基于微視頻的化工原理實驗教學模式的探索與實踐*

劉 丹，李以名

(嘉興學院生物與化學工程學院，浙江 嘉興 314001)

化工原理是化工類及其相近專業的一門重要技術基礎課，旨在培養學生綜合運用數學、物理、化學等基礎理論，分析解決工業生產中單元操作的問題，包括單元操作的基本理論，典型設備的設計方法及過程的操作和調節等[1-2]。化工原理既具有很強的理論性、系統性，又有很強的工程性、實踐性。化工原理實驗是化工原理課程重要的組成部分，是深化理論知識、培養學生實踐能力、工程意識和創新能力的重要實踐教學環節，對培養具有工程實踐能力和創新精神的化工類及其相近專業的應用型人才具有重要意義[3-6]。針對目前化工原理實驗教學中涉及的實驗設備復雜、工程性問題難于理解、學生學習興趣低、教學效果差的問題，利用微視頻主題鮮明、短小精煉、互動性強的特點[7-8]，本文設計了基于微視頻的化工原理實驗教學模式，使微視頻貫穿于整個實驗教學過程中，以調動學生學習興趣，培養學生自主學習能力，促進知識的消化吸收，培養和提升學生的工程實踐能力和創新意識。

1 化工原理實驗教學中存在的問題分析

1.1 課前預習形式單一，預習效果差

課前預習是化工原理實驗教學中非常重要的環節。然而，目前在化工原理實驗教學中，課前學生主要采取根據實驗教材撰寫預習報告的形式進行預習，而化工原理實驗具有裝置結構復雜、實驗操作要點多等特點，學生僅通過閱讀實驗教材文字內容很難完全理解實驗內容和實驗操作過程。同時，學生對課前預習重視程度不夠，而教師也沒有采取相應的引導和督促措施，導致很多學生只是照抄實驗教材內容撰寫預習報告，沒有進行獨立思考和分析，沒有達到實驗預習的目的。然而，在實驗課堂教學中，教師僅能在有限的教學時間里針對實驗相關的重點、難點理論內容進行講解，并對實驗的關鍵操作步驟進行示范，無法做到系統講述實驗所有相關知識和操作細節，因而，學生預習效果差極大地影響了實驗課堂教學效果。

1.2 課上教學手段單一，學生學習積極性差

傳統的黑板板書和口頭講述的教學方法費時、枯燥，缺乏可視性與生動性，學生被動接受信息，學習興趣低，且因化工原理實驗儀器設備裝置流程復雜，這種“灌輸式”的教學方式不利于學生對實驗內容的理解和掌握。同時，教師在講解、示范實驗操作時，因實驗場地有限，實驗設備套數少，學生人數相對較多，很難保證所有學生都能準確接收到教師所傳遞的信息，影響學生的實驗操作。因此，學生僅能在課堂上完成基本的實驗操作，沒有進行深入思考，課堂教學效果不佳。

1.3 課后缺乏鞏固和拓展學習

課后，學生主要根據實驗數據記錄的結果，通過相關的方程、計算公式，并結合作圖等方式，得出實驗結論，完成實驗報告的撰寫。目前的實驗教學中缺乏課后復習、鞏固環節，不利于學生對實驗內容的理解、吸收。同時，化工原理實驗具有顯著的工程性和應用性，故化工原理實踐教學除了用來驗證理論知識，并進行綜合運用外，還應培養學生的工程意識，鍛煉學生的工程思維，目前尚缺少該方面的拓展學習。

2 基于微視頻的化工原理實驗教學設計

針對目前化工原理實驗教學中存在的問題，為調動學生學習積極性，改善實驗教學效果，基于微視頻，從課前預習環節、課上教學環節和課后鞏固拓展環節三個方面對化工原理實驗教學過程進行了設計，具體設計方案及學生能力培養情況如圖1所示。

