董金善，王海峰，周劍鋒，周勇軍

（南京工業(yè)大學，江蘇 南京）

一 引言

南京工業(yè)大學是全國最早設立過程裝備與控制工程本科專業(yè)的五所高校、最早設立化工過程機械博士點的三所高校之一，具有悠久的專業(yè)辦學歷史。八十年代的第一本全國通用教材《化工容器及設備》就有我校的戴樹和教授與錢惠林教授參加編寫。1998年全國本科專業(yè)調整后，我校與浙江大學、鄭州大學發(fā)起編寫《過程設備設計》教材，獲普通高等教育“十一五”“十二五”“十三五”國家級規(guī)劃教材，多次獲得全國石油和化學工業(yè)優(yōu)秀教材一等獎。本文結合該教材內容，介紹《過程設備設計》MOOC課程資源的建設及實踐情況。

二 課程內容

《過程設備設計》課程是“過程裝備與控制工程”專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。其主要課程內容包括彈性力學基礎、壓力容器設計理論及方法、典型過程設備的基本理論及設計方法等。本課程對壓力容器中的筒體、接管以及封頭等過程設備的主要部件作了彈塑性力學理論分析和計算設計公式推導，并對設備設計過程中所涉及到的規(guī)范、標準以及常用材料的選擇做了詳細介紹。在此基礎上對如壓力儲罐、反應釜、換熱器以及各類塔設備等典型過程設備的典型結構、原理及主要零部件的設計計算做了詳細講解。

三 課程目標

本課程是南京工業(yè)大學“過程裝備與控制工程”專業(yè)的核心課程，其目的是通過本課程的學習使學生將課本理論同實踐的工程實踐相結合，使學生活用課本知識并初步獲得從事壓力容器、熱交換器等相關壓力容器設計和研究開發(fā)的能力。具體課程目標如下：

課程目標1：熟悉壓力容器總體結構；掌握壓力容器分類方法；能分析比較國內外規(guī)范和標準。

課程目標2：掌握回轉薄殼、厚壁圓筒的應力分析方法及外壓圓筒穩(wěn)定性的分析方法；熟悉圓平板應力的基本原理及其應力分布；了解局部應力分析方法及降低局部應力的措施。

課程目標3：熟知壓力容器常用鋼材；能分析制造工藝和環(huán)境等外界因素對材料性能的影響；掌握材料選用基本要求及法規(guī)標準的相關規(guī)定。

課程目標4：理解壓力容器設計文件的基本要求；熟悉壓力容器設計準則，掌握壓力容器主要受壓元件的設計方法及計算步驟；能基于應力分類準則進行分析設計和疲勞設計，完整制定壓力容器制造相關技術要求。

課程目標5：掌握儲存設備、塔設備、換熱設備、反應設備等典型設備的結構設計要領、強度計算方法。

四 建設措施

1.科學規(guī)劃在線學習資源，實現(xiàn)教學資源共享。

在《過程設備設計》省精品課程教學資源的基礎上，圍繞教學目標精心設計教學活動，科學規(guī)劃在線學習資源。包括課程介紹、負責人介紹、教學大綱、教案演示文稿、在線作業(yè)、試題庫、參考資料和課程教學錄像、微課制作等[1]。

2.開展在線學習與課堂教學相結合、探索翻轉課堂等多種方式的課堂教學模式。

第一，探索《過程設備設計》翻轉式教學模式，課前組織學生觀看教學視頻，對本章授課內容進行初步預習和針對性的練習；學生針對預習時的問題在課堂上認真聽講并互相交流，發(fā)現(xiàn)并提出解決不了的共性問題，教師集中引導學生解答；教師設計應用問題和項目，學生分組進行協(xié)作研究，課堂匯報成果；課后教師對教學效果進行評測。通過翻轉課堂，引導學生自主學習，提高教師授課效率和學生學習興趣，培養(yǎng)學生獲得團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新思維能力[2]。

第二，實施《過程設備設計》分層次提高教學模式改革，按照逐層遞進的原則將課程設置進一步細化，逐層提高學生的實驗能力，全面提升學生的理論創(chuàng)新能力與工程實踐應用能力[3]。同時，將《過程設備設計》與《ASME設計軟件》課程結合，讓學生體驗國內外的設備設計方法，在熟悉國內SW6設計軟件的基礎上，能及時掌握國外ASME設計軟件，為后續(xù)畢業(yè)設計及就業(yè)等打下堅實基礎。

