过程流体机械教学新目标及慕课教学现状与探究
孔新 胡军
摘? 要 基于过程流体机械课程对新工科建设人才培养的重要性，在分析慕课辅助教学现状和存在问题的基础之上，提出慕课内容应聚焦于压缩机、风机在实际工程应用中的典型和突出问题。通过慕课辅助手段，实现知识传递的深入性和人性化，帮助学生树立正确的专业学习习惯，以培养适应新型工程技术发展需求的优秀人才。
关键词 新工科;慕课;过程流体机械;过程装备与控制工程专业;翻转课堂
中图分类号：G642? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）04-0044-04
New Teaching Goals of Process Fluid Machinery and Current Situation & Investigation in MOOC Assisted Teaching//KONG Xin， HU Jun
Abstract Based on the construction of new engineering， the process fluid machinery should establish its new concept in education. This paper analysed the present situation of MOOC assisted teaching and the existing problems， and proposed that the contents of MOOC should focus on the position and the function of compressors and?ventilators in engineering practice. Through the assistant of MOOC?which comes from the teaching material and goes beyond it， the?process of knowledge transfer could be deeper and more humani-zing. This will also help the students in construction of the professio-nal learning habit， and cultivating qualified personnel of new engi-neering technology.
Key words new engineering; MOOC; process fluid machinery; pro-cess equipment and control engineering; flipped classroom
1 引言
2017年2月，為推进新工科建设工作的进行，教育部发布《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，积极探索引领全球工程教育的中国模式和经验[1]。过程流体机械课程的主要教学任务为介绍应用广泛并具有典型性的活塞式、离心式压缩机和泵，并讲解它们的工作原理、结构形式、运行特性、调节方法和机器的安全可靠性等方面的基本知识[2]。这门课程是学生接触较早的一门专业课程，对过程装备与控制工程专业学习具有重要意义：一方面，本课程对后续课程的衔接学习至关重要;另一方面，本课程是专业能力培养的重要基础。因此，完善过程流体机械课程教学模式是当下专业建设中的重要组成部分。
伴随着5G互联网技术的高速发展，人类进入知识全面共享的信息时代，随之带来的改变影响着人类工作、生活、学习的方方面面，尤其对处于知识灌输阶段的学生来说，知识来源同样趋于多元化发展。在这样的时代背景下，利用网络手段传播知识，将过程流体机械的教学逐渐碎片化、扁平化，亦是推进新工科建设的重要体现。
慕课（MOOC）这一概念最早由加拿大爱德华王子岛大学的学者团队于2008年提出;随后，斯坦福大学为探索网络教学的实践工作，发布了三门免费学习课程，引起巨大反响;之后，圣何塞州大立学对87名工程系学生进行网络学习的调研，研究结果表明：传统教学与线上内容相结合的方式，可以使学生的考试及格率由55%提升至91%[3]。
