基于翻轉(zhuǎn)課堂、對(duì)分課堂的化學(xué)工藝學(xué)課程教學(xué)方法研究

史瑞欣，彭進(jìn)松，施連旭，趙曉虹

(東北林業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工與資源利用學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

化學(xué)工藝學(xué)是化工專業(yè)的一門(mén)專業(yè)核心課程，是化工過(guò)程研究、開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，為學(xué)生將來(lái)從事化工過(guò)程的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、建設(shè)和科學(xué)管理打下牢固的工藝學(xué)基礎(chǔ)。

“翻轉(zhuǎn)課堂”按照范德堡大學(xué)教學(xué)發(fā)展中心給出的定義：翻轉(zhuǎn)課堂是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的一種翻轉(zhuǎn)，學(xué)生首先在課外接觸課程即將學(xué)習(xí)的新材料(通常是閱讀文獻(xiàn)或觀看視頻講座)，然后在課堂時(shí)間通過(guò)問(wèn)題解決、討論或辯論等策略完成知識(shí)的內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)際上是一種“先學(xué)后教”模式，就教學(xué)目標(biāo)而言，學(xué)生在課外實(shí)現(xiàn)的是布盧姆教學(xué)目標(biāo)中的低階認(rèn)知目標(biāo)(知識(shí)和理解)，課上時(shí)間則在同伴和教師的支持下專注于高階認(rèn)知目標(biāo)(應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)價(jià))。

“對(duì)分課堂”是張學(xué)新教授在2014 年，從國(guó)內(nèi)高校課堂的實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合講授式課堂與討論式課堂的優(yōu)點(diǎn)，提出的一種新的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式，類似于傳統(tǒng)課堂，強(qiáng)調(diào)先教后學(xué)，教師講授在先，學(xué)生學(xué)習(xí)在后。采用這樣的方式，能夠有效避免對(duì)于一些理工類課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)中由于缺乏必要的知識(shí)儲(chǔ)備而無(wú)所適從，難以開(kāi)展有效的自主學(xué)習(xí)；另一方面，這種教學(xué)模式也類似于討論式課堂，強(qiáng)調(diào)生生、師生互動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中深度參與，對(duì)知識(shí)親身探索和領(lǐng)會(huì)，并根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)重新建構(gòu)，有效促進(jìn)學(xué)生隱性知識(shí)的獲得。

目前，高等教育界一個(gè)廣為傳播的本科生有效教學(xué)研究框架由七項(xiàng)原則構(gòu)成，分別為鼓勵(lì)師生互動(dòng)、鼓勵(lì)學(xué)生之間合作、鼓勵(lì)主動(dòng)學(xué)習(xí)、提供及時(shí)反饋、強(qiáng)調(diào)時(shí)間投入、對(duì)學(xué)生寄予高期望、尊重學(xué)生差異和不同的學(xué)習(xí)方式。翻轉(zhuǎn)課堂和對(duì)分課堂正是在有效教學(xué)理論指導(dǎo)下致力于促進(jìn)學(xué)生多方面的學(xué)習(xí)進(jìn)步和發(fā)展，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)成果的兩種新型教學(xué)模式。

化學(xué)工藝學(xué)的課程內(nèi)容以基本石油化工產(chǎn)品的典型生產(chǎn)工藝為體系，介紹了八類主要的反應(yīng)單元，此外，還介紹了化學(xué)工藝的基礎(chǔ)知識(shí)和發(fā)展方向，聚合物生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)，生物技術(shù)生產(chǎn)大宗化學(xué)品及綠色化學(xué)化工的基礎(chǔ)知識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)放在分析和討論典型產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的化學(xué)反應(yīng)及分離部分的原理、影響因素、確定工藝條件的依據(jù)、反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、流程的組織等，同時(shí)，對(duì)工藝路線、流程的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、能量回收利用、副產(chǎn)物的回收利用及廢物處理作一定的評(píng)價(jià)。從教學(xué)內(nèi)容上來(lái)看，存在敘述性強(qiáng)、內(nèi)容較瑣碎，知識(shí)點(diǎn)分散的特點(diǎn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)，需要按照“反應(yīng)原理—熱力學(xué)—?jiǎng)恿W(xué)—工藝條件—反應(yīng)設(shè)備—工藝流程”這樣一條邏輯主線將課程內(nèi)容組織起來(lái)，進(jìn)行化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的科學(xué)分析。為了使學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，能夠建立清晰的學(xué)習(xí)思路，了解化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝開(kāi)發(fā)的主要過(guò)程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，不是被動(dòng)地接受教師對(duì)一個(gè)又一個(gè)化工產(chǎn)品的工藝路線簡(jiǎn)單、枯燥的介紹，應(yīng)在學(xué)生掌握了上述科學(xué)思維方法基礎(chǔ)上，讓學(xué)生對(duì)典型案例進(jìn)行分析與討論，從而將學(xué)生所學(xué)的化學(xué)與化工基礎(chǔ)知識(shí)有效地運(yùn)用到產(chǎn)品工業(yè)化的實(shí)踐中。

