基于教與學(xué)同構(gòu)化“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”課程創(chuàng)新與實(shí)踐*

張 允，牛永生，張 楠，趙 凌，路有昌

(安陽(yáng)工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000)

“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”課程是化工、石油、制藥、能源、材料等相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)必修課。課程內(nèi)容涉及廣泛，突出實(shí)踐性，又有較強(qiáng)的理論性，因此學(xué)生既要在理論學(xué)習(xí)的過(guò)程中需要投入較多的精力，又要較好的參與到實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程中。除此之外，如何在課程上引導(dǎo)學(xué)生對(duì)家國(guó)情懷、個(gè)人品格和科學(xué)觀點(diǎn)等的理解是更好深入學(xué)習(xí)本課程內(nèi)涵的重要手段和重要授課內(nèi)容。教與學(xué)是一對(duì)矛盾，也是一個(gè)共同體，如何實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的同構(gòu)化正是我們所最求的目標(biāo)。

國(guó)內(nèi)也有學(xué)者針對(duì)新形勢(shì)下“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”課程在課程的教學(xué)改革中提出了一些觀點(diǎn)和看法。內(nèi)蒙古科技大學(xué)段建國(guó)等以教育理念和課程建設(shè)結(jié)合，建設(shè)工程教育理念、鮮明、素質(zhì)提升的課程教學(xué)模式，進(jìn)而提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)[1]。蚌埠學(xué)院石春杰等以案例教學(xué)為抓手，通過(guò)新的教學(xué)模式有效提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力[2]。另外，還有一些教師以具體案例為基礎(chǔ)，嘗試對(duì)課程進(jìn)行深入探討和學(xué)習(xí)[3-6]。在課程改革大背景下，對(duì)如何更好的將內(nèi)容融入專業(yè)教育中，一些老師采用了眾多有效的教學(xué)改革方法[7-10]。

“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”課程是一門理論與實(shí)用并重的專業(yè)必修課，綜合性突顯，在化工類本科生培養(yǎng)中具有重要作用，其實(shí)踐和具象化內(nèi)容突出，相較基礎(chǔ)課程更能引起學(xué)生對(duì)學(xué)科應(yīng)用性的興趣。對(duì)于培養(yǎng)化工類專業(yè)學(xué)生在化工生產(chǎn)管理、工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)項(xiàng)目開發(fā)等環(huán)境中解決復(fù)雜化學(xué)工程問(wèn)題具有重要作用。我們以人文科學(xué)素養(yǎng)為串聯(lián)環(huán)節(jié)，以教和學(xué)雙向構(gòu)建教學(xué)案例為實(shí)施方法，利用信息化手段推動(dòng)互動(dòng)性與實(shí)踐性，通過(guò)構(gòu)建低、中、高階認(rèn)知的教學(xué)案例，形成“工程實(shí)踐與人文科學(xué)交融”新的教學(xué)模式。實(shí)現(xiàn)課程元素與專業(yè)知識(shí)的共融，使用“教與學(xué)同構(gòu)化法”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和開發(fā)學(xué)習(xí)案例，學(xué)生的反饋和成果又納入課程內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容不斷迭代優(yōu)化從而實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的同構(gòu)化和教學(xué)改進(jìn)的持續(xù)化。

1 前期學(xué)情分析

“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”教學(xué)團(tuán)隊(duì)將平時(shí)作業(yè)和測(cè)試內(nèi)容按照布魯姆認(rèn)知模型，對(duì)2012～2021 學(xué)年共計(jì) 976名學(xué)生的完成情況進(jìn)行了分析，得到相對(duì)完成度(得分與滿分比值)的情況，如表1所示。

表1 2012-2021學(xué)年安陽(yáng)工學(xué)院化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程相對(duì)完成度