圖1 基于微視頻的化工原理實驗教學流程與學生能力培養

2.1 課前基于微視頻的預習環節設計

利用微視頻和思考題進行深度預習。通過QQ群、超星學習通、雨課堂等網絡平臺下發實驗微視頻預習材料，主要包括理論知識講解微視頻、儀器裝置介紹微視頻和實驗操作微視頻。理論知識講解微視頻為教師錄制的實驗項目相關的理論知識的復習視頻，主要目的為引導學生做好理論知識與實驗內容的銜接，使學生更好地理解實驗的原理，同時，實驗數據處理過程將涉及大量的理論課程所學的公式、方程等，通過理論知識的回顧，提高學生對實驗相關方程、計算公式的理解和靈活運用能力。儀器裝置介紹微視頻主要為實驗項目所采用的儀器、設備的視頻資料，也包括相關的設備、儀表等的圖片資源，實驗操作微視頻則為教師將實驗內容和實驗操作有選地錄制的微視頻。儀器裝置介紹及實驗操作微視頻主要目的為將實驗中所涉及的復雜的儀器設備以及實驗流程以視頻動畫的形式展現，使學生能夠對即將開展的實驗中所采用的儀器設備與實驗過程有直觀的認識，有利于學生更好地理解實驗內容，激發學生學習的興趣。預習微視頻資料附有配套的預習思考題，可考察學生對每一部分微視頻材料的理解與掌握情況，提高學生主動學習、獨立思考的能力。通過預習微視頻和思考題的設置使學生達到深度預習的目的，為改善課堂教學效果奠定基礎。同時，教師可利用超星學習通或雨課堂等平臺跟蹤學生預習情況，根據預習思考題的完成情況，以及與學生的互動，全面掌握學生的預習效果，為教師課上教學提供依據。

2.2 課上基于微視頻的教學過程設計

利用微視頻和課件進行答疑式講解。微視頻和課件內容主要為教師針對學生預習中出現的共性問題和相關理論難點，以及實驗項目操作的關鍵點進行制作。利用微視頻和課件，輔以主要設備部件拆解視頻，以及網絡搜索的相關動畫素材，通過直觀、形象的教學方式將實驗中難于理解的設備工作原理和實驗操作要點傳授給學生，進一步幫助學生梳理實驗內容，解決疑難問題，使學生充分理解實驗操作過程，并強化實驗操作的規范性。基于學生課前充分預習，及微視頻、動畫素材和多媒體相結合的課上教學方式，可大大縮短課上教師講授環節，提高課堂教學效率，同時能夠為學生的實驗操作預留更多的時間，有助于鍛煉學生的實踐動手能力，充分理解和吸收實驗內容，提高課堂教學質量。學生課上操作過程中可利用線上平臺隨時反復觀看實驗相關理論微視頻及操作視頻，對實驗過程中出現的問題進行分析，并及時糾正，有利于提高學生分析、解決實際問題的能力。

2.3 課后基于微視頻的鞏固與拓展教學環節設計

利用理論難點微視頻和實驗操作微視頻進行課后復習鞏固，利用企業實際操作視頻進行課后拓展。課后學生需根據記錄的實驗數據，通過公式計算、作圖等方式得出實驗結論。學生在進行實驗數據處理、實驗結果分析和回答課后思考題過程中，需對整個實驗項目有深入的理解。學生可通過觀看線上平臺的理論難點微視頻和實驗操作微視頻，基于實驗操作經歷，進一步鞏固、消化、吸收實驗相關知識，并更好地與理論知識融合。通過網絡搜集工業設備制造、企業實際操作等視頻及動畫素材，使學生對工業實際采用的設備裝置及實際工業操作過程有初步的了解和直觀認知，激發學生課程學習的積極性，培養學生的工程意識和創新思維。

3 基于微視頻的化工原理實驗教學實踐

我校開設化工原理實驗課程的專業包括化學工程與工藝、應用化學、生物工程、環境工程、制藥工程等。化工原理實驗課程開設了包括雷諾演示及機械能轉換、流體阻力的測定、離心泵特性曲線的測定、傳熱實驗、板框壓濾機過濾常數測定、吸收實驗、精餾塔的操作及效率測定和干燥實驗的8個實驗項目。以下以其中的傳熱實驗項目教學為例[9]，闡述基于微視頻的實驗教學實施過程。

