化工熱力學(xué)線上線下混合式教學(xué)改革與實(shí)踐

關(guān)紅玲 , 侯翠紅 , 李松杰 , 任保增 , 詹自力

(鄭州大學(xué) 化工學(xué)院 , 河南 鄭州 450001)

化工熱力學(xué)主要從化學(xué)工程的角度分析并給出化工過程經(jīng)歷的實(shí)質(zhì)性的變化,利用熱力學(xué)原理和計(jì)算方法指導(dǎo)各種化工過程的進(jìn)行和優(yōu)化。它是化工過程研究、開發(fā)與設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)[1]。

化工熱力學(xué)課程的設(shè)置是為了使學(xué)生能夠掌握其基本概念、理論和計(jì)算方法的知識;利用化工熱力學(xué)原理和模型分析化工反應(yīng)及過程的物質(zhì)利用極限和能量利用極限。在當(dāng)今提倡綠色化工和節(jié)能減排形勢下,其課程知識體系顯得尤為重要。

1 線上線下混合式教學(xué)改革的必要性

1.1 化工熱力學(xué)在教學(xué)過程中存在的問題

化工熱力學(xué)作為化工制藥類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和核心課程,設(shè)置在第5學(xué)期,共48學(xué)時(shí)。課程上接物理化學(xué)、高數(shù)和物理,下聯(lián)分離工程、反應(yīng)工程和化工設(shè)計(jì),在化工類課程體系中承上啟下,是從理論到實(shí)踐、從化學(xué)到化工的橋梁。

傳統(tǒng)教學(xué)的問題在于課程過于理論化,公式過于繁瑣,同時(shí)教學(xué)方式和模式過于單一,缺乏與學(xué)生興趣點(diǎn)的共鳴,很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,導(dǎo)致學(xué)生只能被動(dòng)地接受知識,僅僅為了應(yīng)付考試而學(xué)習(xí),對于專業(yè)知識的廣度和深度理解不深,同時(shí)獨(dú)立思考問題和解決問題的能力也不強(qiáng)。教學(xué)過程應(yīng)更注重從專業(yè)課程角度出發(fā),對學(xué)生進(jìn)行思想政治教育,加強(qiáng)對學(xué)生人生觀、價(jià)值觀、職業(yè)觀的正確引導(dǎo)。同時(shí),需要更加重視對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng),包括溝通與表達(dá)、檢索追蹤分析理解文獻(xiàn)信息、自主提出問題與解答問題等綜合素質(zhì)能力的鍛煉。除此之外,學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價(jià)方式過于單一,只以期末考試為準(zhǔn),缺乏過程性評估和考核,無法全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和能力[2-4]。

1.2 線上線下混合式教學(xué)的優(yōu)勢

隨著信息技術(shù)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的線上教學(xué)法受到國內(nèi)外教育界的廣泛關(guān)注。線上線下混合式教學(xué)模式是基于MOOC平臺,結(jié)合學(xué)校、教師、學(xué)生和課程實(shí)際情況,安排 20%～50%的教學(xué)時(shí)間實(shí)施學(xué)生線上自主學(xué)習(xí),與線下面授有機(jī)結(jié)合開展混合式教學(xué)的新興模式[1]?；旌鲜浇虒W(xué)結(jié)合了線上和線下的優(yōu)勢,符合“以學(xué)生為中心”的教育理念。線上資源豐富多樣,可提高學(xué)習(xí)興趣,拓寬知識和專業(yè)視野;同時(shí)線上教學(xué)也不存在時(shí)間和空間限制,便于學(xué)生根據(jù)自身情況靈活安排學(xué)習(xí)時(shí)間。教師可利用線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整教學(xué)安排,提高師生之間的交流。

2 線上線下混合式教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)教學(xué)要求和教學(xué)對象的特點(diǎn),有序地安排教學(xué)各要素,確定適合的教學(xué)方案的規(guī)劃和設(shè)想。通常,教學(xué)設(shè)計(jì)涉及教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)對象、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)施以及評價(jià)反饋等要素。

2.1 課程教學(xué)目標(biāo)的改革

傳統(tǒng)教學(xué)模式設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)僅著重于知識層面的掌握和理解,不符合現(xiàn)代社會(huì)對于綜合性人才的需求。在進(jìn)行混合式教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),課程目標(biāo)中除了包含知識與技能目標(biāo),還應(yīng)突出學(xué)習(xí)過程與方法以及情感態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)。

化工熱力學(xué)混合式課程教學(xué)目標(biāo)包括:①知識目標(biāo)。理解課程基本內(nèi)容,掌握研究思路和方法。探討過程進(jìn)行的方向和限度,評價(jià)能量的合理利用,指導(dǎo)混合物有效分離,解決化工過程熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算、能量有效利用、物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化、以及相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡的計(jì)算等工程實(shí)際問題。②能力目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí),要求學(xué)生理解并掌握化工熱力學(xué)的基本內(nèi)容,模型化方法等,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化工熱力學(xué)的基本原理、觀點(diǎn)和方法,分析、解決有關(guān)工程實(shí)際問題的能力。③思政目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識化工專業(yè)、樹立工程觀念,培養(yǎng)節(jié)約資源、合理利用能源的意識,樹立并踐行建設(shè)美麗中國、節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保的綠色高質(zhì)量發(fā)展理念。

