工科專業課的微課教學模式探索

賈文龍 白庭安 任慶陽

摘 ?要：工科專業課程著重培養學生關于基礎課、專業基礎課的知識，識別、分析復雜工程問題，設計復雜工程問題和解決方案的能力，教學內容兼具有基礎性、專業性和應用性。為了突破基礎課和專業課知識點融合的教學難點，加強培養學生解決復雜工程問題的能力，以西南石油大學《城市配氣》課程為例，我們選取了三個重難點內容開展微課教學實踐，配合線下教學進度同步實現線上運行。通過問卷調查，明確了下一步的微課教學的改進方向。

關鍵詞：專業課;微課;教學;城市配氣

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2020）29-0105-03

Abstract： The task of the professional engineering course is teaching the students how to identify， analyze and express complex engineering problems according previously learned basic courses. The teaching contents are characterized by their basic and professional applicability. In order to break through the teaching difficulties of integrating the knowledge points between basic courses and professional courses， and to enhance the students' ability to solve complex engineering problems， we take the course "City Gas Distribution" at Southwest Petroleum University as an example to perform the micro-course teaching practice. In particular， three important and difficult teaching points are taken as typical examples to make teaching videos for the micro-course. Finally， the teaching effects are concluded through the questionnaire method. The results show the next improvement direction of using micro-course in professional engineering course teaching process.

Keywords： professional engineering course; micro-course; teaching; city-gas distribution

在工程教育認證背景下，工科本科生的培養要求是能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于識別、表達、研究和分析復雜工程問題，設計針對復雜工程問題的解決方案。這一要求是為了適應國家經濟、社會發展需要，提出的以學生培養目標和畢業出口要求為導向（OBE理念）的合格性評價。專業課教學是培養工科學生識別、表達、研究分析復雜工程問題能力的重要途徑，其教學內容兼具有基礎性、專業性和應用性。在OBE理念的指導下[1-2]，如何突破基礎課和專業課知識點融合的教學難點，是提升工科專業課教學效果面臨的難題。

《城市配氣》是西南石油大學為油氣儲運專業本科

生所設置的一門主干專業課程，課堂教學32學時，實驗8學時，該校油氣儲運工程是國家級的重點學科和特色專業。該課程主要是通過全面介紹城市配氣系統的組成、主要工藝及設備、主要設計原則、管網水力計算方法、城市天然氣調壓與計量、調峰與儲存、LNG及LPG的運輸與儲存等方面的知識，使學生達到畢業后能承擔城市配氣工程建設項目的規劃、設計、建設和管理工作的目的[3-4]。同濟大學、重慶大學、哈爾濱工業大學等院校開設的《燃氣輸配》課程與本課程的教學內容和目標是相似的。

該課程教學內容十分貼近生活實際，為課程教學過程中的實際案例引入提供了良好的條件。但是，該課程的教學內容與流體力學、熱力學、儀表與自動化等多門基礎課程密切相關，如何突破基礎課和專業課知識點融合，是課程教學中需要解決的重要問題。受學時數限制，部分重難點知識很難在課堂上進行細致的講解，因此有必要借助新興的技術加以輔助教學。微課通過利用信息技術，通過將教學中的重點、難點和疑點內容視頻進行講解，從而幫助學生更好的理解教學內容[5-6]。為此，以天然氣壓縮因子、天然氣調壓站及裝置、季節調峰所需儲氣容積計算三個重難點知識為例，開展微課教學實踐，并開展教學效果問卷調查，為進一步改進微課教學方式，提升教學效果指明了方向。

一、微課教學內容設計

《城市配氣》課程教學內容共八章，分別是城市配氣工程建設項目概況、城市配氣系統、城市用氣量、城市用氣調峰、城市配氣管網的水力計算、城市配氣管網的水力工況、城市配氣管網的技術經濟計算。微課教學的探索需要選擇不同類型、具有代表性的重難點內容開展，為此選擇了以下三個方面進行微課教學[7]：

1. 天然氣壓縮因子：主要內容包括理想氣體狀態方程、壓縮因子的概念、影響因素、取值及計算方法。壓縮因子是天然氣的基礎物理性質參數，考慮這一特點，在教學過程中以學生在工程熱力學中熟知的理想氣體狀態方程入手，引入實際氣體的概念;通過辨析理想氣體與實際氣體的差異引入壓縮因子的概念，即壓縮因子用于描述實際氣體與理想氣體的偏離程度;在此基礎上，介紹獲得壓縮因子的查圖法、經驗公式法和狀態方程法。基于上述教學內容，通過詳細的教學方案設計，融合工程熱力學基礎知識與專業知識溝通的難點。

2. 天然氣調壓站及裝置：主要內容包括城市配氣管網的壓力等級、調壓站的功能、分類、組成及裝置、調壓撬。調壓站及裝置具有一定的專業性，為此在教學過程中以學生在流體力學課程中熟知的管道輸送壓力、前序課程中學習配氣管網的壓力等級為切入點，指出調壓站是溝通不同壓力級制管道的樞紐;在此基礎上，詳細介紹調壓站的功能、分類、組成及裝置，深入剖析調壓站的各個結構元素;最后以調壓撬為例，介紹調壓站及裝置的實際應用。通過教學方案設計、融通流體力學、儀表與自動化等專業基礎課程與具體工程應用的難點。

3. 季節調峰儲氣容積的計算：主要內容包括季節調峰所需儲氣容積的概念、計算步驟和應用實例。該教學內容屬于具有一定難度的計算型知識點，因此要求學生能夠理解計算的過程，進而掌握計算方法。針對這一特點，從學生熟知的冬季“氣荒”現象出發，引入冬季供氣不足的問題，進而闡述儲氣調峰的必要性以及計算方法;最后結合實例，講授計算方法的實際應用過程及其解決的工程問題。