因此，翻轉(zhuǎn)課堂和對(duì)分課堂適用于化學(xué)工藝學(xué)課程的教學(xué)，但在教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)不同的課程內(nèi)容，應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，而不拘泥于形式，靈活運(yùn)用不同教學(xué)模式，開(kāi)展相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)。下面將以三個(gè)具有不同特點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容為例，討論不同教學(xué)模式在化學(xué)工藝學(xué)課程中的具體運(yùn)用。

一、不同教學(xué)模式在化學(xué)工藝學(xué)課程教學(xué)中的運(yùn)用

(一)翻轉(zhuǎn)課堂

“化學(xué)工業(yè)發(fā)展過(guò)程”的內(nèi)容主要是對(duì)化學(xué)工業(yè)各發(fā)展階段典型事件的介紹，為敘述性內(nèi)容，沒(méi)有抽象、難以理解的原理及規(guī)律，但如果只是老師站在前面，對(duì)這部分內(nèi)容平鋪直敘，學(xué)生很快就會(huì)失去興趣，因此這部分內(nèi)容將采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)施方案見(jiàn)表1。

表1 翻轉(zhuǎn)課堂、對(duì)分課堂在化學(xué)工藝學(xué)中應(yīng)用典型示例教學(xué)實(shí)施方案

在布置學(xué)習(xí)任務(wù)之前，先對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，教學(xué)班級(jí)人數(shù)為30 人，分為6 組，每組5 人，每次小組活動(dòng)設(shè)立1 名組長(zhǎng)，由5 人輪流擔(dān)任?？紤]到該年齡段學(xué)生的心理特點(diǎn)，為了使小組具有較強(qiáng)凝聚力，從而能夠順利開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，采取自由組隊(duì)的方式。教師在課前向?qū)W生布置學(xué)習(xí)任務(wù)，共6 個(gè)題目，隨機(jī)向各組布置一個(gè)，分別為：(1)無(wú)機(jī)化工發(fā)展過(guò)程；(2)煤化工發(fā)展過(guò)程；(3)石油化工發(fā)展過(guò)程；(4)現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展方向；(5)我國(guó)化學(xué)工業(yè)發(fā)展前景；(6)世界著名化工企業(yè)。學(xué)生通過(guò)閱讀教材，參考教師提供的學(xué)習(xí)資料，上網(wǎng)查閱相關(guān)的文字、圖片、視頻資料，每組制作一份課堂匯報(bào)幻燈材料，并選派一名學(xué)生在課堂上進(jìn)行匯報(bào)。在各組匯報(bào)結(jié)束后，由教師進(jìn)行最后點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，并在線上向?qū)W生發(fā)放評(píng)價(jià)表，各組表現(xiàn)由其他組學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，作為平時(shí)成績(jī)的一部分。

在開(kāi)課初期，安排這樣一次翻轉(zhuǎn)課堂，還有另一方面的考慮。正如張學(xué)新教授在文獻(xiàn)[3]中所分析的，與國(guó)外學(xué)生所具有的展示自我和注重表達(dá)的文化傳統(tǒng)不同，中國(guó)學(xué)生接受的文化傳統(tǒng)是規(guī)避沖突、言談審慎，并且，不同的教學(xué)班級(jí)，往往具有不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格和班級(jí)氛圍，而在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，很難在短時(shí)間內(nèi)了解學(xué)生特點(diǎn)。通過(guò)開(kāi)課初期，針對(duì)較簡(jiǎn)單內(nèi)容安排這樣一次翻轉(zhuǎn)課堂，可以在此期間通過(guò)觀察，快速了解本輪開(kāi)課的教學(xué)班級(jí)的學(xué)生特點(diǎn)，從而有的放矢地對(duì)后面的教學(xué)活動(dòng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

