混合式教學(xué)在“化工原理實驗”中的應(yīng)用與探索

孫文娟 董清麗 許雯婷

摘要：混合式教學(xué)于化工原理實驗教學(xué)而言十分有效，可以助力教學(xué)效果的提升。本文立足于化工原理實驗教學(xué)實踐活動，分別從“化工原理實驗課程教學(xué)中存在的問題”“混合式教學(xué)在化工原理實驗中改進措施”兩個入手，針對混合式教學(xué)在“化工原理實驗”中的應(yīng)用與探索進行了初步地分析和探索。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);化工原理實驗;應(yīng)用與探索

依據(jù)化工原理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，結(jié)合“線上線下”混合式教學(xué)的特點，將其應(yīng)用于化工原理實驗教學(xué)中。通過創(chuàng)建線上教學(xué)資源、學(xué)生線下自主學(xué)習(xí)，對課堂的教學(xué)方式和考核方式等進行改革。結(jié)果表明，“線上線下”混合式教學(xué)可以很好地促進學(xué)生參與教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)和獨立思考能力。通過師生互動增強了學(xué)生的積極性，提高了學(xué)生對知識的認知程度，從而取得良好的學(xué)習(xí)效果。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)方式只是粗略的引導(dǎo)學(xué)生了解實驗?zāi)康摹⒃?、步驟等一-般性問題，而這些一般性問題均為實驗講義內(nèi)容”"。由于缺乏實物參考，學(xué)生對于預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)提出的操作性問題則難以回答。甚至在課堂上學(xué)生不知道如何利用基本原理處理實驗中出現(xiàn)的操作異常、以及采用何種方法防止異常的發(fā)生，學(xué)生很少思考。所以，在傳統(tǒng)教學(xué)的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中學(xué)生思考的太少，預(yù)習(xí)報告千篇一律，讓預(yù)習(xí)變成了抄寫講義，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大降低，甚至部分學(xué)生來到實驗室對實驗原理等基本問題都不清楚，對實驗裝置、設(shè)備更是完全不了解。例如在流體流動阻力測定的實驗中，調(diào)節(jié)流體流量時，很多第一次進實驗室的同學(xué)會去在渦輪流量計上去調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這完全是預(yù)習(xí)不到位，對實驗流程裝置原理不清楚造成的。對老師而言，由于預(yù)習(xí)效果不明顯，沒有體現(xiàn)出差異，很難對學(xué)生的知識掌握情況進行判斷，無法針對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況調(diào)整實驗教學(xué)過程中的重點和難點，從而不能達到預(yù)期的教學(xué)效果。這也是傳統(tǒng)教學(xué)的弊端所在。

一、化工原理實驗課程教學(xué)中存在的問題

工科類專業(yè)的“化工原理實驗”課程教學(xué)中存在以下一些共性的問題：

1.實驗前預(yù)習(xí)效果不佳，雖然每個實驗均配備了對應(yīng)的實驗報告及預(yù)習(xí)計劃，但多數(shù)學(xué)生僅據(jù)實驗教材進行了抄寫工作，不僅沒有對實驗背景理論知識進行深入思考，同時因未能到實驗室對照設(shè)備進行觀察，其對實驗設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作過程一知半解甚至一無所知。

2.實驗過程中主動性不夠，實驗教學(xué)目前大多采用傳統(tǒng)模式，即強調(diào)教師講授，學(xué)生按照老師所教的步驟一步一步進行操作，很少有同學(xué)主動思考其過程步驟，對實驗過程提出不同的操作可能性和后果分析。且“化工原理實驗”自動化程度高，多數(shù)學(xué)生只需要記錄數(shù)據(jù)等機械地完成實驗流程，并不能理解前后各操作的目的和原因，以及對應(yīng)的知識點。更有甚者，少量學(xué)生上實驗課時完全不關(guān)心過程，僅等待同組同學(xué)的數(shù)據(jù)。這些必將導(dǎo)致學(xué)生對實驗課程的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)熱情不高;而教師由于要演示和指導(dǎo)學(xué)生使用設(shè)備、記錄數(shù)據(jù)，難以調(diào)動每一位同學(xué)的積極性。

