化工原理線上線下混合式智慧教學模式探索與實踐

崔曉峰，王鈞偉，汪 婕，孔學軍

（安慶師范大學化學化工學院，安徽安慶246133）

化工原理作為化工及相關專業(yè)學生的專業(yè)核心課程，旨在培養(yǎng)學生的工程意識和分析、解決化學生產(chǎn)相關問題的能力。本課程知識點多、工程性強、計算量大、涉及的設備類型多，密切聯(lián)系生產(chǎn)實際?；ば虏牧虾托录夹g在不斷革新，而教材更新跟不上新技術的發(fā)展，課本內容陳舊、信息量少，難以滿足現(xiàn)代化工發(fā)展的需求。另一方面，傳統(tǒng)教學考核方式單一，缺乏對學生認知過程和知識綜合應用能力的考查。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術的發(fā)展，教學手段得到了豐富和發(fā)展，特別是受新冠疫情的影響，線上教學手段得到了快速發(fā)展[1]，如“雨課堂”、“慕課堂”和“愛課程”等網(wǎng)絡教學平臺和資源被廣泛應用到教學實踐中[2]。為此，提出在化工原理教學中，引入現(xiàn)代化教學手段，結合實體課堂、線上課堂和翻轉課堂，初步探索了一套集學生考勤、課堂互動、課后監(jiān)測和全過程考核的混合式智慧教學模式。

1 化工原理線上線下混合式智慧教學總體設計

圍繞解決“化工原理”傳統(tǒng)課程中信息量少、教學手段單一、教學過程難以監(jiān)管和考核不全面等問題，初步探索了一套如圖1所示的線上線下混合式智慧教學模式。

圖1 化工原理線上線下混合式智慧教學總體設計示意圖

“課前預習”由傳統(tǒng)的閱讀課本轉為線上學習。將篩選的優(yōu)質慕課（MOOC，Massive Open Online Course）課程推送給學生進行自習，然后通過“慕課堂”進行學習過程監(jiān)管和考核。慕課即大規(guī)模開放在線課程，教學內容以模塊化的短視頻呈現(xiàn)給世界各地的學習者，提供了一種在線網(wǎng)絡化教育和學習模式。慕課堂是中國大學MOOC平臺在慕課及學校云平臺基礎上研發(fā)的管理線上教學工具。對不滿意的MOOC視頻可自己錄制微視頻嵌入到“雨課堂”中推送給學生，尤其是一些和課程內容相關的實際生產(chǎn)流程和設備運轉視頻。雨課堂是清華大學于歆杰教授聯(lián)合學堂在線主導研發(fā)的新型教學平臺，其主體思想是通過連接老師的電腦端和學生的智能終端，開展多種混合式教學[3]。線上預覽式預習解決了傳統(tǒng)課程閱讀課本預習枯燥、預習過程難以監(jiān)管和考核、預習效果差等問題。

“課中”的教學內容可以分為自學和非自學內容。如果課時緊張，可將自學內容通過以上預習過程進行線上學習，這樣可以節(jié)省出來部分課堂講授時間進行其他課堂活動。課堂講授可在傳統(tǒng)實體課堂的基礎上結合智慧教學平臺，如“雨課堂”和“超星學習通”等智慧軟件豐富教學活動、記錄和監(jiān)管教學過程。同時可利用這些教學平臺提供的網(wǎng)絡教學資源，如名師講解、實際生產(chǎn)流程和先進設備等拓展課堂教學內容。

“課后”，通過分析以上智慧云技術提供的學習數(shù)據(jù)，了解學生對知識點的掌握情況。通過翻轉課堂和錄制微視頻等方式對學生存在的重難點問題進行詳解，促進學生對知識點的內化吸收。

2 化工原理線上教學設計

基于上述教學模式，線上教學設計分為“課前、課中、課后”三個環(huán)節(jié)。

課前預習環(huán)節(jié)：可采用“慕課+慕課堂”的方式進行。我們采用天津大學教學團隊開發(fā)的化工原理慕課，該課程教學內容豐富，教學水平高，與本校采用的教材一致，能很好地滿足教學要求。但作為預習課堂，需要對該課程進行“瘦身”，因此可采用“異步SPOC+慕課堂”的方式進行。授課教師根據(jù)自己的教學需要對慕課課程進行增減，在保證教學質量的基礎上減輕學生學習負擔，每兩個學時的課程預習一般控制在25分鐘之內。學生在慕課上的學習通過慕課堂進行管理。慕課堂可以對學生線上的學習情況進行追蹤，教師發(fā)布的每一個視頻和相關練習題，學生的學習情況都會以實時的數(shù)據(jù)記錄下來，其中包括線上每個視頻的學習時長、習題完成的正確率和課堂參與度等。老師可以隨時查看自己發(fā)布資源的學習狀態(tài)，更好地去督促學生學習，這種方式相較于傳統(tǒng)的學生自學閱讀預習要更容易接受，學生預習率大幅提高。如若慕課不能滿足教學要求，授課教師可將自行制作的教學資源嵌入到其他智慧教學平臺（如雨課堂）中推送給學生，學生在手機端接收任務并進行學習，老師可通過這些智慧平臺進行教學監(jiān)管。這些預習視頻中可以包含一些課程相關的實操和實訓內容，增強學生對所學知識的應用能力。如化工原理第7章“蒸餾”，我們將安慶石化常減壓蒸餾裝置的生產(chǎn)流程錄制成微視頻，并對設備每個部件的功能和結構配套講解。讓學生在學習相關知識點前對所學內容有一個感性的認識，增強學習的目的性和工程意識。

