《化工原理實驗》混合式教學改革探索

曹曉燕，劉小風

(1 九江學院化學化工學院，江西 九江 332005；2 九江學院藥學與生命科學學院，江西 九江 332000)

《化工原理實驗》作為化學化工及相關專業(yè)的必修實踐類課程，是為配合化工原理課堂理論教學而設置的教學環(huán)節(jié)。不同于化學類基礎課程實驗，《化工原理實驗》具有典型的工程特點，是一門以化工實際工程問題為研究對象，以化工單元操作為主要內容、以培養(yǎng)學生具有分析能力和解決實際工程問題能力為特點的實踐類課程[1]。鑒于其課程的工程性特點，傳統(tǒng)的《化工原理實驗》多以“教師為中心”的線下課堂實驗教學為主，學生通過老師的講解和演示等被動地進行實驗操作，并未對實驗內容和知識進行深層挖掘，同時，受到教學場地和設備的限制，通常需要學生進行分組合作來完成整個實驗過程，造成了教學過程管理困難，教學效果不理想。

線上教學，教學形式靈活，學生可以不受時間、空間限制，隨時隨地進行在線同步學習。上個世紀末，美國教育界曾針對“有圍墻的大學是否將被沒有圍墻的大學(網絡學院)所取代”這一論題開展了一場大討論。最終得出“線上教學不會完全取代學校教育，但會極大地改變課堂教學的目的和功能”的結論[2]。近年來興起的混合式教學(Blending Learning)，是在信息技術推動下的一種教育變革方式，是一種將線下課堂教學和線上數字化教學中的優(yōu)勢元素進行混合的新型教學模式[3-5]，這種教學模式是多種教學方法、教學媒體以及評價模式等多種教學要素的結合，是對傳統(tǒng)教學模式的一種改革。應用混合式教學模式，將線上教學引入《化工原理實驗》課程中，一方面，可將教學模式以“教師為中心”轉變?yōu)橐浴皩W生為中心”，提高學生的自主式學習能力，加深學生對化工原理基本原理的理解；另一方面，可解決因教學課時少、儀器設備不足以及分組教學的難題，從而優(yōu)化教學過程，提高教學效果。教育部2021年工作要點提出[6]，要加快推進教育信息化的高質量發(fā)展，促使國內各大高校對混合式教學的要求日趨迫切，也對教師的現代化教育技術水平提出了更高的要求。

1 傳統(tǒng)《化工原理實驗》教學中存在的問題

1.1 課前預習不夠充分

針對《化工原理實驗》課程的特點，每堂實驗課前，通常要求學生對實驗的目的、原理、設備以及操作和數據處理進行提前預習，特別是對裝置設備和操作步驟等，要有一個基本的了解，這樣才能在實驗課中進行正確的操作，采集到合適的實驗數據。傳統(tǒng)的預習方法是根據實驗教材書寫預習報告，這在一定程度上能起到一定的預習效果。但對于絕大多數學生來講，尤其是對于理論基礎本身比較薄弱的學生，這種單一的預習方法往往流于形式，僅僅是對書本上的內容進行搬運而已，并未起到加深對化工原理理論認識與理解的作用。加上有些單元操作，流程比較復雜，學生僅以書本上固有的內容，很難對實驗裝置和操作步驟有真正的理解。由于課時分配的問題，教師在課堂上的講解有限，學生不能對實驗內容完全吸收和理解，在實驗操作中錯誤百出，致使實驗教學中，教師疲于糾正和指導學生的錯誤操作，不能對學生實驗進行適時的引導，實驗課堂教學收效不高。