3.實施先進的實驗教學方法，提升“先進的實驗教學信息化水平”。

創(chuàng)新和使用多媒體實驗教學、仿真實驗教學、網(wǎng)絡輔助實驗教學、自主式研究式實驗教學、開放式合作式實驗教學等教學手段，積極開發(fā)綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗項目[4]。為保障課堂內容的與時俱進，教師將最新的研究成果生動并且高效地轉化為具有實效性、創(chuàng)新性和綜合性的實驗教學內容。與此同時大力支持在校本科生積極參加大學生挑戰(zhàn)杯創(chuàng)新活動和創(chuàng)新基金資助計劃等相關國家級、省市級競賽。通過這些科研創(chuàng)新競賽活動，不僅可以使學生將所學知識學以致用，進而加深對課程內容的理解；而且還可以激發(fā)出學生對參與科研過程的積極性，增強創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力。對于教師而言，教學要基于基本問題并結合典型項目和經(jīng)典案例開展互動式、研討式的教學方式；在此基礎上，引導學生自發(fā)、積極、深入地學習和研究知識。與此同時也要注重課本基礎知識與前沿科研成果、理論公式與工程實踐、經(jīng)典與現(xiàn)代相結合，虛擬仿真與實驗研究相結合，基本規(guī)范養(yǎng)成、基礎能力訓練與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結合，這樣才能使學生深刻掌握并靈活應用所學知識，促進其多樣化成才[5]。

在通訊技術飛速發(fā)展的今天，教學隊伍將現(xiàn)代通訊信息技術融入到傳統(tǒng)教學方式中，通過利用線上師生溝通的方便性以及線上教學的靈活性，推進信息技術與實驗教學的深度融合。建設普通實驗教學、研究性實驗教學和虛擬仿真實驗教學等信息化實驗教學資源，利用學校信息管理平臺建立統(tǒng)一的實驗教學中心，推動課程管理、師生交流、教學評價的信息化，實現(xiàn)實驗內容、空間、時間、人員、儀器設備等的高效利用和開放共享[6]。

4.按照“講一、學二、考三”的要求，建立多元化學習評價體系。

傳統(tǒng)對學生課程考核方式多是以期末考試成績?yōu)樵u價標準，此考核方式存在諸多弊端，不能客觀、科學地反映學生的全面水平[7]。因此在課程考核中，針對傳統(tǒng)考核方式“一錘定音”的局限性，擬按照“講一、學二、考三”的要求，建立多元化學習評價體系。不僅是單純考核學生背題答題的應試能力，更主要的是考核學生在完成課程學習后，對該課程回顧和思考后提出問題、分析問題和自我解決問題的綜合能力。同時進一步深化對學生線上聽課情況考核和線下練習完成情況考核相融合，探索平日課程學習過程性評價、階段性評測和終結性評價相結合的多維度考核評價模式，促進學生自主性學習、過程性學習和沉浸體驗式學習，進而全面提高學生的綜合素質能力。課程成績由終結性考核并結合過程性考核綜合評定。

五 MOOC課程資源

南京工業(yè)大學《過程設備設計》課程于2010年獲江蘇省精品課程，2016年獲批“十三五”江蘇省高等學校在線開放課程（MOOC），2017年完成了MOOC課程資源建設，在愛課程（中國大學MOOC）運行平臺上正式上線運行（https://www.icourse163.org/course/NJTECH-1001753225）。該MOOC課程資源包括課程公告1個、授課視頻46個、非視頻資源58個、測驗和作業(yè)16次習題總數(shù)206道、考核（試）2次試題總數(shù)53道，開課周數(shù)17周56學時。其中授課視頻包括課程介紹（說課）1個、壓力容器導言4個、壓力容器的應力分析8個、壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響4個、壓力容器設計16個、儲運設備3個、換熱設備3個、塔設備4個、反應設備3個，具體內容如表1所示。

表1 《 過程設備設計》MOOC課程授課視頻資源

六 課程特色

1.課程選用國家級規(guī)劃教材，課程內容豐富。

本課程的教材選用鄭津洋、桑芝富（南京工業(yè)大學）等主編的《過程設備設計》，該教材2001年由化學工業(yè)出版社出版的“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材，2005年、2010年、2015年及2020年共五版，獲中國石油和化學工業(yè)優(yōu)秀出版物（教材類）一等獎。課程團隊主講教師董金善、王海峰于2020年參加了該教材“第五版”的修訂。

2.科學規(guī)劃在線學習資源，繁中求簡，責任引領。

本課程自2017年9月在中國大學MOOC平臺開放運行至今共6期。第一批國家一流本科課程申報后，補充了授課視頻23個，課程資源已包含教材8章全部內容。建設過程貫徹“少而精、博而通”的教學思想，主動對接過程工業(yè)發(fā)展對先進設計人才的知識和能力需求，結合國家及行業(yè)發(fā)布的最新標準，科學規(guī)劃學習資源[8]；并通過國際標準ASME的介紹，緊跟業(yè)界最新技術進展，與業(yè)界無縫對接，實現(xiàn)責任引領。

