石油类专业热工系列课程翻转课堂的研究与设计

贾敏 杨火海 李小刚

摘 要：本文回顾了翻转课堂的发展史，并根据翻转课堂的优势对翻转课堂在热工系列课程中的应用进行了可行性分析，最后以《对流换热的影响因素》为例进行了翻转课堂教学设计。

关键词：翻转课堂；设计；热工系列课程

“传热、传质、传动量”在工程中统称为“三传”。热工系列课程，如《传热学与传质学》《工程热力学》《传热学》等是石油工程、海洋油气工程、油气储运工程等工科专业的专业基础课，是前期所学《高等数学》《大学物理》《大学化学》《流体力学》等课程的一门综合运用课。这些课程的特点是：概念多、公式多、内容多。目前，课程的授课方式基本采用“课堂教师讲解-课后学生作业-期末考试”的传统教学方式。该方式的弊端是学生处于“被动的知识接受者”的地位，课堂可能呈现“满堂灌”，不能充分调动学生的学习热情，发挥学生的主观能动性。

起源于美国的翻转课堂作为一种全新的教学理念和教学手段，因其独特的优势及对传统教育方法的颠覆，受到越来越多人的关注。

一、翻转课堂的优势

翻转课堂（Flipped Classroom）又称反转课堂（Inverted Classroom），简称FCM，包括知识的传递和知识的内化两个过程。授课老师首先结合动画、ppt等技术将知识点做成教学视频，学生利用课下时间观看教学视频自学新的知识点，完成知识传递的过程；学生在观看视频后，自主完成在线测试，进而对新知识进行吸收内化，之后再带着学习过程中的疑问去课堂上参与师生、生生之间的互动交流、合作、共享与讨论，实现其对新知识的完全理解和熟练掌握，从而完成知识的内化过程[1，2]。

传统的教学模式是教师首先在课堂上进行知识讲解，然后学生在课下通过完成作业及复习来完成知识的内化及运用。在课堂上，教师处于主宰地位，控制着教学的方向、进度及难度，而学生只能跟着教师的进度来学习，处于被动接受者的地方。而在翻转课堂中，教师将教学内容做成视频，学生通过观看视频自学，完成自测题，找出自己的问题所在，教师收集学生自测出现的问题，在课堂上进行讲解，还可以将学生分组进行进一步的讨论，使学生更好的消化巩固知识，完成知识的内化。

二、信息技术的发展

智能手机、平板电脑、电子书等电子设备的普及应用，为翻转课堂的实施提供了技术信息条件。另外，以高校精品课程为代表的高等教育课程资源建设也取得了前所未有的巨大成果。时任教育部高教司司长的张尧学曾对此评价说，“我们（精品课程）现在是走在他们（MITOCW）前面的，构思也比他们好。因为他们上网仅仅强调课件，我们不仅仅是课件，还有实验，还有教材，还有队伍，是名师指导下的课件、实验、教材”。这些为翻转课堂的实施创造良好的资源环境[3]。

三、设计

1.设计思路。在教学中，教师首先将每一节的重点知识浓缩制作成20～30分钟的视频。传热、传质现象在生活及工程应用中非常普遍，将这些现象及应用根据教学内容通过动画、声音、ppt等融入教学视频中，可以激发学生学习的积极性，加深学生对知识点的理解。比如，在讲传热学绪论部分时，可以讨论为什么水烧干了之后水壶容易烧坏，为什么下雪不冷化雪冷等，可以给学生介绍石油行业中传热传质的运用实例：油的加热输送、煤油汽油等石油产品的生产过程、稠油热采等；在介绍圆筒壁温度场计算的时候，可以结合井筒温度场的计算；在介绍传质现象时，可以给学生介绍页岩气中气体的扩散、二元聚合物驱扩散现象等。学生在观看教学视频后，需要完成在线测试题，以供教师评估学生自学情况。然后，教师根据学生在线自测的情况和学生提出的问题在课堂上进行讲解答疑，并进一步引导学生和教师的交流互动，在讨论中继续拓展知识点的深度和广度。将学生分成5～8人一组（由班级总人数决定），每组成员进行内部讨论。在此过程中，教师要巡视查看各组学生的讨论情况，及时引导、纠正讨论过程中出现的问题。在完成分组讨论后，各组选出代表对该组的讨论结果进行汇报展示，然后教师和学生对汇报情况共同进行评价打分，作为课程最终成绩的一部分。最后，教师就汇报讨论结果进行点评，并对学生出现的问题进行讲解。

2.实例。本文以《对流换热的影响因素》为例，研究翻转课堂在热工课程教学中的具体应用。

（1）视频制作。教师首先将该节的知识点制作成25分钟左右的ppt。首先，通过提出生活中的一些常见问题或常识来引出本节内容：“为什么冬天下雪不冷化雪冷？”“为什么泰坦尼克号里面Jack冻死了而Rose没有？”“为什么电脑主机里面要安装风扇？”……以上问题都涉及到对流换热现象，为了找出答案开始本节内容的讲解。用20分钟左右讲解对流换热的5个影响因素：流动的原因，流态，流体的热物理性质，相态变化及换热面几何形状位置。最后给学生提出以下自测试题：生活中有哪些强迫对流现象？为什么强迫对流换热的效果比自然对流换热好？流态的判据是什么？为什么水冷的效果比空冷的效果好？为什么有相变的换热效果比单相换热好？换热面几何形状位置对对流换热效果有影响的根本原因是什么？

（2）课堂答疑及讨论汇报。学生在观看视频进行自主学习后完成自测试题，教师及时跟踪学生自测的反馈情况和提出的疑难问题，在课堂上进行集中讲解释疑。然后，将学生进行分组，就以下问题进行进一步的讨论：通过这一节的学习，可以找到哪些增强传热的措施并举例？对流换热系数跟哪些具体的参数有关？讨论结束后，每组组长就该组的讨论结果进行总结汇报。最后，由教师总结点评大家的讨论结果，并提出问题“无相变对流换热系数函数关系式h=f（u，tw，tf，β，λ，ρ，μ，cp，l）中变量太多，怎样才能简便、准确的找出具体的函数关系式？”引出下一小节的内容。

四、结语

《国家中长期教育改革和发展规划纲要》提出：要“更新人才培养观念，树立多样化人才观念，尊重个人选择，鼓励个性发展，不拘一格培养人才”。为了创新人才培养模式，纲要更进一步提出：“注重学思结合，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，帮助学生学会学习”。翻转课堂的应用可以充分激发学生的求知欲，发挥学生的主观能动性，为热工系列课程的突破和改革指引了新的方向。

参考文献：

[1]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012，（8）：46-51.

[2]崔艳辉，王轶.翻转课堂及其在大学英语教学中的应用[J].中国电化教育，2014.11：116-121.

[3]秦炜炜.翻转学习：课堂教学改革的新范式[J].电化教育研究，2013，8：84-90.

（作者单位：西南石油大学石油与天然气工程学院）