(二)對(duì)分課堂

以“加氫過(guò)程”為例，這部分內(nèi)容適于采用對(duì)分課堂的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，實(shí)施方案見(jiàn)表1。對(duì)分課堂把教學(xué)時(shí)間分為三個(gè)部分，分別為講授、獨(dú)學(xué)和課堂討論。與傳統(tǒng)教學(xué)模式下的講授相比，對(duì)分課堂教學(xué)模式下的講授具有新的特點(diǎn)，馬陸艷等將其概括為五個(gè)方面，分別為提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性；闡述意義，呈示價(jià)值，吸引學(xué)生學(xué)習(xí)的意愿；精講到位，注重留白，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；闡釋知識(shí)框架和邏輯線，呈現(xiàn)路線圖，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；引導(dǎo)學(xué)習(xí)過(guò)程，注重傳授學(xué)習(xí)方法，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。在講授環(huán)節(jié)，將對(duì)加氫反應(yīng)的一般規(guī)律和合成氨工藝進(jìn)行精講。在對(duì)合成氨的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析時(shí)，將按照“反應(yīng)原理—熱力學(xué)—?jiǎng)恿W(xué)—工藝條件—反應(yīng)設(shè)備—工藝流程”的邏輯主線，與學(xué)生們一起，詳細(xì)分析影響平衡氨濃度和反應(yīng)速率的主要因素，并使學(xué)生掌握氨合成塔作為一類高溫高壓反應(yīng)設(shè)備，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的特殊要求，以及在工藝流程的設(shè)計(jì)中，關(guān)于冷能的合理利用。

課堂講授結(jié)束后，在學(xué)生獨(dú)學(xué)環(huán)節(jié)，為了使學(xué)生能夠?qū)φn堂講授的內(nèi)容更好地內(nèi)化吸收，布置課后作業(yè)：(1)總結(jié)溫度、壓力及惰性氣體對(duì)氨合成反應(yīng)的平衡氨濃度及反應(yīng)速率的影響規(guī)律；(2)從節(jié)能和提高經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，氨合成工藝應(yīng)如何改進(jìn)？其中，第一個(gè)問(wèn)題需要學(xué)生對(duì)課堂上教師講授的重點(diǎn)內(nèi)容在復(fù)習(xí)的過(guò)程中，通過(guò)分析、總結(jié)和凝練，才能完成；而第二個(gè)問(wèn)題，則需要學(xué)生在較好地理解了第一個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)獨(dú)立思考，對(duì)原工藝進(jìn)一步進(jìn)行評(píng)價(jià)和質(zhì)疑，進(jìn)而利用已學(xué)的工藝學(xué)知識(shí)提出自己的見(jiàn)解。此外，還要給學(xué)生布置課堂討論的課前學(xué)習(xí)任務(wù)，既自學(xué)甲醇的合成工藝，并對(duì)比合成氨與合成甲醇兩個(gè)生產(chǎn)工藝有哪些相似之處，又有哪些不同之處。為了完成這個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生需要利用教材和教師提供的學(xué)習(xí)資料，課前獨(dú)立完成對(duì)甲醇合成工藝的學(xué)習(xí)。由于甲醇的合成與氨的合成同屬于加氫反應(yīng)類型，從反應(yīng)熱效應(yīng)、熱力學(xué)特點(diǎn)、動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)等方面，都具有一定的相似性，因此學(xué)生在自學(xué)這部分內(nèi)容時(shí)，會(huì)很自然地與剛剛學(xué)過(guò)的合成氨工藝聯(lián)系起來(lái)，采用類比的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，因此，讓學(xué)生在獨(dú)學(xué)階段，對(duì)兩種工藝的異同點(diǎn)進(jìn)行分析，從認(rèn)識(shí)規(guī)律角度來(lái)說(shuō)，也是水到渠成的。

對(duì)于課堂討論環(huán)節(jié)，從目前對(duì)學(xué)生學(xué)情分析的結(jié)果來(lái)看，是對(duì)分課堂的三個(gè)環(huán)節(jié)中需要教師格外重視的。因?yàn)楹芏鄬W(xué)生在十幾年傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)習(xí)，早已習(xí)慣了單方面聽(tīng)取教師的講授，討論學(xué)習(xí)能力欠缺，甚至對(duì)討論學(xué)習(xí)是非常陌生的，沒(méi)有掌握一定的討論學(xué)習(xí)方法和策略，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是不知道如何討論，缺乏討論學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)和歷練。在這種情況下，教師應(yīng)在第一次安排的課堂討論活動(dòng)中，給予充分的重視和引導(dǎo)，使學(xué)生在本次討論活動(dòng)中，獲得較好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而使學(xué)生能夠盡快熟悉并適應(yīng)這種學(xué)習(xí)方式，使后面的討論活動(dòng)開(kāi)展得更加順利。

