基于翻轉課堂、對分課堂的化學工藝學課程教學方法研究

史瑞欣，彭進松，施連旭，趙曉虹

(東北林業大學 化學化工與資源利用學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

化學工藝學是化工專業的一門專業核心課程，是化工過程研究、開發與設計的理論基礎。通過本課程的學習，為學生將來從事化工過程的開發、設計、建設和科學管理打下牢固的工藝學基礎。

“翻轉課堂”按照范德堡大學教學發展中心給出的定義：翻轉課堂是對傳統教學的一種翻轉，學生首先在課外接觸課程即將學習的新材料(通常是閱讀文獻或觀看視頻講座)，然后在課堂時間通過問題解決、討論或辯論等策略完成知識的內化。翻轉課堂實際上是一種“先學后教”模式，就教學目標而言，學生在課外實現的是布盧姆教學目標中的低階認知目標(知識和理解)，課上時間則在同伴和教師的支持下專注于高階認知目標(應用、分析、綜合和評價)。

“對分課堂”是張學新教授在2014 年，從國內高校課堂的實際情況出發，結合講授式課堂與討論式課堂的優點，提出的一種新的教學模式。這種教學模式，類似于傳統課堂，強調先教后學，教師講授在先，學生學習在后。采用這樣的方式，能夠有效避免對于一些理工類課程，學生在學習中由于缺乏必要的知識儲備而無所適從，難以開展有效的自主學習；另一方面，這種教學模式也類似于討論式課堂，強調生生、師生互動，鼓勵學生在學習中深度參與，對知識親身探索和領會，并根據自己的經驗重新建構，有效促進學生隱性知識的獲得。

目前，高等教育界一個廣為傳播的本科生有效教學研究框架由七項原則構成，分別為鼓勵師生互動、鼓勵學生之間合作、鼓勵主動學習、提供及時反饋、強調時間投入、對學生寄予高期望、尊重學生差異和不同的學習方式。翻轉課堂和對分課堂正是在有效教學理論指導下致力于促進學生多方面的學習進步和發展，關注學生學習成果的兩種新型教學模式。

化學工藝學的課程內容以基本石油化工產品的典型生產工藝為體系，介紹了八類主要的反應單元，此外，還介紹了化學工藝的基礎知識和發展方向，聚合物生產工藝基礎，生物技術生產大宗化學品及綠色化學化工的基礎知識。教學重點放在分析和討論典型產品生產工藝的化學反應及分離部分的原理、影響因素、確定工藝條件的依據、反應設備的結構特點、流程的組織等，同時，對工藝路線、流程的經濟技術指標、能量回收利用、副產物的回收利用及廢物處理作一定的評價。從教學內容上來看，存在敘述性強、內容較瑣碎，知識點分散的特點。學生在學習該課程時，需要按照“反應原理—熱力學—動力學—工藝條件—反應設備—工藝流程”這樣一條邏輯主線將課程內容組織起來，進行化工產品生產工藝的科學分析。為了使學生在學習本課程時，能夠建立清晰的學習思路，了解化工產品生產工藝開發的主要過程，使學生在學習過程中，不是被動地接受教師對一個又一個化工產品的工藝路線簡單、枯燥的介紹，應在學生掌握了上述科學思維方法基礎上，讓學生對典型案例進行分析與討論，從而將學生所學的化學與化工基礎知識有效地運用到產品工業化的實踐中。

因此，翻轉課堂和對分課堂適用于化學工藝學課程的教學，但在教學過程中，針對不同的課程內容，應從實際情況出發，而不拘泥于形式，靈活運用不同教學模式，開展相關的教學活動。下面將以三個具有不同特點的教學內容為例，討論不同教學模式在化學工藝學課程中的具體運用。

一、不同教學模式在化學工藝學課程教學中的運用

(一)翻轉課堂

“化學工業發展過程”的內容主要是對化學工業各發展階段典型事件的介紹，為敘述性內容，沒有抽象、難以理解的原理及規律，但如果只是老師站在前面，對這部分內容平鋪直敘，學生很快就會失去興趣，因此這部分內容將采用翻轉課堂的方式進行學習，實施方案見表1。

