化工專業實驗混合式教學模式改革

王祁寧，許軼，張建庭，屠美玲，賈繼寧

(浙江工業大學化學化工國家級實驗教學示范中心，浙江 杭州 310014)

0 引言

課程作為人才培養的核心要素，是教育的微觀問題[1]，更是“立德樹人成效”這一人才培養根本標準的具體化、操作化和目標化，也是當前中國大學帶有普遍意義的短板、瓶頸和關鍵所在[2]。“金課”[3]建設是高校本科生課程建設的目標，應在“新工科”建設中率先發力[4]。化工專業實驗課程具有很強的實踐性，需要面對復雜的工程問題(如涉及物料變量多、設備復雜和過程時間長等)，應該按照實踐類金課標準狠抓教學質量工程[5]。

自2014年化學化工國家級實驗教學示范中心建設工作開展以來，化工專業實驗科教團隊已經對教學內容、教學方法、教學手段等方面進行了一系列改革，融入實驗教師的教改及科研成果，形成了相對科學的課程知識體系和規范完整的軟硬資源體系，構建了教學與科研良性互動的實驗教學模式，有利于培養學生的創新能力和綜合素質。為了進一步滿足學生個性化、信息化的學習需求[6]，通過探索集在線理論教學、課堂實驗教學、答疑輔導于一體的混合教學模式下化工專業實驗教學內容、信息化手段和形成性評價等方面的創新，推動了化工專業實驗在線教學和傳統實驗教學的改革。

1 化工專業實驗教學現狀與問題

化工專業實驗教學不僅是本專業創新應用型人才培養的重心，也是化學、材料、環境、醫藥、生物工程、機械、控制等各相關學科專業工程基礎教育的重要組成部分[7]。依托化學化工國家級實驗教學示范中心的化工專業實驗課程，是學生從學子向創新應用型人才蛻變的起點[8]，但僅僅依靠“教師調試實驗設備、學生預習、實驗前教師講授、學生2～4人組隊實驗、實驗后學生數據處理、撰寫實驗報告”的“課堂式”實驗教學管理模式來實現創新應用型人才的實踐能力培養，仍面臨著許多問題。

1.1 對產出導向的教學理念缺乏深度思考

盡管實驗中心已經建立了獨立于理論教學的實驗教學體系，能培養學生很強的動手操作能力和知識轉化能力，但教師對學生的學習結果缺乏清晰的構想，在分析學生學習產出、繼而反向設計課程結構以及相關評價體系方面，缺乏以產業需求、社會需求為導向的大局觀，使得學生在將學術知識轉化為解決實際問題的能力上稍顯薄弱，與社會和高速發展的產業需求匹配度不高。

1.2 對學生的個性化培養有待提高

當前的實驗教學體系對所有學生都是按照同一種教育模式培養，在因材施教方面有所欠缺。教師只能通過實驗課堂講解相同的教學內容，沒有以學生的認知規律和個性化培養為考量，理論教學質量和實驗教學效率都難以邁進新層次。教學資源建設相對薄弱，主要以實驗講義、相關課件和教案為主，課程內容所反映的前沿性和時代性不夠，同時，缺乏多維度的形成性評價體系，主要采用實驗操作成績與實驗報告成績相結合的評價方式，束縛了學生探究科學魅力的創新意識。

1.3 對學生的自主發展相對受限

預先設計較為完整的實驗，難以讓學生獲得自主設計實驗的思考和訓練；預先排除設備故障的實驗裝置，使學生在生產實際中面臨意外狀況時稍顯束手無策；被動接收或者依賴教師的實驗前講解，無法形成自主排疑解惑的學習習慣；簡單進行數據處理的實驗報告，缺少對復雜化學工程問題的反思。所以，以教師為中心的實驗教學管理模式，對學生的自主發展及工程能力的提高只起到制約作用。

2 混合式實驗教學的實際意義

化工專業實驗是通過系統的實驗技術和方法訓練著重培養學生基礎科學素養的實踐性環節，采用混合式教學模式能使學生實現專業理論學習與實際應用有機結合，較好地解決實驗教學中面臨的教學效果不突出的問題。

2.1 整合優化教學資源，構建體現信息技術與教學深度融合的課程結構，提升理論教學質量

混合式教學的線上教學環節，需要教師以自身教學經驗為基礎，有效整合相關的教學素材，制作實驗微課，供學生在課前預習；還可利用虛擬與實體實驗互補的思路，通過整合慕課、本中心的國家級示范性虛擬仿真實驗教學項目等泛在化網絡教學資源，拓寬學生的知識結構。在教學過程中，不斷優化資源配置，從多角度透徹地展現教學內容，實現多途徑信息輸入，增強教學的表現力和感染力；盡可能地將知識面分解成知識點，減少信息的加工轉換過程，降低學習的復雜度。

2.2 圍繞工程教育理念，實現以學生為中心的教學組織模式，提升實驗教學效率

通過實驗微課、虛擬仿真項目展現的線上教學環節，改變了實驗預習模式，讓學生從傳統的抄寫實驗講義中解放出來，投入可視化的視頻資源，有利于提高學生預習實驗的積極性。可反復觀看的視頻資源，一方面能讓教師將實驗理論部分與實踐部分的教學學時分開，合理利用課堂實驗學時，將以教師為中心、灌輸實驗操作知識的“課堂式”實驗教學管理模式向以問題為導向、引導學生反思的混合式實驗教學模式轉變，在教學形式上呈現先進性和互動性；另一方面，能讓學生脫離時間和空間的限制，在掌握實驗原理的基礎上，提前了解實驗設備結構，注重應用聯系，面向化工生產實際，理解化工過程的基本規律，使其學習結果具有探究性和個性化。