二、微課教學視頻的制作與應用

基于上述微課教學內容設計方案，進一步制作教學視頻，教學視頻的制作經歷了以下三個階段：

1. 課前準備：在微課教學前，精心進行教學內容選擇、方案設計、制作教學PPT、撰寫講稿，并提前演練。

2. 視頻錄制：完成準備工作后，在西南石油大學網絡與信息化中心智慧教室進行微課錄制，每次教學內容講授時間控制在20分鐘左右。教學過程中以老師講授為主，輔以學生的課堂互動。

3. 視頻后期制作：利用視頻剪輯軟件Camtasia9.0對初期錄制的視頻進行剪輯、添加片頭、片尾和字幕，提高視頻的美觀性。通過后期剪輯加工后，三個微課視頻的長度分別為15分鐘、18分鐘和16分鐘。

通過以上步驟，完成了微課教學視頻的制作。結合西南石油大學油氣儲運工程2016級學生《城市配氣》課程教學計劃，在2019年秋季學期結合課堂教學開展微課教學。具體做法是在課堂教學前2天，通過校內精品課程網絡進行微課視頻分發，涉及學生共182人。

三、微課教學效果的問卷調查

為了評估微課教學效果，基于OBE理念，設計了《城市配氣》微課教學效果調查問題卷，分為四個部分：觀看微課視頻的目的、微課視頻的缺點、微課視頻的優點、下一步改進方向。通過“問卷星”網絡平臺對182名學生進行問卷調查，共收回有效問卷159份，結果統計如圖1至圖4所示。

圖1為“觀看微課視頻的目的”的調查結果，結果表明有62%的學生自愿觀看微課視頻，25%的學生是為了完成作業，13%表示兩者兼有。雖然大部分學生能夠積極參加到微課教學中來，但是仍然有較大部分學生對參加微課教學并不積極，這說明學生對于微課教學的必要性缺乏較為深入的認識，同時教師在課堂教學中還應加強對微課教學的作用的引導，提升學生的學習興趣。

圖2是微課教學優點的問卷調查結果。結果表明，65%的學生認為微課教學的主要優點是視頻時間短，可以靈活選擇學習時間，其次是可以反復觀看和復習。微課視頻相比傳統教學方式的優點主要在于“微”字上，這也是傳統課堂所不具備的優勢，問卷調查結果反映出學生對于微課教學優勢的認可。因此，在后續微課教學內容的制作上，要著重發揮微課教學“短而精”的優勢。對于“主題突出”這一選項，認可度只有48%，說明微課教學的內容還有待進一步提煉，這一問題也反映在圖3的調查結果中。

圖3是微課教學缺點的問卷調查結果。對于微課教學的缺點，60%的學生認為“形式不夠新穎”、54%的學生認為“不能吸引學生興趣”。這兩方面的問題也是傳統教學方式中所面臨的問題，這說明微課教學不能僅僅是課堂教學內容的復制，而應該利用視頻媒體的優勢，引入更加新穎和吸引學生興趣的教學手段才能充分發揮微課教學的優勢。35%的學生認為時間過長，33%的學生認為內容不夠充實，這表明微課教學內容還有待進一步提煉和濃縮，從而能夠在短時間之內突破重點和難點。

圖4是下一步改進方向的問卷調查結果。64%的學生認為應加強重難點的剖析，47%的學生認為需要更多的知識拓展，43%的學生認為需要有趣的段子。結合前面在微課教學優點、缺點調查方面的結果，可以發現，學生普遍希望能夠借助微課在短時間之內突破重點、難點內容。同時，在重難點剖析基礎上結合工程實際進行教學內容的拓展，在教學過程中也應嚴肅而不乏幽默，這樣才能取得滿意的教學效果。

在工程認證背景下，OBE的教學理念提出了以畢業出口要求為導向（OBE理念）的合格性評價。通過問卷調查獲得的學生對于微課教學效果的意見表明，微課教學不僅僅是課堂教學內容的復制，更應該在教學內容的提煉上下功夫，建設形成以高度精煉教學為支撐，以豐富多彩的視頻媒介為載體的高水平微課，這也為下一步專業課的微課教學改革指明了方向。

四、結束語

工科專業課教學基礎性、專業性和應用性，其涉及的基礎知識廣、新概念多，基于微課教學方式可以為學生提供更加靈活、便捷的學習手段，為學生融會貫通專業基礎課和專業課的知識點創造有益的條件，進一步培養學生識別、分析、表達復雜工程問題的能力。但是在西南石油大學油氣儲運工程《城市配氣》微課教學實踐中發現，微課教學不能是傳統教學方式的重復，需要充分發揮視頻媒體的優勢，精心提煉教學內容、精準剖析重難點、采用新穎的教學方式、進行嚴肅而幽默的課堂講解，從而營造短小精悍、豐富多彩的微課教學方式，這樣才能充分發揮微課在工科專業課教學方面的優勢，達到預期效果。

參考文獻：

[1]白艷紅.工程教育專業認證背景下課程目標的形成性評價研究與實踐[J].中國高教研究，2019，12：60-64.

[2]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[3]賈文龍，吳瑕，李長俊.基于仿真技術的“城市配氣”課程輔助教學方法探索[J].石油教育，2016，6：52-54.

[4]張鵬，吳曉南，裴桂紅.燃氣輸配課程教學改革與實踐[J].高教學刊，2016（3）：143-144.

[5]胡鐵生.微課的內涵理解與教學設計方法[J].廣東教育（綜合版），2014（4）：33-35.

[6]魏海波.大學英語微課程構建研究[J].高教學刊，2019（15）：46-45

[7]袁宗明，謝英，梁光川.城市配氣[M].北京：石油工業出版社，2004.