臺在教學中的應用等方面，希望通過上述改革和嘗試，并持續改進，為高素質化工技術人才的培養打下基礎。