我国慕课工作的开展较发达国家相对晚一些，但发展势头十分迅猛，2013年市场规模已达83亿，同比增长19.9%;
人数为6720万人，同比增长13.8%[4]。此外，在慕课建设工作中不断有新的思路和方法涌现，如李海龙等[5]提出“以问题为核心、以任务为驱动”的翻转课堂教学模式，在以实践操作为主的课程领域能有效提高学生的学习能力、实践能力和协作能力，实现信息技术与高校课程的有效整合;钟晓流等[6]将翻转课堂的理念与中国传统太极思想、本杰明·布鲁姆认知领域教学目标相融合，构建出太极环式的翻转课堂模型。
随着翻转课堂慕课相关工作轰轰烈烈地开展和进行，慕课教学中的问题也不断凸显出来：翻转课堂的教育模式实质上无法消除由于不同学生学习能力的差异性导致的教学效果的差异[6];有学者指出，慕课平台的教学视频观看过程是一个无人监督的环境，教师和学生处于物理空间上的分隔状态，因此，这种学习模式的不确定性相对较高，“高辍学率”和“低持续参与度”是其最主要的问题[7]。
本文针对新工科背景下过程流体机械课程建设所提出的新的课程教学目标，分析过程流体机械教学模式现状和存在的具体问题，提出结合慕课高效完成过程流体机械课程的教学目标，真正做到打破传统单一课堂教学模式，培养适应新时代新工科背景的优秀人才。
2 新背景下过程流体机械课程的教学目标
过程流体机械是一门开课已久的重要专业课程，在多年的教学过程中已经形成固定的教学模式和教学内容。近些年来，教学教材虽有多版、多次校订[8-10]，但是由于基础机械发展相对稳定且缓慢，教学内容并无实质性变革。固定的教学内容必然在一定程度上对教学模式改革产生阻力。同时，随着时代的发展，高校教师的科研任务逐渐繁重，不少教师将大部分精力转移至科研工作上，工作重心也不可避免地从本科教学转向科研。从学生层面来看，在知识共享的新时代，不仅需要学习专业课程，各类型的学科竞赛也吸引了他们的注意力。学生不再满足于课堂的基本授课内容，而是更加关注学科竞赛等活动中所需的各类知识，因此，学习目标更加明确且逐渐“功利化”，相应地，学习特点也更加碎片化、扁平化。
考虑到以上因素，新背景下的过程流体机械课程的教学目标应相应进行调整，使学生在学习过程中如鱼得水、兴味盎然，同时利用科技手段完成有效的知识共享、分析、利用（见图1）。
知识传递方式要求深入性和人性化? 如前文所述，在互联网应用高速发展的时代，学生的知识来源呈多元化发展趋势，学生的学习目标更加明确：怎样将所学知识快速有效地应用于实践。同时，学生的学习模式也趋于碎片化：利用碎片化时间梳理碎片化知识点。相比之下，常规的课堂教学，每节课学习时间长，授课方式相对固定，长此以往，会引起部分学生学习兴趣和注意力下降。
改进传统的教学授课方式，引入慕课教学资源，可有效辅助教学工作。
首先，对于过程流体机械这样非常典型的工科课程，需要对不同类型的机械装置进行全面学习，若将装置的工作原理、组成件爆炸动图等相对复杂的内容通过动画形式进行展示，可方便学生慢放、回放、多次观看学习。
其次，课程中内容相对抽象、不易掌握的难点解析内容亦可放入慕课展示中，作为教学的补充内容，又可帮助学生深入学习。
再次，慕课资源可以作为课前预习、课后复习、期末總结的有效手段，学习时间、地点亦可根据个人实际情况进行选择，学生学习的自主可控性较强，真正做到想学的时候随时开始。
最后，教师在慕课后台可以了解学生的关注点和学习特点，如哪些内容被反复观看，哪些内容被快进，什么时间段学习时间较长，等等，有利于把控教学进度和达成度。
培养学生学习能力，帮助学生养成正确的专业课程学习习惯? 过程流体机械是工程技术中的核心设备，广泛应用于石油炼化、制药、化学工程等生产中[11]，在教学过程中应注意强调石油炼制、化工行业的特点和发展趋势，从整体上帮助学生建立行业需求发展的开阔格局，并进一步培养学生自主学习、终身学习的能力。
在过程流体机械教学过程中，一方面要求学生熟练掌握流体机械工作原理、结构形式、运行特性、调节方法和安全可靠性等方面的知识[2];另一方面需要培养学生专业课程的学习能力，适应由基础课程学习到专业课程学习的转变。