本課程在2013 年以前，課程性質(zhì)為專業(yè)選修課，教學(xué)過(guò)程僅包括課內(nèi)理論教學(xué)和期末考試，課內(nèi)的項(xiàng)目化內(nèi)容得分較低導(dǎo)致相對(duì)完成度一般(數(shù)值為0.77)。2013年課程性質(zhì)改為為專業(yè)必修課，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度有了較為明顯的提高，增設(shè)了課程內(nèi)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)以及相關(guān)的課程項(xiàng)目，相對(duì)完成度開始逐年上升，綜合成績(jī)有了比較明顯的提高。從2015年起，對(duì)專業(yè)必修課進(jìn)行了升級(jí)，課程教學(xué)中增加了設(shè)計(jì)類項(xiàng)目化案例開發(fā)，學(xué)生的相對(duì)完成度穩(wěn)步提高。從上述三個(gè)階段分析可知，學(xué)生對(duì)記憶類知識(shí)始終掌握的比較好，在引進(jìn)項(xiàng)目化設(shè)計(jì)教學(xué)后，學(xué)生實(shí)踐能力得到了提升。特別是2019年開始，引入線上線下平臺(tái)和并引入課程元素后，在利用專業(yè)知識(shí)進(jìn)行復(fù)雜模型建立、案例分析等方面，能力得到有效的提升，課程為課程樹立的良好形象，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，強(qiáng)化了更高階認(rèn)知。因此，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)并融入課程元素，是學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)從低階到高階的重要支撐，拓展了學(xué)生的創(chuàng)新思維、鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力。但是目前，“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”課程仍然存在著理論學(xué)習(xí)難度高、場(chǎng)所化實(shí)踐訓(xùn)練實(shí)施難、課程元素融入方式需要進(jìn)一步解決等問(wèn)題。

除了學(xué)生考試的分?jǐn)?shù)，根據(jù)學(xué)生的人文素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)和素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)的寫作能力、實(shí)踐動(dòng)手能力等方面的評(píng)估，再對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性選拔和指導(dǎo)，學(xué)生獲得的榮譽(yù)稱號(hào)、累計(jì)獲得各類科技競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)項(xiàng)情況有顯著提升。教與學(xué)同構(gòu)化是基于直接鍛煉學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)整合的能力，讓學(xué)生深度參與課程內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知。 另外，學(xué)生參與的模型構(gòu)建，使教師可以把學(xué)生反饋的內(nèi)容整合到教學(xué)內(nèi)容中，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，最后實(shí)現(xiàn) “教與學(xué)共同”的構(gòu)建。基于前期的學(xué)情分析和建設(shè)基礎(chǔ)，項(xiàng)目的可操作性強(qiáng)，可復(fù)制推廣。

2 課程案例融入方案

團(tuán)隊(duì)提出，以課程元素“連接器”，以教學(xué)雙方共同構(gòu)建教學(xué)案例為方法，強(qiáng)化教學(xué)過(guò)程中的互動(dòng)與實(shí)踐，形成“認(rèn)知均衡化”的教學(xué)范式。另外，課程對(duì)知識(shí)實(shí)施了碎片化，使之在低階認(rèn)知層面易于記憶和理解，但不易整合成為一個(gè)整體的知識(shí)系統(tǒng)來(lái)使用。教師現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)環(huán)節(jié)核心的作用是帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行碎片化知識(shí)的有機(jī)整合。而解決知識(shí)結(jié)構(gòu)零散，關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的問(wèn)題，使教師從“講授者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨硌菡摺保纬伞皩W(xué)生提供素材，教師整合”的課堂模式，這是“教”的構(gòu)建。使學(xué)生從模仿到獨(dú)立理解再到創(chuàng)新，鍛煉學(xué)生的知識(shí)重組能力，強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)知能力，這是“學(xué)”的構(gòu)建。反饋以后，再整合到教學(xué)中，完成“教與學(xué)的同構(gòu)化”。