3.1 基于微視頻的課前預習教學環節的實施

教學目的：明確傳熱實驗目的、任務、要求等，了解傳熱實驗操作過程和數據處理方法。

學生能力培養目標：調動學生學習的積極性，提高學生自主學習和獨立思考能力。

教學實施過程：教師借助超星學習通下發實驗任務、預習微視頻材料及配套思考題。

(1)實驗任務：傳熱膜系數測定實驗。

(2)傳熱理論知識講解微視頻及課件。

思考題：冷熱流體通過間壁進行換熱的原理是什么？對流傳熱系數經驗關聯式中各無量綱數的表達式及其物理意義是什么？總傳熱速率方程的表達式是什么？等。

(3)套管式換熱器儀器裝置微視頻及圖片。

思考題：間壁式換熱器主要有哪幾種形式？各有什么特點？套管式換熱器的工作原理是什么？等。

(4)部分實驗內容講解與實驗操作微視頻。

思考題：傳熱實驗的操作步驟是什么？有哪些注意事項？如何根據實驗記錄的數據計算傳熱膜系數？等。

3.2 基于微視頻的課上教學環節的實施

教學目的：掌握傳熱膜系數測定的方法，完成傳熱實驗操作。

學生能力培養目標：鍛煉學生實踐動手能力和獨立思考能力，提高學生分析解決傳熱實驗過程中實際問題的能力。

教學實施過程：通過提問、小組討論等方式，了解學生對實驗內容的理解程度，進行答疑式講解。利用課件講解傳熱實驗涉及的理論內容的難點。利用網絡搜集的套管式換熱器的工作原理的動畫素材，與學生探討管內空氣和環隙中水蒸氣的換熱原理和過程。利用實驗操作微視頻講解傳熱實驗操作要點和注意事項，針對操作難點進行示范。學生進行傳熱實驗操作，記錄實驗數據。教師進行全程監督、答疑指導。

3.3 基于微視頻的課后鞏固拓展教學環節的實施

教學目的：鞏固、吸收傳熱實驗知識，完成實驗報告的撰寫；了解工業傳熱設備的制造過程，了解化工企業傳熱設備的實際操作過程，拓展傳熱相關知識。

學生能力培養目標：鍛煉學生傳熱知識綜合運用能力，培養學生的工程意識和創新思維。

教學實施過程：學生利用傳熱理論難點微視頻和傳熱實驗操作微視頻對實驗內容進行復習、鞏固。根據傳熱實驗數據記錄結果，利用熱量平衡方程、總傳熱速率方程、總傳熱系數計算公式等，通過公式計算、作圖的方法，得出傳熱膜系數的半經驗關聯式。通過實驗思考題的分析解答，進一步理解、吸收傳熱實驗相關知識，對傳熱實驗進行總結，完成實驗報告的撰寫。教師通過線上平臺，與學生進行互動，通過學生反饋，答疑解惑。教師通過網絡搜集工業傳熱設備(如套管式換熱器、列管式換熱器、夾套式換熱器、板翅式換熱器等)的制造、化工企業傳熱設備的實際操作等視頻素材，學生通過觀看視頻，進行拓展學習。

4 基于微視頻的化工原理實驗教學效果分析

在基于微視頻的化工原理實驗教學模式中，通過微視頻的引入和教學過程設計，從課前、課上和課后三個教學環節中逐步引導學生積極參與，主動學習。微視頻的引入對學生知識的內化、實踐能力和工程觀念的培養均起到了很好的效果。利用課前微視頻預習資料及思考題，引導學生課前做好理論知識與實驗內容的銜接、熟悉儀器設備、了解實驗操作過程與方法，并對實驗結果進行預判，培養了學生自主學習、主動思考和分析問題的能力，有效地提高了學生課前實驗預習效果。基于微視頻、動畫素材形象直觀、互動性好、主題性強的特點，提高了教師課上授課效率，激發了學生學習積極性，促進了學生對實驗原理、設備工作原理及實驗操作要點的理解和掌握。微視頻易于反復播放的特點，為學生課上高效、高質量地完成實驗操作起到了很好的輔助作用，并有助于學生分析實驗中遇到的問題，對學生分析和解決實際問題的能力。基于微視頻的課后鞏固、拓展環節促進了學生對理論及實驗知識的進一步理解、消化、吸收，并有助于學生從理論、實驗到工程思維的過渡，增強了學生的工程意識。

5 結 語

化工原理實驗課程具有典型的工程性和實踐性特點，該課程在化工類及相近專業的應用型人才培養中發揮著重要作用。基于微視頻的化工原理實驗教學模式，能夠克服傳統化工原理實驗教學中，因涉及大量抽象的理論、過程機理以及復雜的設備裝置導致學習難度大、學生興趣不足、教學效果差的問題。利用微視頻形象生動、短小靈活、互動性好的特點，對實驗教學過程進行合理設計，能夠有效提高學生對知識的理解和吸收，提高知識的綜合運用能力，提高實踐動手能力，有助于培養學生的工程意識和創新思維，對培養具有扎實理論基礎、較強工程實踐能力和創新能力的化工類應用型人才具有重要意義。基于微視頻的實驗教學模式為其他工程性較強的實驗/實訓課程的教學提供了思路與借鑒，對改善該類實踐課程的教學效果，培養和提高學生的工程實踐能力具有重要意義。