大二第二学期，学生开始逐渐接触专业课程，不同于高等数学、工程力学等基础课程，专业课不仅需要学生掌握计算题的方法从而得出正确答案，更需要学生建立工程思维：如何在实际工程中做出基本的选型判断和深入的设计方案。专业课程的基本教学目标不应该是通过一系列推演得到唯一答案或解决途径，而是将所学应用于工程，解决实际工程问题，提供各种优化选型及设计方案，这才是其最终培养目标。通过启蒙学生工程思维，使其逐渐获得深入学习专业课程的能力，并将不同课程所学知识由点到面至体有机地结合在一起，打通相互之间的联系，建立成熟的专业体系，熟练应用基础通识课程作为有效工具，解决能力范围内的复杂问题。因此，训练学生专业课程的学习能力是过程流体机械课程的一个主要任务。同时，这个具体的任务不应该是通过一次或几次课程单独讲解完成，而是需要贯穿在整个教学过程中，潜移默化地影响、引导，通过不断积累学习逐渐完成。
输送适应新背景下流体机械发展需求的人才? 过程流体机械这门课程是过程装备与控制工程专业的核心课程之一，其课程特点是：
1）理论性强，需要前期扎实的数学、力学功底作为学习基础;
2）专业性较强，教学知识点繁杂、扁平化，完成高质量的教学任务相对困难。
本课程对于本科教学培养目标和毕业要求的达成具有重要的支撑意义，通过对过程流体机械的学习，帮助学生完成自身价值导向和获得专业能力。课程设置初期的目标是使学生掌握过程流体机械典型机器的结构形式、工作原理、性能特点及性能调节控制等方面的知识，培养学生具备过程流体机械的使用、维护、管理、选型、调节控制及研究改造的基本能力，培养学生具备应用基本概念、基本理论、基本知识解决流体机械主要部件的设计和改造问题的能力[12-13]，这也是机械和能源类众多专业高素质和高层次人才最基本的要求。
在新时期新背景下，对人才的培养不能仅限于上述要求，由于互联网通信技术发展带来了信息共享普遍化、细微化，必然导致信息急剧增加，因此，掌握从海量的信息中遴选出有效内容的能力则是新时期人才的关键素质。如在学习离心泵的汽蚀这一节内容时，学生不仅要掌握汽蚀发生的原因和预防措施，还要了解怎样结合当下科技发展的前沿知识、技术进行汽蚀的防治，如新的制造工艺、叶片流型设计、新的叶片材料等。这也是在科技不断发展过程中对人才提出的新素质要求：具备交叉学科的思维，将新技术、新发明、新创造、新产业具体应用到本专业领域中。因此，过程流体机械的教学不能仅满足于课本的内容，而是要扎实开拓，培养出实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型流体机械类人才。
3 结合慕课的多元教学模式现状与探究
高校慕课辅助教学现状? 作为“互联网+教育”的产物，慕课的崛起是一个必然。从开始的新奇到现在的普及，慕课已经深入本科教育的方方面面，已有很多高校陆陆续续开展了过程流体机械慕课的制作，但是慕课的制作和使用真正做到物尽其用了吗？笔者调研学习了网络上的公开慕课资源，通过与从事慕课辅助教学的教师面对面交流获得的信息表明：慕课产生的作用并不如预想的好，同时，慕课教学在实际教学中问题重重。
一方面，慕课面临的主要问题是脱离课堂。慕课设立初衷无外乎辅助教学或替代教学，其中辅助教学是全日制高等院校的教师选择慕课教学的重要原因，也是本文关注的慕课类型。由于追求慕课内容的完整性，现有的辅助教学性质的慕课成品多为系统课程。在时长的限制下，这类慕课只对每个章节的重点内容进行简单讲解，既不深入也不全面。慕课所包含的内容是对课堂教学的机械式重复，教学内容亦是点到为止，完全依赖慕课学习必定无法取得大纲要求的教学成果。
另一方面，有研究表明，慕课学习中的人机交互会引起教学体验差的问题，导致教师与学生之间缺乏即时互动[14]。
在这种监督缺失的环境下，学生容易产生“既然课堂上已经学习了，为什么还要占用个人时间来学习相同的内容”的想法。学生普遍反馈，在课堂学习之后再接受线上课程的复习并不能获得新的知识，因此线上学习的积极性不高，慕课的辅助教学作用相对较小。脱离课堂教学的慕课只会越发偏离辅助教学的初衷。
造成慕课脱离课堂教学的主要原因可归结为慕课内容的重复性。当“互联网+”成为一种流行趋势后，不少教师只是关注其表面形式，而并未发挥其优势以达到应有的教学效果。近年来，教育部、地方甚至高校都有专项经费到款资助慕课平台建设，不少一线教师得到相应资助后，就完成任务般一股脑录制课程视频，而对于视频内容、视频后期使用都没有明确的规划。这样的慕课制作粗糙、内容浮浅，在教学中起到的作用少之又少。好的慕课的制作，不仅需要结合课程特点反复考量，还需要根据往届学生的课堂表现、作业完成情况、考核成绩等多方面因素“量身定做”，是一个耗时持久且需要不断跟进的浩大工程。因此，慕课资助机构应严管专项基金的遴选和发放，适当延长项目的持续时间，增加考核标准的难度，从而保证慕课制作视频的质量。
