“互聯網+”背景下化工原理實驗課程教學研究與實踐

葉露陽，石清湘，劉秋月，徐 伏，韓永軍

（1.平頂山學院 化學與環境工程學院，河南平頂山 467000；2.中國平煤神馬集團尼龍科技有限公司，河南平頂山 467000）

21世紀是互聯網和信息技術快速發展的時代。“互聯網+教育”是當今科學技術不斷發展的產物，是互聯網科技與教育領域相結合的一種新的教育形式。信息技術正在改變傳統的教學模式，正逐步優化教學方式，在提高教學質量、精準施教、激發學生學習興趣中所起的作用正越來越突顯。

《化工原理實驗》是化工專業的一門重要的專業基礎實驗課，涉及流體流動、熱量傳遞、質量傳遞規律的諸多單元操作的基本原理，是學生將所學理論知識應用于工程實踐的一門專業技能課，是培養學生的動手能力、應用能力、工程思維、合作精神和團隊意識的一門實踐類課程，也是實現立德樹人、三全育人的一門重要課程[1]。

為了增強學生工程實踐應用能力，提高學生學習主動性、興趣和教學質量，本課題組結合自身情況和條件，借助網絡和信息化技術，精準解決教學過程中存在的問題，對實驗教學模式進行了改革和探索。

1 《化工原理實驗》教學現狀

1.1 教師教學模式

以前的化工原理實驗一直采用的是灌輸式教學法，實驗前由實驗指導老師講解實驗目的、實驗原理、裝置、測試內容、操作步驟和注意事項等，講完后由學生自行操作。受場地限制，每個實驗只有2套實驗裝置，所以實驗只能分組進行。由于學生較多，每組分6名學生，1次來兩組，實行大循環。由于每組學生人數較多，導致有的學生能動手操作，有的學生只能在旁邊觀看，實驗效果大打折扣。有時為了完成教學任務，教師全程指揮，甚至親自操作，變學生的實踐技能訓練為老師的操作演示[2]。這些當然與學校倡導的培養具有扎實專業技能的綜合性應用型人才的教育理念不相符。

1.2 學生學習模式

實驗前也要求學生寫出預習報告，但這是學生在沒見過實驗裝置、更不清楚裝置所用的各種閥、泵、塔、換熱器等部件的內部結構的情況下寫出來的，多數學生寫實驗報告就是把實驗講義抄寫一遍，流于形式，敷衍了事，沒有融入自己的思考和總結，沒有真正起到預習的作用。實驗時照本操作，沒有思考操作背后的理論依據，對實驗中產生的問題很少進行思考，也不會主動想辦法解決，沒起到實驗的實際作用。實驗后，實驗報告的書寫就是在預習報告的基礎上加上實驗數據，沒有創新，缺乏對實驗的反思、總結。學生自主學習的意識不強，學習熱情不高，收獲不大，沒有達到培養應用型人才的要求[3]。

1.3 課程評價模式

傳統的化工原理實驗成績也是只把實驗報告成績作為本學期的實驗成績。預習成績、課堂表現、實驗完成情況由老師自行把控，沒有列入實驗成績中去，沒有真正成為考察得分項。評價手段單一，考核方式缺乏科學性，既無法公平公正地評定每位學生的成績，也不能客觀反映學生的實際情況，導致學生學習積極性不高，對實驗的要求降低，對理論知識和實踐技能的掌握達不到人才培養方案的要求[3]。

綜上所述，原來的化工原理實驗教學模式已經不能滿足新版人才培養方案的需要，改革勢在必行。教研室啟動了本實驗課網絡課程建設，充分利用“互聯網+教育”的優勢，綜合利用多種網絡平臺和信息化技術，開展線上線下有機結合的混合式教學，實現了由“以教師為中心”到“以學生為中心”的轉變，提高了教學質量。