教師可在第一次課堂討論前，先對(duì)學(xué)生進(jìn)行“討論策略”的指導(dǎo)，如：“發(fā)言人如何發(fā)言？如何仔細(xì)傾聽(tīng)別人的發(fā)言？如何評(píng)價(jià)別人的意見(jiàn)？不同的意見(jiàn)如何質(zhì)疑、辯論？小組長(zhǎng)如何組織組員圍繞問(wèn)題進(jìn)行討論？如何集中意見(jiàn)向全班匯報(bào)？”在課堂討論進(jìn)行過(guò)程中，教師要善于使用友好的微笑、熱情的鼓勵(lì)來(lái)激發(fā)學(xué)生智慧的潛能，從而營(yíng)造出人本主義學(xué)習(xí)理論所鼓勵(lì)的以情感為核心的民主、平等、寬松、和諧的教學(xué)氛圍。美國(guó)心理學(xué)家羅杰斯認(rèn)為，“一個(gè)人只有心理自由才能使他成為真正的自己，可以完全自由地感覺(jué)，才能使他向著凡是能構(gòu)成他的創(chuàng)造力的一部分的知覺(jué)、概念和意義廣度地敞開(kāi)”。

課堂討論采用小組討論的形式進(jìn)行，為了方便組內(nèi)同學(xué)的交流，課堂討論將使用智慧教室，每組圍坐在一個(gè)圓桌，這樣也方便教師在討論過(guò)程中，在各組間走動(dòng)、觀察、傾聽(tīng)，并給予適當(dāng)干預(yù)與指導(dǎo)。課堂討論環(huán)節(jié)中，首先為各組自由討論時(shí)間，由于學(xué)生在課前已經(jīng)對(duì)討論的主題有了自己比較充分的準(zhǔn)備，因此，自由討論過(guò)程實(shí)際上主要是組員間分享自己的思考結(jié)果，并對(duì)其中存在分歧的地方進(jìn)行討論，最終達(dá)成一致。討論結(jié)束后，由各組組長(zhǎng)代表本組發(fā)言。對(duì)各組存在的亮點(diǎn)及問(wèn)題，教師應(yīng)及時(shí)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。所有組都完成匯報(bào)后，再由教師做總結(jié)，著重解決大家存在的一些共性問(wèn)題。課堂討論結(jié)束后，由教師發(fā)放本次討論每位學(xué)生表現(xiàn)的評(píng)價(jià)表，由本組其他成員進(jìn)行填寫(xiě)，并匯總到教師。

(三)其他教學(xué)模式

在化學(xué)工藝學(xué)課程中，化學(xué)工藝基礎(chǔ)知識(shí)部分是非常重要的內(nèi)容，其知識(shí)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1 所示。學(xué)生在接觸具體案例之前，需要學(xué)習(xí)如何將化工專業(yè)的其他專業(yè)課程，例如物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、分離工程等的重要規(guī)律運(yùn)用到化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中來(lái)，這也是對(duì)化工專業(yè)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的要求。為了更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)已學(xué)專業(yè)知識(shí)的成功遷移，這部分內(nèi)容教師將主要采用“啟發(fā)式”教學(xué)模式開(kāi)展課堂教學(xué)，并且要“精講多練”。在課堂教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生要自己繪制思維導(dǎo)圖，通過(guò)獨(dú)立思考，重新梳理、內(nèi)化課堂上所學(xué)的重要內(nèi)容。教師通過(guò)布置綜合性練習(xí)題，使學(xué)生進(jìn)一步練習(xí)運(yùn)用相關(guān)規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題。

圖1 化學(xué)工藝學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)框架圖

二、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂與對(duì)分課堂這兩種教學(xué)模式在化學(xué)工藝學(xué)課程中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，從化學(xué)工藝學(xué)的課程內(nèi)容特點(diǎn)來(lái)看，該課程具備運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂與對(duì)分課堂的條件。并且，通過(guò)將這些新的教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式按照課程內(nèi)容的實(shí)際需要，靈活運(yùn)用于課程中，能夠有效“激活”學(xué)生課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)兩個(gè)重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，與課堂學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)一起，在教師的引導(dǎo)下，完成學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的自我建構(gòu)。學(xué)生不僅在學(xué)科專屬知識(shí)與技能方面完成主動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)，在人際交流、領(lǐng)導(dǎo)、組織和語(yǔ)言能力等軟素質(zhì)方面也獲得有效的訓(xùn)練，在提升化工專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量方面起到重要作用。