慕课内容的重复性必然会导致线上学习的实际利用率不高，加上慕课资助项目跟进时间很少超过12个月，一旦视频制作完成，就意味着项目的结束，那么后期的反馈工作更不会得到重视。
首先，作为慕课制作人，不少教师只是把慕课当成一项孤立于实际教学的任务，完成视频制作后并不要求学生从中学到有用的知识，更不会将其作为辅助课堂教学的有力工具。
其次，学生是否在课下的预习和复习中主动使用慕课，取决于慕课内容能否引起他们的兴趣。很多学生反馈，在专业课的学习中很少会提前预习，大部分学生在要完成作业和课程设计时才会主动学习，而慕课的授课内容对于他们又过于粗浅，这也是造成慕课利用效率低下的原因。
可以看出，慕课利用率低、无后期跟进反馈是其面临的最大问题。
慕课辅助过程流体机械教学方式的探索? 如前文所述，慕课在辅助教学过程中存在利用率低、无反馈的问题。同时，由于慕课本身制作周期的限制，导致其时效性低、更新慢，这是无可回避的现状。那么，过程流体机械课程慕课教学是否真的一无是处呢？当然不是。新背景下学生的学习习惯趋于碎片化，而慕课这种灵活的形式则最大限度地迎合了碎片化的学习要求，若教师在制作中用心甄选慕课教学内容，则可最大限度地发挥慕课优势。
慕课内容首先应该以引起学生兴趣为出发点，严格遵循辅助教学的原则，坚持做到对知识传递的深入性和人性化，把培养学生专业课学习能力、建立正确的学习方法放在首位。因此，慕课的内容应该是来源于课本而高于课本，聚焦在压缩机、风机在实际工程应用中所处的位置和发挥的作用上，而不是一成不变地照搬课本内容，直白地介绍各种压缩机和风机的原理和特性。
如果在慕课中需要讲解活塞压缩机的基本原理和特性，最好的展示方法不是平鋪直叙地把一个个干条条直接罗列在视频中，而是选取一个具体的化工过程单元，讲解在这个单元中需要完成什么样的流体输送特性。通过具体实例引出问题，继而过渡到活塞式压缩机的工作原理，进一步解释为什么选择活塞式压缩机，讲述机器选型的具体做法，等等。根据“提出问题—解决问题—深入探究”的思路引导学生，这样的教学方式不仅可以提高学生的学习兴趣，还能将工程实际和专业背景巧妙融入教学过程中。学生可以根据自己的需求学习慕课视频以完成课前预习，亦可在课下复习中深入学习各类型流体机械的性能参数、曲线等内容，真正做到知识传递的人性化和深入性。
对慕课辅助教学的具体目的和方法有了明确的定位之后，根据工程需求“发现问题—解决问题—深入探究”的学习模式，能有效引导学生树立正确的专业课程学习方法，训练学生严谨的工程科学素质，输送适应新背景下流体机械发展需求的人才。
除了改善慕课教学内容外，也应重视在线学习的反馈环节。通过增设能力测试的答题环节，一方面，教师可以考查学生课前预习、课后复习的具体效果，促进学生对学习情况的反馈，及时发现存在的问题并做出准确判断，采取相应的改进措施;另一方面，建议将在线学习反馈环节计入总评成绩，可以起到督促学生自主学习的作用，达到强制提高学生的学习涉入度的目的，从而解决慕课利用率低下的问题。
总之，通过运用慕课辅助教学的手段，可以极大地调动学生的学习主动性，活跃学生的思维，为学生创新能力培养提供有力的支持。
4 总结与展望
新时代新工科背景要求高校教育更加注重知识传递的深入性和人性化，把培养学生的专业课学习能力、建立正确的学习方法放在首位。过程流体机械作为一门传统的专业必修课也应做出相应的调整和改革，以培养适应新背景下流体机械发展需求的人才。利用慕课辅助教学是一种十分有效的手段，但是在其探索发展的现阶段仍存在视频内容重复、脱离课堂等问题。将过程流体机械课程慕课的主要介绍内容聚焦于压缩机、风机在实际工程生产应用过程中所处的位置和发挥的作用上，可有效缓解现阶段慕课利用率低等问题，同时促进后期反馈教学跟进，及时发现教学中存在的问题并做出相应调整，提高教学质量，为培养高素质复合型流体机械类人才打下坚实基础。
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项目来源：西北大学本科教育质量提升计划“流体机械多元课堂建设的理论与实践”（基金编号：JX18146）。
作者：孔新，西北大学化工学院，讲师，研究方向为过程装备与控制工程;胡军，通讯作者，西北大学化工学院，副教授，研究方向为过程装备与控制工程（710069）。