2.2 課程教學(xué)設(shè)計(jì)的改革

教學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)揮傳統(tǒng)課堂教學(xué)體系嚴(yán)謹(jǐn)、師生互動(dòng)即時(shí)高效的優(yōu)點(diǎn),并利用微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)方式的開放性、資源廣闊性、選擇多樣性、即時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)為課堂教學(xué)過程中學(xué)生自主性和個(gè)性化學(xué)習(xí)提供支持,探索基于“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧教學(xué)的線上線下混合式教學(xué)模式,借助豐富的課程教學(xué)資源,建設(shè)了線上開放課程,并進(jìn)行實(shí)踐。

教學(xué)設(shè)計(jì)分為3大模塊:①課前學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)反饋:利用自建的慕課資源,學(xué)生線上自主學(xué)習(xí),設(shè)置有討論區(qū)和微信群進(jìn)行反饋,將基礎(chǔ)知識層次的學(xué)習(xí)交給網(wǎng)絡(luò)信息化媒介。②課中課堂集中講授+翻轉(zhuǎn)課堂模式,覆蓋化工熱力學(xué)8章,采用多媒體課件和板書相結(jié)合方式剖析課程重難點(diǎn)內(nèi)容。在導(dǎo)入新課時(shí),根據(jù)預(yù)習(xí)反饋、測試結(jié)果等教師會(huì)開展課堂教學(xué),精講預(yù)習(xí)中存在的問題,并引導(dǎo)學(xué)生提出在預(yù)習(xí)中遇到的疑惑或難點(diǎn)。同時(shí),教師在講解過程中也會(huì)借鑒微課的時(shí)長,每10～20 min設(shè)計(jì)一次隨堂測試,以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。③課后鞏固拓展深化+探究學(xué)習(xí),學(xué)生在課后鞏固復(fù)習(xí)完成作業(yè),并利用線上資源拓展學(xué)習(xí),完成探究式作業(yè),深化理解化工熱力學(xué)在科學(xué)研究和工程實(shí)踐中的應(yīng)用;教師在課后對隨堂測驗(yàn)、課堂討論、教學(xué)探究以及學(xué)生反饋等內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析,以深入了解學(xué)生情況,并為下一步的教學(xué)工作提供基礎(chǔ)。同時(shí),教師還開展在線師生或生生交流,對教學(xué)過程進(jìn)行總結(jié)和反思,以促進(jìn)師生共同成長,提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

此外,課程團(tuán)隊(duì)積極探索化工熱力學(xué)課程與思想政治理論課同向同行、形成協(xié)同效應(yīng)的有效途徑,通過對學(xué)生進(jìn)行以愛國、敬業(yè)、誠信、友善等為主要內(nèi)容的品德教育,以安全生產(chǎn)、節(jié)能減排為主要內(nèi)容的工程倫理教育及增強(qiáng)學(xué)生的家國情懷的文化自信教育,將課程轉(zhuǎn)化為社會(huì)主義核心價(jià)值觀具體化、生動(dòng)化的有效教學(xué)載體。

2.3 教學(xué)活動(dòng)和內(nèi)容的改革

①針對化工熱力學(xué)課程理論性強(qiáng)、公式繁多的難題,在教學(xué)中強(qiáng)化工程應(yīng)用,弱化理論推導(dǎo)和公式記憶,防止學(xué)生本末倒置。②以學(xué)生為中心,以PBL(基于問題的學(xué)習(xí))學(xué)習(xí)法為導(dǎo)引,結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)例,提出問題,啟發(fā)學(xué)生思考,利用所學(xué)知識分析解決問題,再進(jìn)一步總結(jié)反思,回歸實(shí)踐應(yīng)用,幫助學(xué)生理解抽象的知識點(diǎn),理論聯(lián)系實(shí)際。③為解決學(xué)生專業(yè)思想問題,提升內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力,堅(jiān)持立德樹人,將課程思政無痕融入,將價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)融為一體。針對性地解決學(xué)生思想學(xué)習(xí)問題,激發(fā)學(xué)生專業(yè)熱情、使命感和責(zé)任感,從“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。④針對計(jì)算量大的問題,鼓勵(lì)學(xué)生編程計(jì)算,利用計(jì)算機(jī)軟件如Aspen計(jì)算模塊進(jìn)行模擬,制作微課分享學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和潛能,培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神;⑤線上線下融合,課堂內(nèi)外互動(dòng),注重學(xué)生學(xué)習(xí)成效,拓展課程創(chuàng)新性和高階性。采用“課前學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)及反饋、課中課堂教學(xué)及翻轉(zhuǎn)課堂、課后鞏固拓展及探究學(xué)習(xí)”的三步法線上線下混合式教學(xué)模式。課堂教學(xué)充分利用教學(xué)體系嚴(yán)謹(jǐn)、師生互動(dòng)即時(shí)高效的優(yōu)點(diǎn),發(fā)揮多媒體課件和板書相結(jié)合的優(yōu)勢,智慧教室上課,使用信息化手段。采用案例教學(xué)、探究式學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等,加強(qiáng)師生互動(dòng),提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生解決問題和審辯式思維能力。