2 《化工原理實驗》課程教學改革實踐

2.1 線上教學資源庫建設

為了改革實驗教學中的弊端，發揮互聯網無與倫比的強大功能，教研室成立了課題組，以學校推出的網絡課程平臺——學習通為依托，準備、制作線上教學材料，建設化工原理實驗網絡課程，研究、探索“互聯網+”背景下這一新型教學形式。

學習通是一款依托互聯網的新型智能教學工具。它功能強大易操作，有電腦、手機兩個終端，使用方便，任課老師可根據自己的需要任意設置添加教學內容。網課建設內容包括實驗講義、實驗原理、裝置流程、模擬操作、實驗現象模擬、教學課件等，有思考討論題、課前測試題、課后測試題，有錄制的實驗視頻、制作的動畫，有實驗仿真資源。針對一些重要的知識點、學生經常犯疑的地方或者需要特別注意的地方，制成微課放置上去，也可將網上的教學資源如網上的微課、慕課推送上去。豐富的內容、多樣的形式使預習變得更直觀、生動、有趣，使學生能隨時隨地學習理論及實驗知識。學生也可以將預習報告、實驗報告發送到網上供老師評閱，老師即可自己批改，也可發起生生互評。針對學生提出的問題，老師即可發起全班共同討論，又可發起小組討論。網絡課程資源如圖1所示。

圖1 網絡課程資源

建課內容圖文并茂、形式多樣、方便實用，涵蓋了課前、課中、課后每個教學環節，使師生、生生之間的交流互動不再受時間和空間的限制，實現了教與學的角色翻轉，使教與學更科學化、個性化，也更加高效、有效[3]。

2.2 課前學生預習方式的改變

課前，老師把需要的學習材料推送至學習通并完善，布置網上預習任務。學生通過平臺自主學習，學習實驗內容，明確實驗的目的、任務，了解實驗設備，熟悉主要的實驗操作。化工實驗儀器設備眾多，儀器設備及管路大多采用密閉結構，實驗前學生沒見過實驗設備，更沒見過實驗設備及所用部件的內部結構，以前預習的時候學生常常感到一頭霧水，不知所言。自從有了網課以后，通過觀看視頻、動畫，所用設備連同內部構造和性能都得以展示，增強了預習的趣味性，使預習不再枯燥寡味。微課、慕課解決了學生不少難題，起到了很好的答疑解惑作用；模擬操作使學生對操作步驟的掌握變得得心應手，不像以前預習的時候光看講義而不知所指；更可貴的是不會的地方可隨時隨地點開反復觀看，學生有無點開視頻觀看、觀看時間長短及次數，后臺均可監測到，老師可及時進行督促和提醒。

學生在預習過程中如有疑問或有不解的地方，可隨時把問題發給老師，老師可隨時給予解答。如果問的同學比較多，老師還可把問題上傳到討論區發起全班共同討論給予解決。如果沒有問題，就可做課前測試題，測試題內容涵蓋實驗目的、實驗內容、實驗裝置、操作步驟、實驗拓展等實驗環節中易錯的理論知識點及操作注意事項。測試題不超過10道，提交后系統自動打分，同時公布答題詳情和正確答案。在教師端，可自動生成學生的成績單，如果成績低于預警值，系統將這一預警反饋給學生和老師，老師則發出警告，要求學生帶著問題繼續預習，直到沒有問題為止。最后就是提交預習報告，老師批閱，不合格的打回重寫，預習報告成績納入實驗總成績。

這種基于互聯網+任務驅動的預習方式，形式新穎，提高了學生學習積極性和學習熱情，使預習變得更方便、有趣，更有效、可控，更有針對性。首先方便了學生，減輕了學生學習負擔，提高了預習效果。學生可利用任一閑暇時間隨時隨地打開手機預習；視頻、動畫、模擬操作使預習變得直觀，有吸引力；測試題更能檢測學生的預習效果，使學生帶著問題去預習，加深了課堂上理論知識的理解，促發更深層次的思考。其次也減輕了老師的負擔。盡管建課初期，老師任務重、難度大，但是建成以后，輕車熟路，運用自如，方便而有成效。老師通過大數據能及時評估學生的預習效果，又能有效精準地把握學生理論知識的掌握情況，直到每位學生都能達到預習評價目標，實現了課前預習目標達成全覆蓋。