表1 翻轉課堂、對分課堂在化學工藝學中應用典型示例教學實施方案

在布置學習任務之前，先對學生進行分組，教學班級人數為30 人，分為6 組，每組5 人，每次小組活動設立1 名組長，由5 人輪流擔任。考慮到該年齡段學生的心理特點，為了使小組具有較強凝聚力，從而能夠順利開展學習活動，采取自由組隊的方式。教師在課前向學生布置學習任務，共6 個題目，隨機向各組布置一個，分別為：(1)無機化工發展過程；(2)煤化工發展過程；(3)石油化工發展過程；(4)現代化學工業的特點和發展方向；(5)我國化學工業發展前景；(6)世界著名化工企業。學生通過閱讀教材，參考教師提供的學習資料，上網查閱相關的文字、圖片、視頻資料，每組制作一份課堂匯報幻燈材料，并選派一名學生在課堂上進行匯報。在各組匯報結束后，由教師進行最后點評和總結，并在線上向學生發放評價表，各組表現由其他組學生進行評價，作為平時成績的一部分。

在開課初期，安排這樣一次翻轉課堂，還有另一方面的考慮。正如張學新教授在文獻[3]中所分析的，與國外學生所具有的展示自我和注重表達的文化傳統不同，中國學生接受的文化傳統是規避沖突、言談審慎，并且，不同的教學班級，往往具有不同的學習風格和班級氛圍，而在傳統教學模式下，很難在短時間內了解學生特點。通過開課初期，針對較簡單內容安排這樣一次翻轉課堂，可以在此期間通過觀察，快速了解本輪開課的教學班級的學生特點，從而有的放矢地對后面的教學活動及時進行調整。

(二)對分課堂

以“加氫過程”為例，這部分內容適于采用對分課堂的教學模式進行教學，實施方案見表1。對分課堂把教學時間分為三個部分，分別為講授、獨學和課堂討論。與傳統教學模式下的講授相比，對分課堂教學模式下的講授具有新的特點，馬陸艷等將其概括為五個方面，分別為提升學生學習主動性；闡述意義，呈示價值，吸引學生學習的意愿；精講到位，注重留白，激發學生學習的興趣；闡釋知識框架和邏輯線，呈現路線圖，引導學生學習；引導學習過程，注重傳授學習方法，幫助學生學會學習。在講授環節，將對加氫反應的一般規律和合成氨工藝進行精講。在對合成氨的生產工藝進行分析時，將按照“反應原理—熱力學—動力學—工藝條件—反應設備—工藝流程”的邏輯主線，與學生們一起，詳細分析影響平衡氨濃度和反應速率的主要因素，并使學生掌握氨合成塔作為一類高溫高壓反應設備，在結構設計上的特殊要求，以及在工藝流程的設計中，關于冷能的合理利用。

課堂講授結束后，在學生獨學環節，為了使學生能夠對課堂講授的內容更好地內化吸收，布置課后作業：(1)總結溫度、壓力及惰性氣體對氨合成反應的平衡氨濃度及反應速率的影響規律；(2)從節能和提高經濟效益的角度出發，氨合成工藝應如何改進？其中，第一個問題需要學生對課堂上教師講授的重點內容在復習的過程中，通過分析、總結和凝練，才能完成；而第二個問題，則需要學生在較好地理解了第一個問題的基礎上，通過獨立思考，對原工藝進一步進行評價和質疑，進而利用已學的工藝學知識提出自己的見解。此外，還要給學生布置課堂討論的課前學習任務，既自學甲醇的合成工藝，并對比合成氨與合成甲醇兩個生產工藝有哪些相似之處，又有哪些不同之處。為了完成這個學習任務，學生需要利用教材和教師提供的學習資料，課前獨立完成對甲醇合成工藝的學習。由于甲醇的合成與氨的合成同屬于加氫反應類型，從反應熱效應、熱力學特點、動力學特點等方面，都具有一定的相似性，因此學生在自學這部分內容時，會很自然地與剛剛學過的合成氨工藝聯系起來，采用類比的方法進行學習，因此，讓學生在獨學階段，對兩種工藝的異同點進行分析，從認識規律角度來說，也是水到渠成的。

