工科专业课的微课教学模式探索

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摘要：工科专业课程着重培养学生关于基础课、专业基础课的知识，识别、分析复杂工程问题，设计复杂工程问题和解决方案的能力，教学内容兼具有基础性、专业性和应用性。为了突破基础课和专业课知识点融合的教学难点，加强培养学生解决复杂工程问题的能力，以西南石油大学《城市配气》课程为例，我们选取了三个重难点内容开展微课教学实践，配合线下教学进度同步实现线上运行。通过问卷调查，明确了下一步的微课教学的改进方向。

关键词：专业课；微课；教学；城市配气

在工程教育认证背景下，工科本科生的培养要求是能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于识别、表达、研究和分析复杂工程问题，设计针对复杂工程问题的解决方案。这一要求是为了适应国家经济、社会发展需要，提出的以学生培养目标和毕业出口要求为导向（OBE理念）的合格性评价。专业课教学是培养工科学生识别、表达、研究分析复杂工程问题能力的重要途径，其教学内容兼具有基础性、专业性和应用性。在OBE理念的指导下[1-2]，如何突破基础课和专业课知识点融合的教学难点，是提升工科专业课教学效果面临的难题。《城市配气》是西南石油大学为油气储运专业本科生所设置的一门主干专业课程，课堂教学32学时，实验8学时，该校油气储运工程是国家级的重点学科和特色专业。该课程主要是通过全面介绍城市配气系统的组成、主要工艺及设备、主要设计原则、管网水力计算方法、城市天然气调压与计量、调峰与储存、LNG及LPG的运输与储存等方面的知识，使学生达到毕业后能承担城市配气工程建设项目的规划、设计、建设和管理工作的目的[3-4]。同济大学、重庆大学、哈尔滨工业大学等院校开设的《燃气输配》课程与本课程的教学内容和目标是相似的。该课程教学内容十分贴近生活实际，为课程教学过程中的实际案例引入提供了良好的条件。但是，该课程的教学内容与流体力学、热力学、仪表与自动化等多门基础课程密切相关，如何突破基础课和专业课知识点融合，是课程教学中需要解决的重要问题。受学时数限制，部分重难点知识很难在课堂上进行细致的讲解，因此有必要借助新兴的技术加以辅助教学。微课通过利用信息技术，通过将教学中的重点、难点和疑点内容视频进行讲解，从而帮助学生更好的理解教学内容[5-6]。为此，以天然气压缩因子、天然气调压站及装置、季节调峰所需储气容积计算三个重难点知识为例，开展微课教学实践，并开展教学效果问卷调查，为进一步改进微课教学方式，提升教学效果指明了方向。

一、微课教学内容设计

《城市配气》课程教学内容共八章，分别是城市配气工程建设项目概况、城市配气系统、城市用气量、城市用气调峰、城市配气管网的水力计算、城市配气管网的水力工况、城市配气管网的技术经济计算。微课教学的探索需要选择不同类型、具有代表性的重难点内容开展，为此选择了以下三个方面进行微课教学[7]：1.天然气压缩因子：主要内容包括理想气体状态方程、压缩因子的概念、影响因素、取值及计算方法。压缩因子是天然气的基础物理性质参数，考虑这一特点，在教学过程中以学生在工程热力学中熟知的理想气体状态方程入手，引入实际气体的概念；通过辨析理想气体与实际气体的差异引入压缩因子的概念，即压缩因子用于描述实际气体与理想气体的偏离程度；在此基础上，介绍获得压缩因子的查图法、经验公式法和状态方程法。基于上述教学内容，通过详细的教学方案设计，融合工程热力学基础知识与专业知识沟通的难点。2.天然气调压站及装置：主要内容包括城市配气管网的压力等级、调压站的功能、分类、组成及装置、调压撬。调压站及装置具有一定的专业性，为此在教学过程中以学生在流体力学课程中熟知的管道输送压力、前序课程中学习配气管网的压力等级为切入点，指出调压站是沟通不同压力级制管道的枢纽；在此基础上，详细介绍调压站的功能、分类、组成及装置，深入剖析调压站的各个结构元素；最后以调压撬为例，介绍调压站及装置的实际应用。通过教学方案设计、融通流体力学、仪表与自动化等专业基础课程与具体工程应用的难点。3.季节调峰储气容积的计算：主要内容包括季节调峰所需储气容积的概念、计算步骤和应用实例。该教学内容属于具有一定难度的计算型知识点，因此要求学生能够理解计算的过程，进而掌握计算方法。针对这一特点，从学生熟知的冬季“气荒”现象出发，引入冬季供气不足的问题，进而阐述储气调峰的必要性以及计算方法；最后结合实例，讲授计算方法的实际应用过程及其解决的工程问题。