2.3 課中學生實踐方式的改變

根據學生課前預習評價情況及評價結果，評價達標的學生進入實驗室進行實訓操作。進入實驗室后，學生利用學習通的簽到功能進行班級簽到，系統自動記錄學生上課出勤情況，供期末考核使用。講解前，一定給予學生一段時間熟悉一下現場裝置，將線上的學習與現場的實訓裝置結合起來。由于預習效果好，講解時間大為縮短。講解要在老師的精心設計和引導下進行，內容覆蓋實驗目的達成、原理與裝置的結合、實驗設計、生產知識拓展、注意事項等，既可以圍繞學生預習過程中疑問較多的地方進行講解和演示，也可以讓學生講解。要靈活運用多種教學方法，巧妙設疑，要提問到每位學生，每位學生至少有一次回答機會，這是學生課堂表現之一，老師隨后要給出提問成績，計入平時成績。

學生分組由原來1組6人改為4人，人數設置符合國家最新頒布的工程專業學生實驗人數標準要求。1個小組為1個團隊，實行團隊協作式實驗方式。實訓過程每個段位都需要有人，去哪個崗位，他們自己選擇，也可以協商決定。每個人都有自己的工作，都有自己的具體任務，各司其職。如果遇到問題，他們相互討論，共同解決。實訓過程中，他們還可以互換崗位，所以每個崗位的實訓操作，他們都能熟悉并能扎實掌握。實驗課，學生是帶著問題來的，老師要因勢利導，讓他們結合線上的教學資源在實訓中尋求答案。例如離心泵特性測定實驗，老師課前上傳有思考討論題“離心泵安裝的高度如何確定”“氣縛與氣蝕發生的原因與現象有何區別”“離心泵的性能曲線如何確定”。在課堂上，老師要引導學生通過現場觀察，發揮團隊協作功能進行實際操作，由學生相互討論給出答案。實驗人數減少，老師能有效監管實驗全過程，能對每位學生進行現場指導。老師要根據學生的實際表現，就上課表現、實驗態度、團隊協作給每位同學現場打分（表1）。

表1 平時成績構成及權重分配表

團隊協作式實驗方式不僅提高了學生動手能力、分析問題和解決問題能力，還使每位同學都能參與其中得到有效鍛煉，培養了學生工程思維與安全意識，鍛煉了學生團隊協作能力和溝通交流能力，這些都充分體現了團隊協作、理論應用于實踐、以學生為中心的實驗應用能力的培養初衷，實踐效果良好。

2.4 評價方式的改變

對于有效完成實驗操作的學生，要求做線上的課后測試題。課后測試題要有代表性和針對性，可以圍繞實操中常犯的錯誤、注意事項和容易混淆的理論知識出題，以強化學生的認知和對易混淆知識的辨別和理解。課后測試題成績要計入實驗總成績。最后正確寫出實驗報告，并上傳到網絡平臺供老師評閱。其中實驗報告的書寫內容除了實驗目的、原理、步驟、注意事項等這些常規項目要有外，實驗時觀察到的實驗裝置，要求繪制出裝置圖；記錄的實驗數據要求以表格形式列出，用專業軟件繪制出數據曲線，描繪數據規律；要求有誤差分析、結果分析；有小結體會以及實驗與未來工程的內容、安全、環保等方面的聯系等內容。對實驗報告的評價方式更細致、更具體。對實驗報告的評閱更注重對學生數據分析處理能力和綜合應用知識能力的考察。