3.實驗考核方式不夠嚴(yán)格，實驗報告流于形式，目前實驗考核方式不夠細化，雖然有預(yù)習(xí)，過程和報告分，但不能體現(xiàn)出差距，教師也無法精準(zhǔn)掌握每一位同學(xué)實驗前后的過程情況。同時，學(xué)生的實驗報告質(zhì)量較差，一是雷同性過高，3～4位同學(xué)一組，其報告相似，甚至部分學(xué)生在實驗過程中未參與到操作中去，最后撰寫實驗報告時就只能照搬照抄;二是多數(shù)同學(xué)對實驗數(shù)據(jù)的處理不夠完善，或者處理的方法有誤，最后的思考和討論更是流于表面。

4.實驗設(shè)備多數(shù)較為簡單，因為場地，學(xué)時等限制，實體實驗設(shè)備多數(shù)對應(yīng)知識點單一，結(jié)構(gòu)和操作過程較為簡單，無法進行化工過程中常見的綜合大型實驗過程。這不僅不利于拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生自主思考的創(chuàng)新精神和團隊合作精神，也無法體現(xiàn)學(xué)生之間的差異。

5.實驗報告質(zhì)量有待提高，化工原理實驗報告通常是課后完成，由于實驗數(shù)據(jù)繁多，計算過程枯燥乏味，工作量大，學(xué)生興趣不高。比如流體流動阻力的測定實驗，數(shù)據(jù)繁多，所涉及的物理量也特別多，計算過程繁瑣，會使學(xué)生對課程感到厭倦。甚至有些實驗需采用軟件計算和畫圖等，就會發(fā)現(xiàn)一組同學(xué)都是用其中某- -位同學(xué)的數(shù)據(jù)和圖，完全是以完成實驗報告為目的，達不到預(yù)期的教學(xué)效果。

因此，為了滿足學(xué)科專業(yè)發(fā)展的需要、社會的需要和學(xué)生的需要，對“化工原理實驗”進行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的改革非常迫切和有必要。同時，教師還要清除混合式教學(xué)的優(yōu)點，從而在教學(xué)期間靈活運用，以此來提升教學(xué)效果，達到預(yù)期的教學(xué)目的?！熬€上線下”混合式教學(xué)的特點及優(yōu)勢：“線上線下”混合式教學(xué)能夠充分發(fā)揮學(xué)生的積極性，同時加強學(xué)生與老師之間的互動，能讓教師及時把握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài);學(xué)生也極大地參與了教學(xué)全過程，提高了學(xué)習(xí)效率，加深了對知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考的能力，從而取得更好的教學(xué)效果。

二、混合式教學(xué)在“化工原理實驗”中改進措施

2.1教學(xué)內(nèi)容更新，提高學(xué)生預(yù)習(xí)的有效性

本學(xué)院購買的虛擬仿真過程不僅包括常見的流體輸送、熱交換操作﹑精餾﹑萃取等化工原理實驗項目，還包含丙烯腈3D虛擬現(xiàn)實仿真、乙醛氧化制醋酸工藝仿真、雙塔精餾單元3D仿真、多效蒸發(fā)工藝3D仿真等綜合大型工藝過程或典型高溫高壓化工傳遞過程。其實用性和復(fù)雜性可以更好地對應(yīng)課程知識點，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵學(xué)生提出一些工藝流程實驗方案的改進，培養(yǎng)其良好的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。除了這些新增的綜合實驗仿真中具備的完善的背景知識、預(yù)習(xí)及操作內(nèi)容，教師也可以利用線上資源，通過錄制視頻等手段，指導(dǎo)學(xué)生全面了解實體實驗設(shè)備的使用，實驗主要操作技術(shù)等，與虛擬仿真過程進行對照分析，使學(xué)生可以不受時間和場地的限制。同時，根據(jù)虛擬仿真能更細化預(yù)習(xí)指標(biāo)，在線上提交各種不同的預(yù)習(xí)結(jié)果并與老師進行交流互動，提高預(yù)習(xí)的有效性。