對于課堂討論環節，從目前對學生學情分析的結果來看，是對分課堂的三個環節中需要教師格外重視的。因為很多學生在十幾年傳統教學模式下學習，早已習慣了單方面聽取教師的講授，討論學習能力欠缺，甚至對討論學習是非常陌生的，沒有掌握一定的討論學習方法和策略，簡單來說，就是不知道如何討論，缺乏討論學習的經驗和歷練。在這種情況下，教師應在第一次安排的課堂討論活動中，給予充分的重視和引導，使學生在本次討論活動中，獲得較好的學習體驗，從而使學生能夠盡快熟悉并適應這種學習方式，使后面的討論活動開展得更加順利。

教師可在第一次課堂討論前，先對學生進行“討論策略”的指導，如：“發言人如何發言？如何仔細傾聽別人的發言？如何評價別人的意見？不同的意見如何質疑、辯論？小組長如何組織組員圍繞問題進行討論？如何集中意見向全班匯報？”在課堂討論進行過程中，教師要善于使用友好的微笑、熱情的鼓勵來激發學生智慧的潛能，從而營造出人本主義學習理論所鼓勵的以情感為核心的民主、平等、寬松、和諧的教學氛圍。美國心理學家羅杰斯認為，“一個人只有心理自由才能使他成為真正的自己，可以完全自由地感覺，才能使他向著凡是能構成他的創造力的一部分的知覺、概念和意義廣度地敞開”。

課堂討論采用小組討論的形式進行，為了方便組內同學的交流，課堂討論將使用智慧教室，每組圍坐在一個圓桌，這樣也方便教師在討論過程中，在各組間走動、觀察、傾聽，并給予適當干預與指導。課堂討論環節中，首先為各組自由討論時間，由于學生在課前已經對討論的主題有了自己比較充分的準備，因此，自由討論過程實際上主要是組員間分享自己的思考結果，并對其中存在分歧的地方進行討論，最終達成一致。討論結束后，由各組組長代表本組發言。對各組存在的亮點及問題，教師應及時進行點評。所有組都完成匯報后，再由教師做總結，著重解決大家存在的一些共性問題。課堂討論結束后，由教師發放本次討論每位學生表現的評價表，由本組其他成員進行填寫，并匯總到教師。

(三)其他教學模式

在化學工藝學課程中，化學工藝基礎知識部分是非常重要的內容，其知識結構框架圖如圖1 所示。學生在接觸具體案例之前，需要學習如何將化工專業的其他專業課程，例如物理化學、化工原理、化工熱力學、分離工程等的重要規律運用到化工產品生產工藝的設計與優化中來，這也是對化工專業學生利用所學知識“解決復雜工程問題”的要求。為了更好地實現學生對已學專業知識的成功遷移，這部分內容教師將主要采用“啟發式”教學模式開展課堂教學，并且要“精講多練”。在課堂教學結束后，學生要自己繪制思維導圖，通過獨立思考，重新梳理、內化課堂上所學的重要內容。教師通過布置綜合性練習題，使學生進一步練習運用相關規律解決實際問題。

圖1 化學工藝學基礎知識結構框架圖

二、結束語

本文對翻轉課堂與對分課堂這兩種教學模式在化學工藝學課程中的應用進行了探討，從化學工藝學的課程內容特點來看，該課程具備運用翻轉課堂與對分課堂的條件。并且，通過將這些新的教學模式與傳統教學模式按照課程內容的實際需要，靈活運用于課程中，能夠有效“激活”學生課前預習與課后復習兩個重要的學習環節，與課堂學習環節一起，在教師的引導下，完成學生對課程知識的自我建構。學生不僅在學科專屬知識與技能方面完成主動的知識建構，在人際交流、領導、組織和語言能力等軟素質方面也獲得有效的訓練，在提升化工專業人才培養質量方面起到重要作用。