3.依托品牌，多方融合，培育工程能力。

南京工業(yè)大學過程裝備與控制工程專業(yè)為江蘇省首批品牌專業(yè)，本在線課程是品牌專業(yè)的重要成果之一。依托品牌專業(yè)，團隊人員自主開發(fā)了“薄壁容器應力測試、外壓容器失穩(wěn)、高壓容器爆破、攪拌容器性能測試”等實驗裝置，其中“攪拌容器性能測試裝置”獲國家發(fā)明專利。這批實驗裝置已在全國60余所高校獲得推廣應用，促進了專業(yè)發(fā)展，受到兄弟院校的好評。同時，本專業(yè)通過了中國工程教育專業(yè)認證，在線課程以專業(yè)認證理念和認證標準設計教學方法和組織教學內容，堅持“以學生為中心”，有力地培養(yǎng)了學員解決工程項目問題的能力。

4.按照“講一、學二、考三”的要求，建立多元化學習評價體系。

“講一”即老師講的內容是1/3，“學二”即學生在教師的指導下自學剩余的2/3內容，“考三”即平時考核（在線討論與單元作業(yè)）、單元測驗、結課考試相結合[9]。擬按照“講一、學二、考三”的要求，探索平日課程學習過程性評價、階段性評測和終結性評價相結合的多維度考核評價模式，促進學生自主性學習、過程性學習和沉浸體驗式學習，全面提高學生的綜合素質能力，打通了全過程評價鏈。

七 MOOC課程的運行

《過程設備設計》MOOC課程分別于2017年09月25日-2017年12月31日、2018年03月05日-2018年06月30日、2018年09月01日-2019年01月31日、2019年03月04日-2019年06月30日、2020年02月16日-2020年06月08日、2020年09月08日-2021年01月30日開設了6期，共計6000余人參加，選課高校包括南京工業(yè)大學、常州大學、大連理工大學、北京化工大學、西南交通大學、中國石油大學（華東）、鄭州大學、南昌大學、中國科學院等40余所高校的“過程裝備與控制工程”專業(yè)學生參與選課學習，同時還有企業(yè)從事壓力容器設計與制造的工程技術人員參與選課學習。

1.申報高校教學中的應用。

專業(yè)課程教學中，在線課程與本校課堂教學同步進行，校內本專業(yè)學生100%參加在線課程學習及考核，課程予以綜合考核，加權考慮了在線課程以及課程思政情況。通過在線互動、在線討論等環(huán)節(jié)，增加了學生對課程的興趣，解答了學生的疑難問題，課程的通過率、對應的畢業(yè)要求達成度都得到了顯著提高。如與開展MOOC學習前的2017學年相比，4個自然班的平均成績由75.3提高到2019學年的78.9。尤其在2020年疫情管控期間，本在線課程發(fā)揮了重要作用，選課人數(shù)劇增，實現(xiàn)了“停課不停教、停課不停學”。

2.面向其他高校學生和社會學習者的應用。

本MOOC課程自2017年09月上線開課至今，開設了7期，共計4821人參加。選課高校包括華東理工大學、浙江大學、大連理工大學、北京化工大學、西南交通大學、中國石油大學（華東）、鄭州大學、南昌大學等32所高校，同時還有企業(yè)從事壓力容器的工程技術人員參與選課學習。學習者評價：很棒，不錯的學習平臺。在線課程中老師們用簡單的語言描述抽象的概念，讓我十分輕松就能理解原本冗長的公式、概念，而且它提供了一個移動課堂。老師講解很清晰、易懂，課后題也可以讓我很好的復習，受益匪淺。從事壓力容器行業(yè)的人員可以多多學習，很好。平臺學習者評分為4.8分（滿分5分）。

3.行業(yè)專家的評價。

中國工程院院士、教育部高等學校機械工程類專業(yè)教學指導委員會副主任委員、華東理工大學涂善東教授評價：該課程的MOOC建設，運用互聯(lián)網(wǎng)+技術構建網(wǎng)絡教學平臺，開展在線學習與課堂教學相結合、探索翻轉課堂等教學模式，為我國“過程裝備與控制工程”專業(yè)培訓與課程改革提供了很好的借鑒，具有很好的引領作用；同時也是我國“壓力容器設計”一線的工程技術人員專業(yè)學習的最佳平臺。《過程設備設計》教材第一主編、中國工程院院士、浙江大學鄭津洋教授評價：該課程團隊有深厚的研究實力，教學起點高，眼界闊，思維活躍，理念比較先進，處在國內《過程設備設計》課程改革的前列，在線課程教學水平已經(jīng)達到國內先進水平。

八 結語

《過程設備設計》MOOC課程建設貫徹“少而精、博而通”的教學思想，主動對接過程工業(yè)發(fā)展對先進設計人才的知識和能力需求，結合國家及行業(yè)發(fā)布的最新標準，科學規(guī)劃學習資源，并注意學科交叉，課程經(jīng)典內容與現(xiàn)代科學內容處理得當[10]。采用開放式的實踐教學模式，集科學理論、實踐及能力培養(yǎng)于一體，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力，先后獲省教育廳教學成果（高等教育類）二等獎2項；課程負責人獲“全國石油和化工行業(yè)教學名師”；該MOOC課程2021年獲得江蘇省首批“線上一流本科課程”，并被推薦申報了2021年國家“線上一流本科課程”。