在學(xué)生入學(xué)后，實(shí)際上對(duì)課程的認(rèn)知培養(yǎng)就已經(jīng)開始，并不是僅限于本課程人才培養(yǎng)方案所規(guī)定的時(shí)間段。在大一通識(shí)教育階段，包括政治、歷史、文化和科普講座等知識(shí)的普及，實(shí)際上已經(jīng)為文化素養(yǎng)和課程元素的融入奠定了基礎(chǔ)。在大二階段，通過(guò)“化工導(dǎo)論”和“化工原理”等課程的學(xué)習(xí)，為初步了解化工設(shè)備提供了更高一階的工程化知識(shí)體系，激發(fā)學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)裝置的興趣和求知欲，大量學(xué)生表示對(duì)深入了解化工設(shè)備的原理和應(yīng)用表現(xiàn)出濃厚的興趣。在大三階段，正式開始并完成本課程的教與學(xué)任務(wù)，并得到學(xué)生的反饋。在大四年級(jí)，通過(guò)前期的積累，學(xué)生已經(jīng)比較全面的學(xué)習(xí)和掌握了相關(guān)知識(shí)，由此可以參加各級(jí)各類學(xué)科競(jìng)賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)等活動(dòng)，可以大大提升學(xué)生的工程綜合能力。

特別強(qiáng)調(diào)的是，在課程學(xué)習(xí)階段，教師一定要從單方面的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者，形成學(xué)生參與提供素材，教師整合資源和接收反饋的良性互動(dòng)的課堂。使學(xué)生從被動(dòng)模仿到創(chuàng)新的新階段，從而鍛煉學(xué)生對(duì)知識(shí)的整合能力，激發(fā)學(xué)生的感知能力，這是“學(xué)”的構(gòu)建。反饋總結(jié)后，再應(yīng)用到教學(xué)之中，從而完成“教與學(xué)的同構(gòu)化”。強(qiáng)化課程融入的場(chǎng)景化剖析，把繁瑣枯燥的知識(shí)結(jié)合具體的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行講授，使高階認(rèn)知和低階認(rèn)知產(chǎn)生良性互動(dòng)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性

在課程融入過(guò)程中，要求學(xué)生要有相對(duì)完整的案例，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析。這樣既可以鍛煉學(xué)生整合知識(shí)的能力，內(nèi)化學(xué)生的認(rèn)知，又能讓學(xué)生生如了解案例內(nèi)涵，從而達(dá)到“學(xué)”的構(gòu)建。再者，每個(gè)學(xué)生對(duì)模型的構(gòu)建往往具有區(qū)別性和創(chuàng)新性，使教師可以把學(xué)生反饋的內(nèi)容整合到教學(xué)實(shí)際中，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化從而達(dá)到了“教與學(xué)共同”的構(gòu)建。讓“教”與“學(xué)”充分互動(dòng)，完成教學(xué)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的耦合，構(gòu)建成課程融入的應(yīng)用場(chǎng)景，把枯燥的知識(shí)點(diǎn)結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景，提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性和持續(xù)性。

3 課程案例融入目標(biāo)

課程深度融入人文科學(xué)素養(yǎng)，充分挖掘人文元素，優(yōu)選課程案例，將枯燥的理論知識(shí)連接成一個(gè)又一個(gè)帶有情節(jié)的故事，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)價(jià)值理念，從而強(qiáng)化學(xué)習(xí)的更高階認(rèn)知能力。不斷優(yōu)化更新在線題庫(kù)資源，建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系，對(duì)學(xué)生作業(yè)完成情況進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)、給出合理化建議和學(xué)習(xí)提示。不斷完善實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，在實(shí)踐教學(xué)中的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、崗位實(shí)習(xí)、乙酸乙酯熱模模型實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)裝置、省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心等平臺(tái)下，強(qiáng)化實(shí)踐認(rèn)知和動(dòng)手能力。 師生共同構(gòu)建案例，實(shí)現(xiàn)“同構(gòu)化”，促使學(xué)生利用知識(shí)去主動(dòng)完成較為復(fù)雜的整合過(guò)程，并采取“學(xué)生講”的方法，引導(dǎo)學(xué)生去思考和講解課程中的內(nèi)容，這是強(qiáng)化學(xué)習(xí)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)在線下、線上、混合、在線、課程等各方面均有省部級(jí)以上的獎(jiǎng)項(xiàng)/教改經(jīng)驗(yàn)作為支撐，教材選用有的放矢，省級(jí)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心具備了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，形成6+2 優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)掌控“教”“學(xué)”銜接，實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化重構(gòu)，如圖1所示。