2.4 課程評價(jià)方式的改革

在過去的化工熱力學(xué)課程中,考核方式主要是依賴期末考試成績,這對于學(xué)生的學(xué)習(xí)效果缺乏有效的監(jiān)督。為了推進(jìn)課程改革,嘗試了多元化考核評價(jià)模式,包括線上和線下的融合,以及形成性評價(jià)和終結(jié)性評價(jià)的結(jié)合。這樣的多元化考核模式可以促進(jìn)學(xué)生的自發(fā)性學(xué)習(xí)、過程性學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。改革后,考核形式為70%為期末考試卷面成績,增加形成性評價(jià)(30%)。形成性評價(jià)中課程小論文和翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)占10%,線上自主學(xué)習(xí)占10%,課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)占10%。

3 課程改革特色及建設(shè)計(jì)劃

3.1 課程建設(shè)特色

①課程思政有機(jī)融入,激發(fā)學(xué)生專業(yè)興趣。教師牢記“為黨育人、為國育才”的教育初心,立德樹人,關(guān)注學(xué)生專業(yè)思想,無痕融入思政教育。②線上線下混合教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新潛能。以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力及科學(xué)思維方式為目標(biāo),融合傳統(tǒng)課堂教學(xué)和慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)手段,開展案例教學(xué)、探究式學(xué)習(xí),拓展課程的創(chuàng)新型和高階性,引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中創(chuàng)新,在實(shí)踐中成長。③理論密切聯(lián)系實(shí)際,科教融合協(xié)同。課程教學(xué)中注重理論密切聯(lián)系實(shí)際,從生產(chǎn)生活中實(shí)際問題出發(fā),運(yùn)用熱力學(xué)理論方法解決實(shí)際問題,同時(shí)主講教師均承擔(dān)國家及橫向項(xiàng)目,注重科研融入教學(xué),指導(dǎo)學(xué)生開展研究,將成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)案例;帶進(jìn)課堂編進(jìn)教材,結(jié)合真實(shí)“情境”開展教學(xué),增進(jìn)學(xué)生對技術(shù)創(chuàng)新的熱情和認(rèn)知。理論與實(shí)際結(jié)合,科研與教學(xué)互促,融合新工科建設(shè)理念和實(shí)踐,培養(yǎng)卓越化工人才。

3.2 課程建設(shè)不足與持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃

盡管課程改革已取得一定成效,但也帶來了新的問題。例如,線上課程部分存在學(xué)習(xí)氛圍不夠濃厚的問題,這導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳。此外,我們需要增加對于線上課程內(nèi)容掌握程度的評估和學(xué)生的討論參與度。

后續(xù)建設(shè)中,繼續(xù)堅(jiān)持立德樹人,以學(xué)生為中心,致力于開啟學(xué)生內(nèi)在潛力和學(xué)習(xí)動(dòng)力,在課程的高度、寬度、廣度上下功夫,深化課程建設(shè),緊扣科技及學(xué)生的進(jìn)步,提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度,借助數(shù)字化技術(shù)持續(xù)改進(jìn),促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng),建設(shè)國家級一流課程,將課程在全國范圍內(nèi)推廣。具體如下:①加強(qiáng)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)。通過學(xué)習(xí)培訓(xùn)交流等,提升專業(yè)課教師的思政素養(yǎng)和專業(yè)素養(yǎng),建立教學(xué)案例庫,向全國同行共享,將思政融入課程教育,實(shí)現(xiàn)立德樹人潤物無聲,著力提升學(xué)生專業(yè)興趣,挖掘?qū)I(yè)潛力,激發(fā)內(nèi)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。②加強(qiáng)課程教學(xué)資源建設(shè)。收集課程相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外的科技前沿,新成果、新動(dòng)向,豐富和更新教學(xué)內(nèi)容,建立課程教學(xué)案例庫;在原有自建慕課的基礎(chǔ)上,提升信息化技術(shù)與教學(xué)融合度,開發(fā)和引入數(shù)字化教學(xué)資源并舉,豐富微課和MOOC資源,建設(shè)數(shù)字化習(xí)題和試題庫,使用圖形(圖像)、音頻、視頻、動(dòng)畫和虛擬仿真等各類素材,制作新的教學(xué)視頻,增強(qiáng)課程知識性、趣味性和高階性。③完善課程多元化考核評價(jià)。按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念,以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向,圍繞目標(biāo)達(dá)成、教學(xué)內(nèi)容、組織實(shí)施等,進(jìn)一步完善課程多元化考核評價(jià),促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、過程性學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。