二、微课教学视频的制作与应用

基于上述微课教学内容设计方案，进一步制作教学视频，教学视频的制作经历了以下三个阶段：1.课前准备：在微课教学前，精心进行教学内容选择、方案设计、制作教学PPT、撰写讲稿，并提前演练。2.视频录制：完成准备工作后，在西南石油大学网络与信息化中心智慧教室进行微课录制，每次教学内容讲授时间控制在20分钟左右。教学过程中以老师讲授为主，辅以学生的课堂互动。3.视频后期制作：利用视频剪辑软件Camtasia9.0对初期录制的视频进行剪辑、添加片头、片尾和字幕，提高视频的美观性。通过后期剪辑加工后，三个微课视频的长度分别为15分钟、18分钟和16分钟。通过以上步骤，完成了微课教学视频的制作。结合西南石油大学油气储运工程2016级学生《城市配气》课程教学计划，在2019年秋季学期结合课堂教学开展微课教学。具体做法是在课堂教学前2天，通过校内精品课程网络进行微课视频分发，涉及学生共182人。

三、微课教学效果的问卷调查

为了评估微课教学效果，基于OBE理念，设计了《城市配气》微课教学效果调查问题卷，分为四个部分：观看微课视频的目的、微课视频的缺点、微课视频的优点、下一步改进方向。通过“问卷星”网络平台对182名学生进行问卷调查，共收回有效问卷159份，结果统计如图1至图4所示。图1为“观看微课视频的目的”的调查结果，结果表明有62%的学生自愿观看微课视频，25%的学生是为了完成作业，13%表示两者兼有。虽然大部分学生能够积极参加到微课教学中来，但是仍然有较大部分学生对参加微课教学并不积极，这说明学生对于微课教学的必要性缺乏较为深入的认识，同时教师在课堂教学中还应加强对微课教学的作用的引导，提升学生的学习兴趣。图1观看微课视频的目的问卷调查结果图2是微课教学优点的问卷调查结果。结果表明，65%的学生认为微课教学的主要优点是视频时间短，可以灵活选择学习时间，其次是可以反复观看和复习。微课视频相比传统教学方式的优点主要在于“微”字上，这也是传统课堂所不具备的优势，问卷调查结果反映出学生对于微课教学优势的认可。因此，在后续微课教学内容的制作上，要着重发挥微课教学“短而精”的优势。对于“主题突出”这一选项，认可度只有48%，说明微课教学的内容还有待进一步提炼，这一问题也反映在图3的调查结果中。图3是微课教学缺点的问卷调查结果。对于微课教学的缺点，60%的学生认为“形式不够新颖”、54%的学生认为“不能吸引学生兴趣”。这两方面的问题也是传统教学方式中所面临的问题，这说明微课教学不能仅仅是课堂教学内容的复制，而应该利用视频媒体的优势，引入更加新颖和吸引学生兴趣的教学手段才能充分发挥微课教学的优势。35%的学生认为时间过长，33%的学生认为内容不够充实，这表明微课教学内容还有待进一步提炼和浓缩，从而能够在短时间之内突破重点和难点。图4是下一步改进方向的问卷调查结果。64%的学生认为应加强重难点的剖析，47%的学生认为需要更多的知识拓展，43%的学生认为需要有趣的段子。结合前面在微课教学优点、缺点调查方面的结果，可以发现，学生普遍希望能够借助微课在短时间之内突破重点、难点内容。同时，在重难点剖析基础上结合工程实际进行教学内容的拓展，在教学过程中也应严肃而不乏幽默，这样才能取得满意的教学效果。在工程认证背景下，OBE的教学理念提出了以毕业出口要求为导向（OBE理念）的合格性评价。通过问卷调查获得的学生对于微课教学效果的意见表明，微课教学不仅仅是课堂教学内容的复制，更应该在教学内容的提炼上下功夫，建设形成以高度精炼教学为支撑，以丰富多彩的视频媒介为载体的高水平微课，这也为下一步专业课的微课教学改革指明了方向。图4下一步改进方向的问卷调查结果

四、结束语

工科专业课教学基础性、专业性和应用性，其涉及的基础知识广、新概念多，基于微课教学方式可以为学生提供更加灵活、便捷的学习手段，为学生融会贯通专业基础课和专业课的知识点创造有益的条件，进一步培养学生识别、分析、表达复杂工程问题的能力。但是在西南石油大学油气储运工程《城市配气》微课教学实践中发现，微课教学不能是传统教学方式的重复，需要充分发挥视频媒体的优势，精心提炼教学内容、精准剖析重难点、采用新颖的教学方式、进行严肃而幽默的课堂讲解，从而营造短小精悍、丰富多彩的微课教学方式，这样才能充分发挥微课在工科专业课教学方面的优势，达到预期效果。

参考文献：

[1]白艳红.工程教育专业认证背景下课程目标的形成性评价研究与实践[J].中国高教研究，2019，12：60-64.

[2]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式———汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[3]贾文龙，吴瑕，李长俊.基于仿真技术的“城市配气”课程辅助教学方法探索[J].石油教育，2016，6：52-54.

[4]张鹏，吴晓南，裴桂红.燃气输配课程教学改革与实践[J].高教学刊，2016（3）：143-144.

[5]胡铁生.微课的内涵理解与教学设计方法[J].广东教育（综合版），2014（4）：33-35.

[6]魏海波.大学英语微课程构建研究[J].高教学刊，2019（15）：46-45

[7]袁宗明，谢英，梁光川.城市配气[M].北京：石油工业出版社，2004.图2微课教学优点的问卷调查结果

作者:贾文龙 白庭安 任庆阳 单位:西南石油大学石油与天然气工程学院