2.2與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

混合式教學(xué)模式下，線上教育平臺優(yōu)勢能夠充分發(fā)揮出來，借助自身豐富的網(wǎng)絡(luò)資源、便利的溝通工具，能夠為師生提供一個更好的交互平臺。但是線上平臺教學(xué)不能完全取代傳統(tǒng)教學(xué)，想要更好的發(fā)揮混合式教學(xué)模式的優(yōu)勢，必須要注重與傳統(tǒng)教學(xué)模式的結(jié)合，在課堂教學(xué)當(dāng)中對每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與個性差異進行分析，真正做到以學(xué)生為中心，為學(xué)生營造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。因此，在課程當(dāng)中，需要將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢相結(jié)合，更好的提升學(xué)生的知識水平。

2.3強化教學(xué)考核

在混合式教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了一定變化，不再局限于線下的課堂學(xué)習(xí)，線上平臺在學(xué)生學(xué)習(xí)當(dāng)中扮演著更為重要的角色。因此，在進行教學(xué)考核的過程中，需要針對這一變化開展更為全面的考核，將學(xué)生線上學(xué)習(xí)與測試的結(jié)果列入到最終的課程考核當(dāng)中，從而按照全過程考核的方案，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進行評定。特別是在進行教學(xué)考核的過程中，必須加大對平時成績的考核力度，避免學(xué)生期末突擊應(yīng)考。除外，教師還應(yīng)該完善考核手段，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、協(xié)作意識傳統(tǒng)的實驗課堂考核手段主要是基于學(xué)生實驗前的預(yù)習(xí)報告和實驗課后的實驗報告，中間操作過程只有含糊的實驗過程總分，不僅無法具體實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況和差異性，還使得學(xué)生更注重結(jié)果和報告撰寫而忽略了具體實驗過程，導(dǎo)致學(xué)生為了刻意追求正確的實驗結(jié)果而失去了對科學(xué)性和非穩(wěn)態(tài)工況的探討，甚至通過抄襲獲得高分。采用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)，可以改變以往的考核方式，不僅利用線上資源進行預(yù)習(xí)，根據(jù)視頻學(xué)習(xí)和答題情況實時獲得預(yù)習(xí)分。以精餾綜合實驗為例，其課前預(yù)習(xí)包括知識點講解、題庫訓(xùn)練和拓展考試、設(shè)備仿真練習(xí)等部分，在實驗過程中，操作步驟可按工段、按步驟操作給分結(jié)合線下實驗，可提供實際的結(jié)果記錄及處理過程，加強了學(xué)生之間的協(xié)作與差異;最終的實驗報告更側(cè)重于對實驗的分析、思考和總結(jié)。這樣的考核方式可以加強學(xué)生實驗過程中的參與度和整體實驗后的創(chuàng)新協(xié)作能力。

2.4提高教師素質(zhì)，實踐教學(xué)改革

以學(xué)生為主體，采用線上虛擬仿真和線下實體實驗相結(jié)合的綜合性、創(chuàng)新性實驗對教師自身素養(yǎng)具有不斷審視的作用，將會促進教師改變教學(xué)觀點，不斷加強教學(xué)基本功，積極參加本學(xué)科的教學(xué)研究。同時，通過學(xué)生在實驗過程中對知識的掌握程度，發(fā)現(xiàn)在理論課堂教學(xué)中可以進行加強或改進的地方，促進教師以學(xué)生發(fā)展為主，改變知識的單向傳播方式，注重個性差異，最終在傳授學(xué)生知識技能的同時培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的能力。