圖1 教學(xué)資源整合

此外，課程的融入不能改變?cè)袑I(yè)課程專業(yè)屬性，更不能生硬照搬，而是要充分挖掘和發(fā)揮專業(yè)課程的德育功能，提煉處課程中所蘊(yùn)含的文化基因和價(jià)值，在潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲中將其轉(zhuǎn)化為具體化和生動(dòng)化的教學(xué)載體，從而實(shí)現(xiàn)在知識(shí)學(xué)習(xí)中自然融入的精神引領(lǐng)，使課堂真正的成為弘揚(yáng)主旋律和傳播正能量的主陣地。

在教學(xué)評(píng)價(jià)過(guò)程中，確立以產(chǎn)教融合理念為先導(dǎo)，推廣校企合作共建案例化課程，企業(yè)和高校全過(guò)程參與課程教學(xué)工作。逐步完善校企協(xié)同的多元評(píng)價(jià)機(jī)制，讓校企共同制定課程考核方案。在課程教學(xué)中由學(xué)生實(shí)施自評(píng)、互評(píng)，教師評(píng)價(jià)，企業(yè)導(dǎo)師評(píng)價(jià)，最終確定課程成績(jī)。對(duì)于學(xué)生素質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合課程目標(biāo)，以項(xiàng)目為載體采用線上線下相結(jié)合的方式對(duì)學(xué)生個(gè)人修養(yǎng)、職業(yè)素質(zhì)、理想信念的養(yǎng)成進(jìn)行全過(guò)程綜合評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

參與課程的教學(xué)改革班的學(xué)生的成績(jī)與前期未參加的普通學(xué)生相比，教學(xué)改革班的平均分比原來(lái)普通班級(jí)相對(duì)完成度更高。隨著教學(xué)改革的逐步深化，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，知識(shí)完成度會(huì)不斷提升，完成教學(xué)大綱設(shè)定的培養(yǎng)目標(biāo)情況會(huì)有所提升。

我們從課程培養(yǎng)入手，利用虛實(shí)結(jié)合的方法培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，利用人文素養(yǎng)建立文化自信和制度自信，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容與專業(yè)內(nèi)容的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，利用教與學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行案例的 “教與學(xué)同構(gòu)化”方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)構(gòu)建教學(xué)案例、主動(dòng)創(chuàng)新，學(xué)生的創(chuàng)新成果又可以納入課程體系內(nèi)容，不斷促進(jìn)教學(xué)過(guò)程的迭代優(yōu)化。使學(xué)生利用專業(yè)知識(shí)去主動(dòng)完成較為復(fù)雜的整合過(guò)程，并采取“學(xué)生深度參與”的方法，不斷內(nèi)化學(xué)生對(duì)的課程的認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生去思考和理解課程中的相關(guān)內(nèi)容，來(lái)強(qiáng)化中階認(rèn)知的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化。而高階認(rèn)知和低階認(rèn)知良性互動(dòng)，可以提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性，從而產(chǎn)生教與學(xué)的良性循環(huán)和相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)“教與學(xué)的同構(gòu)化”。

除了學(xué)生考試的分?jǐn)?shù)，我們根據(jù)學(xué)生的人文素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)、信息化素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)寫作能力、實(shí)踐動(dòng)手能力的評(píng)估，會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性選拔、指導(dǎo)，學(xué)生獲得的榮譽(yù)稱號(hào)、累計(jì)獲得各類科技競(jìng)賽/創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)項(xiàng)情況或有顯著提升。教學(xué)模式可操作性強(qiáng)，可推廣、可復(fù)制，形成良性循環(huán)和發(fā)展。利用課程融入與教學(xué)結(jié)合的方法培養(yǎng)學(xué)生理解能力和創(chuàng)新能力，利用貫穿始終的人文科學(xué)建立自信，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容與專業(yè)內(nèi)容的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，“教與學(xué)同構(gòu)化”方法引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)構(gòu)建案例，學(xué)生的創(chuàng)新成果又反哺課程教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)教學(xué)過(guò)程的不斷迭代優(yōu)化。引導(dǎo)學(xué)生深入思考和理解課程相關(guān)內(nèi)容，來(lái)強(qiáng)化認(rèn)知的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化。