課中教學環(huán)節(jié)：線上資源主要包括教師講授工程所用到的部分不能下載的網(wǎng)絡資源，如優(yōu)酷或B站的優(yōu)質資源，老師可在備課過程中提前搜集好嵌入到課件中，以備開展教學活動。如“非牛頓流體”、“液體攪拌”、“多效蒸發(fā)”和“填料塔和板式塔流體力學性能與操作特性”等內容。若課時緊張，可將部分內容作為自學內容采用上述預習的方式進行線上學習。

課后學習環(huán)節(jié)：主要以線上教學為主。學生對知識的學習過程大體可劃分為兩個階段，即“信息傳遞”和“內化吸收”。第一階段相對容易，通常通過教師講授和學生自學完成[4-5]。內化吸收過程一般由學生在課后完成。學生在課程學習后總有未接受的知識點，對于個別問題可通過即時工具（如QQ或微信）進行溝通指導。對于一些相對集中的共性問題應予以集中答疑。雖然各種教學平臺上已有很多網(wǎng)絡教學資源，但是針對自己課堂學生的問題通常較難查找。在教學過程中，針對學生存在的共性問題可以通過錄制微視頻（伯努利方程的應用、離心泵的安裝及管路中的運行和吸收過程計算等）嵌入到雨課堂或者通過翻轉課堂的方式推送給學生。學生可以隨時暫停和多次回放，有利于自主學習。課后練習，除了布置傳統(tǒng)的練習作業(yè)外，通過雨課堂推送和生產(chǎn)實際相關的線上作業(yè)，盡可能用所學知識解決實際工程問題。如化工原理第6章“吸收”，我們將安慶石化催化裂化吸收穩(wěn)定裝置的流程拍攝成微視頻，讓學生用所學知識解釋主要部件的工作原理，并設計相關計算題，通過改變吸收劑組成，讓學生計算相關出料組成。每位同學的初始數(shù)據(jù)不同，可防止傳統(tǒng)作業(yè)抄襲。通過類似的練習培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和工程意識。

3 化工原理線下教學設計

線下教學主要依托“雨課堂”平臺對課堂教學和部分翻轉課堂進行智慧教學設計。相較于傳統(tǒng)課堂生硬、單調、刻板的灌輸式教學，雨課堂的引入使課堂互動環(huán)節(jié)形式多樣，為課堂學習提供了多種新的教學方式[6]。以化工原理第10章液液萃取的教學過程為例，學生通過雨課堂手機端簽到，代替了傳統(tǒng)教學中的點名簽到，方式新穎，效率高，并且有實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計。課堂中可以發(fā)布隨堂練習，適時掌握學生對知識點的理解程度。這些活動需要授課教師在備課過程中針對重難點提前設置好練習。如萃取中三元相圖的選擇以及相圖的讀取方法，通過單選和多選題的形式發(fā)布隨堂練習，考察學生對知識的掌握程度和課堂學習狀態(tài)。學生還可以通過發(fā)送“彈幕”和“投稿”等方式隨時提出問題，消除部分內向的同學提問題的心理障礙。如萃取原理的講解中，有5位同學通過投稿的方式對相圖讀取和杠桿規(guī)則提出疑問，本人在課堂講解過程中視問題情況進行了集中和個別講解，使學生的疑問得到及時消除。老師還可根據(jù)學生課堂的學習情況，發(fā)布問卷收集學生想法，進行針對性的教學。此外，還有如系統(tǒng)隨機選人回答問題等多種方式和學生互動。針對一些綜合性強的知識點可在討論區(qū)設置討論主題，學生進行跟帖討論[7]。這些新穎的互動方式充分吸引了學生的注意力，很好地解決了傳統(tǒng)課堂教師手段單一和理工科課堂氣氛難以調動等問題。所有課堂活動如隨堂練習、課堂投稿和隨機點名提問等都會有數(shù)據(jù)記錄，便于分析學生的參與度和學習效果，進行教學過程實時監(jiān)控，這是相較于傳統(tǒng)課堂較為突出的優(yōu)勢。每個教學活動都有宏觀的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如圖2例所示。圖2（a）可以反映全班學生對知識點整體的掌握程度，也可以查看每個教學活動的微觀數(shù)據(jù)，即每個學生在每個教學活動中的表現(xiàn)情況；圖2（b）所示為每一個單選題的答題情況，每個學生選擇的選項都會被快速的統(tǒng)計出來，便于教師課后深度分析學生對相應知識點的掌握程度，并及時給出相應的干預。雨課堂系統(tǒng)會自動給出課堂表現(xiàn)優(yōu)異的和需要預警的學生情況，如圖2（c），提醒教師針對不同的學生給出相應的措施，從而整體提高學生的學習效果。

圖2 雨課堂智慧教學過程學習數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4 結論

綜上所述，我們在化工原理教學實踐中結合“雨課堂”、“慕課”和“慕課堂”等智慧教學平臺，開展了線上線下混合式智慧教學。基于這樣的“課前、課中、課后”線上線下混合式教學設計，充分利用線上豐富的教學資源，增加了課程的信息量，并可實時監(jiān)管學生學習情況，提高了課前課后教學活動的實效性。在課堂線下教學活動中，恰當應用雨課堂等智慧平臺，增強了教學互動，改變了傳統(tǒng)工科課程生硬、刻板的教學模式。智慧平臺的“云技術”以詳細的數(shù)據(jù)記錄了每個學生整個教學環(huán)節(jié)的學習過程，有助于教學監(jiān)管和多維度考核學生學習情況，全過程的考核解決了學生平時成績評價的困難，使得考核結果更加客觀。我們在17級三班兩個學期的化工原理教學中實施了該智慧教學模式，整體不及格率較一班和二班均低了15%以上，說明采用混合式智慧教學模式取得了較好的教學效果。