1.2 理論教學與實踐教學不同步

化工原理實驗作為配合化工原理課堂理論教學的環(huán)節(jié)，涵蓋了化工原理的各個重點和難點，是從理論到實踐，將理論和實踐有機結合起來的課程。但是，在實際課程安排中，理論課與實驗課往往不能同步進行，常常出現某一項單元操作理論內容已經上完很久了，實驗課才開始；或者由于理論課和實驗課由不同教師任課，實驗課內容又早于理論課，這就導致學生在實驗課中對之前所學內容有所遺忘或者完全不知所云，對實驗原理一知半解，不能深刻理解實驗的原理，同時，由于實驗課多側重于了解實驗裝置設備和操作流程，再加上單元操作時間較長，對基本原理部分的講授有所限制，因此，在實驗過程中，學生僅僅做到依葫蘆畫瓢，模仿教師的操作過程來完成實驗，進行數據測定和采集，一旦遇到問題，就會手忙腳亂、不知所措，甚至造成實驗失敗。對于所涉及的實驗原理是如何在實驗過程中體現的往往無暇顧及，沒有對實驗過程進行主動思考，進行創(chuàng)新性設計與研究，更達不到通過實驗培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和解決工程實際問題的目的。

1.3 考核標準不夠客觀

對于以往采用線下教學的《化工原理實驗》，其考核標準側重于結果考核，往往是根據學生的實驗報告或期末考核成績進行評定，并未將過程考核納入考核范疇。實驗報告是評價學生分析問題、解決問題能力的重要依據。由于受場地、設備及時間的限制，通常一個單元操作是由多名同學共同合作完成。以一個教學班級40人為例，在傳熱實驗單元操作中，為了達到冷熱流體換熱完全，必須使兩者之間有足夠的接觸時間，因此，在調節(jié)完空氣流量之后，往往需要等待3～5 mim。一個單元操作，至少要進行6～8組數據的測量與采集，需要近40 mim才能完成實驗。一堂實驗課為3 h，教師講授近1 h，剩余的兩個小時根本無法保證每個同學都能動手操作，就會造成多名同學共用一組實驗數據。在完成實驗報告時，出現相互抄襲的現象，內容大同小異，因此，提交的實驗報告并不能真實反映每個學生的學習情況。期末考核則主要為實驗操作，在有限的時間內，學生僅僅做到依葫蘆畫瓢，簡單的模仿操作，至于為什么這么做？如果改進？學生并沒有深刻認識與理解。不能真實反映學生的實際操作水平、分析與解決工程問題的能力，也無法評價是否達成實驗教學目標。

2 《化工原理實驗》混合式教學的改革

單一的線下教學模式，以教師為中心，學生缺乏自主性學習；線上教學模式，教學方式靈活，不受時間和空間的限制，可提高學生的自主學習能力，但對于《化工原理實驗》課程而言，僅用線上教學無法完成整個實驗教學過程。將線上線下教學的優(yōu)勢資源進行整合，采用混合式教學模式，有利于促進《化工原理實驗》課程的良性發(fā)展。

2.1 建設線上實驗教學資源，提高預習效果

以超星網絡教學平臺為依托，將線上線下教學方式相結合，針對每一個單元操作，制作相應的線上資源，拍攝教學視頻，進行混合式教學。線上課程的內容包括實驗目的、實驗原理、設備裝置、操作流程及步驟、實驗數據的處理和分析等幾個部分，其中，重點是教學視頻的拍攝。根據我校《化工原理實驗》培養(yǎng)計劃，該課程主要包括流體流動與輸送、傳熱和傳質這三大類，共涉及八個化工單元操作。利用本校的實驗裝置，教師將八個單元操作的實驗裝置、流程以及操作過程部分進行現場錄制，每段視頻不超過10 min，有助于學生更直觀地了解單元操作過程。以傳熱綜合實驗為例，視頻教學可分為三段：第一段，任課教師對傳熱實驗所涉及的裝置設備(如，套管換熱器、鼓風機、蒸汽發(fā)生器等)進行簡要介紹，主要介紹設備的構造、設備的作用等，時間控制在3～5 min；第二段，教師對傳熱單元操作流程進行詳細介紹，讓學生了解先做什么，后做什么，接著做什么，做到心中有數；第三段，教師開始實際單元操作演示，在演示過程中，教師可就當前的步驟進行發(fā)散性提問，尤其是對于需要注意的事項，要多加講解，多問幾個為什么，啟發(fā)學生多思考、積極思考，讓學生通過線上預習帶著疑問進入實驗課。每堂實驗課前，教師通過超星APP發(fā)送教學資料，學生通過分享的二維碼進入學習平臺后，即可不受時間和空間的限制，提前自主地進行學習。通過理論內容和現場教學視頻預習，初步了解每個單元操作的基本原理、設備裝置及操作過程，并可帶著問題進入線下實驗課程的學習，提高預習的效果，有助于促進課堂教學的有效性。