改革后，化工原理實驗成績采用了多維度評價方式，包括平時成績、課后測試成績、實驗報告和期末實操測試成績。期中期末實操測試成績分為理論和實操兩項考評測試成績，測試設置6個平時做過的實驗項目，2人一組，成員組合及實驗項目隨機抽取，監考老師不能給任何提示，根據學生理論知識回答情況和操作情況，依據評分標準進行打分（表2）。

表2 期末實驗總成績構成及權重分配表

教學模式的改變帶來了考核方式的改變，結合學生的預習情況、課堂表現、課后測試、實驗報告、實操考核，形成了以過程性評價和形成性評價為主，總結性評價為輔的評價策略。多元化評價模式更全面、具體，更科學，能更客觀、更準確地反映學生的學習過程，克服了傳統評價模式導致學生不注重過程、臨時突擊的弊端，使學生更注重平時的學習和知識的積累，調動了學生的學習積極性和主動性，使教學質量大為改觀。

3 化工原理實驗課新教學模式改革成效

新的實驗教學模式徹底改變了化工專業學生在沒見到實驗裝置的情況下預習的現狀，化抽象為直觀，用動態的畫面，自然而然把學生吸引到實驗教學的預習和學習當中，明確了實驗目的，學習了理論知識，提前熟悉了裝置和流程，改變了以往預習時那種枯燥乏味、不知所云的感覺，提升了學習的趣味性。互聯網平臺的運用使預習變得可測可控，視頻觀看的次數及時長、測試的成績、作業提交及出勤情況、討論及互評參與程度，老師通過大數據均可監控到，提高了學生參與度，提升了學生學習的積極性和自覺性。平臺的使用也滿足了學生隨時學習的需求，遇到問題時可隨時上傳給老師，老師能隨時隨地答疑解惑，讓學習延伸到學生的碎片化課余時間，學生的自主學習能力顯著提升[4]。

線上大量教學資源的運用也培養了學生的信息意識，提高了學生利用互聯網和信息化技術進行自主學習和探究的能力，實現了理論與實踐、原理與裝置的完美結合，既強化了學生基礎實驗的實操能力，又使學生的動手能力、分析問題、解決問題能力和團隊協作能力獲得了提升。同時，線上資源庫的建設及信息化教學手段的使用，也使師生角色關系發生了根本性的轉變，實現了“以學生為中心”的教學理念，把學習和課堂還給學生，讓學生成為學習的主人。經過線上線下學習及線下科學嚴謹的實訓后，學生的學習能力得到了有效鍛煉，學生理論應用于實踐的能力及創新能力得到了很大提升[3]。本專業學生連續三年參加省化工原理實驗大賽均取得優異成績，實踐證明，學生的實驗綜合能力獲得了明顯提升。

當然，教學模式的變革也帶來了考核模式的變革，改變了以往以總結性評價為主的局面，形成了以過程性評價和形成性評價為主，總結性評價為輔的新的評價體系。新的評價體系更注重學生在學習過程中所做的努力以及學生綜合能力的提升，評價體系變得更全面、更科學，學生成績及教學效果明顯提高。

4 結束語

隨著互聯網的普及和信息化技術的廣泛應用，“互聯網+教育”是大勢所趨。在此背景下，化工原理實驗教學也迎來了新的機遇和挑戰。線上教學資源建設和教學平臺建設既迎合了新時代大學生樂于接受新事物、善于運用現代科技手段進行學習的特點[5]，又為學生提供了自主學習平臺和交流探討平臺。實踐證明，線上教學資源建設，能夠以學生為中心，在豐富學生知識、開闊學生視野的同時，能夠激發他們的學習興趣和學習自主性，培養他們自我構建知識能力、工程實踐能力和創新思維能力。當然，新的教學模式還在不斷完善和探索之中，希望以后取得更大的成績，為學校在培養高素質、技能型、應用型人才的過程中發揮更大的作用。