2.3 轉變傳統學習觀念，發揮線上與線下教學的互補性優勢，培養自主學習意識

運用華羅庚先生“先把書讀厚，再把書讀薄”的學習方法，將線上教學環節和線下實驗環節緊密聯系起來。因為學習并不是記住知識的描述，而是從有限的例子中找出問題和答案之間的規律，再用知識來壓縮原本無限的信息，并用簡單的語言描述出來，最后用于解決新問題。教師通過線上教學環節，“先把書讀厚”，用例子構建知識，不斷豐富學生的庫存量，幫助學生體會問題和答案之間的關系；學生通過線下實驗環節，驗證從現有例子中所提煉的知識，是否能描述問題和答案的真正規律，當學生真正學會的時候，這些例子就被壓縮成知識，達到了“再把書讀薄”的目的。

3 混合式實驗教學模式融合應用

針對上述化工專業實驗課程教學中存在的問題，教學團隊繼承本實驗中心工程教育改革發展的成功經驗，將混合式教學模式應用于實驗教學改革中，探尋教與學的有機融合。

3.1 持續改進實驗微課的制作內容

教學團隊積極參加學術交流、課程教學研討和教學沙龍培訓等活動，不斷強化自身的教學水平，再將逐年建設積累的信息化實驗教學資源進行整合，堅持理論聯系實際，將一些新技術、新設備和本校教師的最新科研成果引入實驗微課的制作中，并且根據教學大綱和教學目標持續更新，利用超星學習通平臺發布資源優化后的微課，有效拓寬學生的學識水平。而學生可以通過觀看已經構建好的可視化視頻群，暫停或回播某些部分來自主地控制學習節奏，繼而利用有限的實驗學時、帶著問題動手實踐，真正意義上做到精講深練。對于部分自我要求高的學生，還能同步學習自己感興趣卻未選修的實驗項目，解決了對知識極度渴求的學生困境，也避免了學生未經預習而盲目選課的窘態。

3.2 增強教學組織模式的信息化手段

與網絡教學平臺升級同步，借助信息化手段，完善實驗室管理平臺。在以往的實驗教學中，已經打破行政班的概念，以每個學生為單位實現自主選課。管理人員宏觀調控，合理安排實驗時間、實驗場地、實驗設備及指導教師，而學生根據實際需求預約實驗，選擇“在什么時間”與“哪些學生”合作“做什么實驗”。為了掙脫局域網設備服務器的老化、經費限制和異地求學的束縛，教學團隊采取騰訊在線文檔與中心自主研發的篩選軟件配套使用的方式，來保證自主選課的遠程服務。學生不僅能在校外提前選課，還能降低與教師溝通的時間成本。這種模式真正做到了以學生為中心，充分發揮了信息化帶來的跨時空便利。

3.3 強化基于自主學習觀的工程實踐能力

混合式實驗教學存在一個共性問題，雖然部分學生自學了微課等資源，但在教師采用問題式教學法導入實驗教學時，依然有一問三不知的現象。學生以為自己記住了知識，就表示自己學會了，其實不然。知識不是信息，學習不是記憶，無法僅憑記住知識來學會知識，這是教與學過程中最容易發生的問題。教師從應用的角度拓展知識，以可視化形式將知識的描述傳遞給學生，但不代表學生就學會了；還需要加強對實驗重點難點的解析，引導學生利用化學反應、化工過程與設備和化工單元操作等實驗過程著重梳理復雜工程問題。學生通過實驗實踐進行理解、積累，重塑大腦鏈接，理清問題和答案的關系，將知識的描述內化成解決復雜工程問題的綜合能力和高級思維。實驗實踐的有效落實是自主學習觀成功的關鍵。

4 混合式實驗教學模式的實效進展

混合式實驗教學模式突出的特點是以學生為中心，發揮線上與線下教學的互補性優勢，強化學生的自主學習觀，培養創新應用型人才。通過在浙江工業大學化工專業實驗課程中的實踐探索，取得了不錯的成效。一是依據認知規律有效地提升絕大部分學生的學習深度，強化了學生的自主學習觀。按照線上線下教學對接、虛擬實體實驗互補的思路調整完善實驗教學計劃，通過整合優化后的線上數字化資源，架設教師導學和學生自學的橋梁，科學“增負”，實現學生對基本原理、背景和應用等知識的基本認識和拓展。二是強化學生的工程實踐能力，提升了學生的創新應用思維。實驗實踐教學是培養學生工程實踐能力的主要途徑，能夠檢驗、鞏固和轉化線上學習的知識，通過自主學習產生的疑惑和實驗實踐中產生的異常現象，激發學生探究問題根源的心理，達成綜合分析和解決復雜工程問題的目標，最終應用于社會工作中。三是促進教師的專業成長，提升了教師的教學水平和教學效果。教師在不斷篩選、自主開發及持續改進線上教學資源時，勢必需要不斷擴充知識積累，提升自身學術水平。繼而在課堂實驗教學中，依據形成性評價標準，不斷調整教學策略，對學習者給予及時、準確的有效互動，提升教學效果。

5 結語

化學化工國家級實驗教學示范中心積極發揮平臺優勢及示范輻射作用，依托化工專業實驗的教學實施，深入探索混合式實驗教學模式，將面對面的課堂教學與在線教學有機整合，并不斷持續改進，為未來實驗教學改革及一流課程建設打下良好基礎。目前已經將該教學模式向能源化學工程專業推廣，后期可將自主開發的線上實驗教學資源對外開放共享，實行遠程網絡教學應用，為其他地方高校實驗實踐教學改革提供借鑒。