2.5 改變課堂教學(xué)模式

相對于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，在“線上線下”混合式教學(xué)的課堂教學(xué)中教師可以根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，合理調(diào)整教學(xué)節(jié)奏。課堂教學(xué)不應(yīng)是單一的系統(tǒng)性講解，也不應(yīng)是簡單的翻轉(zhuǎn)課堂，而是快速的系統(tǒng)講解+有針對性的重點講解+疑難及創(chuàng)新性問題討論多個環(huán)節(jié)的有效組合。如何調(diào)整上述環(huán)節(jié)的輕重比例，在有限的課堂時間內(nèi)達到最佳的教學(xué)效果，是新形勢下高校教師應(yīng)具備的教學(xué)技能。例如在流體流動阻力測定的實驗中，學(xué)生對基本理論的掌握相對容易，對流程裝置的了解相對較少，可以適當(dāng)壓縮老師系統(tǒng)講解實驗原理的時間，多些時間來講解流程裝置和操作要點，課堂上多增加討論環(huán)節(jié)和學(xué)生動手操作的時間;對于氣——汽對流傳熱綜合實驗，學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)，在線下實驗課堂上教師可以先組織同學(xué)分組，-組講解空氣流程，一組講解蒸汽流程。強調(diào)同學(xué)們在看流程時除了講解兩種流體在換熱器中的流向外，引導(dǎo)學(xué)生了解兩個流程中的設(shè)備和儀表，同時教師補充講解為什么用這些設(shè)備和儀表。整個教學(xué)過程中，線上預(yù)習(xí)和線下實驗課堂上通過教師和同學(xué)協(xié)作的講解，學(xué)生印象會更加深刻，教學(xué)效果會更好。而對于精餾實驗，由于設(shè)備較為復(fù)雜、基本理論也比較抽象，應(yīng)適當(dāng)增加重點講解的時間。對于特別優(yōu)異的學(xué)生，還可以開展開放性實驗教學(xué)，讓學(xué)生自己設(shè)計實驗流程，驗證實驗條件和實驗結(jié)果的內(nèi)在關(guān)系，達到培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)、靈活應(yīng)用的能力。在此過程中教師則扮演提問、解惑的角色，教師可以針對學(xué)生的設(shè)計提出“為什么”，同時幫助學(xué)生順利完成實驗并對實驗中遇到的問題進行解答。要實現(xiàn)以上的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生必須具備較強的理論基礎(chǔ)和對實驗設(shè)備的初步了解，因此合理的線上教學(xué)資源以及完善的預(yù)習(xí)評價機制是線上、線下教學(xué)有機結(jié)合的必要保障。

總而言之，雖然混合式教學(xué)在“化工原理實驗”中取得了一定的成就，但是在化工原理實驗教學(xué)之中還存在著一定的問題，任課教師還是不能掉以輕心，還需要在日后的教學(xué)之中繼續(xù)努力和付出，尋找更為有效的教學(xué)道路，一來可以提升教學(xué)質(zhì)量，二來可以推進教學(xué)體系的改革，從而為教學(xué)注入新的活力和血液。只有這樣，化工原理實驗教學(xué)才能取得更佳的教學(xué)成就，學(xué)生才能更好地掌握相關(guān)知識。與此同時，經(jīng)過化工原理實驗“線上線下”混合式的教學(xué)實踐，能充分調(diào)動同學(xué)們的積極性;增強學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。經(jīng)過課堂討論后，加深了學(xué)生對實驗過程的印象，每位同學(xué)都能獨立完成實驗。與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，“線上線下”混合式教學(xué)借助于信息化技術(shù)來實現(xiàn)教師知識傳授和學(xué)生知識內(nèi)化在時間和空間上的調(diào)控，學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和安排學(xué)習(xí)進度，突破了時域性和地域性限制，加強了學(xué)生的動手、動腦能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展，在一定程度上促進學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展，且在一定程度上實現(xiàn)了分層次教學(xué)和因材施教?；ぴ韺?驗“線上線下”混合式教學(xué)改革還存在一定的欠缺，如預(yù)習(xí)資源不豐富，預(yù)習(xí)主動性的不足及課中學(xué)生討論的實效性和評價系統(tǒng)的完善性，實驗競賽的組織和實施等還有待于進一步探索和改善，以尋找出一種符合自己高校特色，適合化工原理實驗工科教學(xué)目標(biāo)的“線上線下”混合式教學(xué)模式。

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項目：2021年高校優(yōu)秀青年骨干教師國內(nèi)訪問研修項目（gxgnfx2021177）;高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃--精細化工技術(shù)骨干專業(yè)建設(shè)（XM-1-5）;2021校級質(zhì)量工程提質(zhì)培優(yōu)專項—教師教學(xué)創(chuàng)新團隊（2021xjtz025）