2.2 充分利用線上實驗教學資源，豐富課堂教學

線下實驗課中，教師可采用提問的方式，了解學生預習的情況，并進行針對性指導，引導學生多思考，更有效地完成實驗課程教學目標。以精餾實驗為例，在學生提前線上預習的基礎上，教師通過超星教學平臺介紹精餾實驗內容的重點和難點。進入實驗室后，教師指導學生進行實驗操作，檢查學生操作是否得當，并對錯誤的操作給予糾正和指導，在這個過程中，教師根據實驗設備及實驗情況對學生進行相關提問和指導。比如，精餾的目的是什么？在精餾塔穩(wěn)定操作的條件下，塔內溫度沿塔高的是如何變化的？在精餾塔操作過程中，若出現液泛或者漏液現象該采取什么措施？等等。課堂教學中，學生有足夠的時間完成實驗操作并進行數據處理與分析，同時，學生帶著疑問進行實驗操作，通過數據處理與分析驗證實驗的可行性，可加深學生對實驗原理的理解，達到理論聯系實際的效果。課后，教師還可在超星平臺中設立交流討論區(qū)，通過線上互動的方式，對實驗中存在的問題及待解決的問題進行討論，調動學生的積極性與學習興趣，反哺教師的課堂實驗教學內容。通過線上線下混合式教學，促使教師改變過去陳舊的教學方法，提高教學設計能力，加強學生的學習興趣與課堂參與性，提升教學的有效性。

2.3 構建線上線下評價體系，完善考核標準

傳統(tǒng)線下教學中，《化工原理實驗》考核標準側重于結果考核，而未將過程考核納入其范疇。過程考核在實驗教學中占有很重要的地位，因此，需將《化工原理實驗》課程評價體系貫穿在實驗教學的整個過程中，才能全面反映學生對理論知識的理解，操作技能的掌握，分析問題以及解決問題的能力，才能使評價體系更加客觀，以推動實驗教學的長足發(fā)展。

在混合式教學模式下，評價體系由過程考核和結果考核兩個部分組成。過程考核為了促使學生注重平時的學習過程，其考核主要依據學生三個方面進行評定：(1)在線學習的情況，包括在線學習時長、視頻觀看次數、在線學習效果等，這部分占比為30%；(2)在線討論情況，課后參與在線討論次數，討論質量等，占比30%；(3)線下實驗操作過程，主要考察學生操作的正確性、對操作相關問題的回答情況、數據采集的合理性等，占比40%。結果考核則從實驗報告(40%)和期末考核(60%)兩方面來進行評價，期末考核區(qū)別于傳統(tǒng)的考核模式，通過期末試卷的模式進行考核。試卷內容由實驗原理、裝置設備、實驗流程及實驗操作等構成。學生最終成績評定中，過程考核占比50%，結果考核占比50%。通過構建線上線下課程評價體系，既能客觀反映學生的學習效果，又較好地完善了考核標準，促使學生在《化工原理實驗》課程的預習、實驗操作、課后分析以及報告總結等方面能投入更多的精力，不斷推動《化工原理實驗》教學改革的發(fā)展。

3 結 語

《化工原理實驗》是一門以化工實際工程問題為研究對象，以化工單元操作為主要內容、以培養(yǎng)學生具有分析能力和解決實際工程問題能力為特點的實踐類課程。傳統(tǒng)的《化工原理實驗》多以教師為中心，學生自主學習不夠，教學效果不理想。將線上教學模式引入《化工原理實驗》教學中，將線上線下的教學資源進行優(yōu)勢互補，充分利用混合式教學模式，拓寬了學生的學習維度，提高了學生的自主學習效率，豐富了課堂教學內容，完善了課程評價體系，激發(fā)了學生的學習興趣，可大幅度提升《化工原理實驗》課程的教學質量，推動《化工原理實驗》教學改革的發(fā)展。