基于“四化”模式的混合式一流課程“化工原理”改革探索*

張 芳，張景梅，王海龍，蔡晶晶，郭 勤

(新疆理工學(xué)院，新疆 阿克蘇 843000)

《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》中明確提出[1]，“全面開展一流本科課程建設(shè)，樹立課程建設(shè)新理念，推進(jìn)課程改革創(chuàng)新，加強(qiáng)對學(xué)生課堂內(nèi)外、線上線下學(xué)習(xí)的評價(jià)，加強(qiáng)線上線下混合式一流課程的建設(shè)”。以打造優(yōu)質(zhì)一流課程為目標(biāo)的“化工原理”課程改革，旨在使學(xué)生掌握多方位學(xué)習(xí)模式、養(yǎng)成創(chuàng)新意識、培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)過程裝備與控制工程專業(yè)和能源化學(xué)工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量、打造“金課”[2，3]。

本課題擬在分析當(dāng)前傳統(tǒng)教學(xué)中存在的突出問題及解決思路的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于翻轉(zhuǎn)課堂的“線上線下”混合教學(xué)模式[4，5]，包括線上線下混合式教學(xué)模式的構(gòu)建、教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)、教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施、教學(xué)評價(jià)與考核、教學(xué)效果及反思，將碎片化的數(shù)字教學(xué)資源與傳統(tǒng)面授相融合，提升“化工原理”課程的教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)促進(jìn)學(xué)生自主性、創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)，進(jìn)而提升學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，最終輸出高質(zhì)量的畢業(yè)生，實(shí)現(xiàn)人才質(zhì)量提升。同時(shí)以一流課程為載體，培養(yǎng)教師能力，孵化一流的教師隊(duì)伍，建設(shè)好一流專業(yè)。因此，本項(xiàng)目的實(shí)施，對深化應(yīng)用型本科院校工科專業(yè)一流本科課程線上線下混合式課程改革與建設(shè)具有重要的理論意義，為相關(guān)課程的教學(xué)改革起到示范作用。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 學(xué)生學(xué)情分析

學(xué)生普遍存在以下情況：一是思維活躍、好勝心強(qiáng)、已掌握化學(xué)、高數(shù)、物理等基礎(chǔ)知識；二是自學(xué)能力弱、內(nèi)驅(qū)力不足；三是存在畏難情緒、知識歸納總結(jié)能力弱；四是思辨能力差、合作意識弱。

1.2 教學(xué)“痛點(diǎn)”分析

教學(xué)過程中主要存在以下問題：一是教學(xué)內(nèi)容抽象，缺乏企業(yè)前沿。“化工原理”教學(xué)內(nèi)容涉及化工生產(chǎn)過程中的各種單元操作，教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜、抽象，缺少直觀示意動(dòng)畫來幫助新知識的內(nèi)化；學(xué)生歸納總結(jié)能力不夠，無法理清理論知識之間的邏輯關(guān)系；教學(xué)內(nèi)容中日常教學(xué)融入的企業(yè)前沿工藝較少，導(dǎo)致學(xué)生理論和實(shí)踐有脫節(jié)[6，7]，對自身學(xué)習(xí)前景缺乏信心。

二是教學(xué)模式單一，學(xué)生參與度不夠。傳統(tǒng)線下課，教師重于理論是否講清，輕于檢測學(xué)生學(xué)習(xí)情況，學(xué)生被動(dòng)接受知識，無法在課前、課中、課后全過程參與到課堂，學(xué)習(xí)程度無法在課堂實(shí)時(shí)反饋給教師；教師未建立探究小組，缺少學(xué)生自行查閱文獻(xiàn)、小組討論、組長進(jìn)行任務(wù)分工、制作翻轉(zhuǎn)課堂PPT、匯報(bào)調(diào)研結(jié)果等環(huán)節(jié)，學(xué)生綜合能力提高較慢。

三是實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，實(shí)踐質(zhì)量不高。實(shí)際教學(xué)中一名教師同時(shí)負(fù)責(zé)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量較少，班級學(xué)生較多，導(dǎo)致教師無法監(jiān)控到每個(gè)學(xué)生，學(xué)生渾水摸魚現(xiàn)象嚴(yán)重；實(shí)驗(yàn)室儀器除了實(shí)驗(yàn)課大部分時(shí)間都被閑置，實(shí)驗(yàn)室利用率不高。

四是缺乏學(xué)習(xí)反饋、考核不夠量化。教師主要通過布置作業(yè)來檢測學(xué)生學(xué)習(xí)情況，缺乏細(xì)致的具體考核內(nèi)容、分值和比重，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)重點(diǎn)不明朗，學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，出現(xiàn)“一考定結(jié)果”的現(xiàn)象；部分考核只注重結(jié)果不注重過程，結(jié)果反饋不便于學(xué)生準(zhǔn)確、快速的找到問題所在。

2 改革內(nèi)容

本課題以自治區(qū)一流專業(yè)過程裝備與控制工程專業(yè)為改革對象，分析了“化工原理”理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面存在的痛點(diǎn)問題，按照兩性一度的要求，以提升學(xué)生“抬頭率”和“參與率”為導(dǎo)向，著力推進(jìn)以學(xué)生為中心的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.1 教學(xué)目標(biāo)

通過闖關(guān)式教學(xué)、利用翻轉(zhuǎn)課堂、案例式教學(xué)中的互動(dòng)式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀內(nèi)驅(qū)力，引起學(xué)生對過程性學(xué)習(xí)的重視，提高學(xué)生自我參與度和監(jiān)控能力；量化各關(guān)卡考核指標(biāo)，形成過程化考核方案，從而提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)“三環(huán)五元一中心”的教學(xué)目標(biāo)，如圖1所示。

圖1 教學(xué)目標(biāo)

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)理念

以學(xué)生為中心、以翻轉(zhuǎn)課堂為平臺、以智慧課堂為載體、以進(jìn)階式能力培養(yǎng)為目標(biāo)、以互動(dòng)式教學(xué)為抓手，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)改革理念。

2.3 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

按照教學(xué)大綱要求，分析學(xué)生學(xué)情，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。通過教學(xué)內(nèi)容模塊化、教學(xué)模式混合化、組織實(shí)施多元化、考評反饋過程化，利用翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合式教學(xué)，在課前、課中、課后三個(gè)階段組織實(shí)施多元化，充分發(fā)揮基層教學(xué)組織的作用，聚焦教學(xué)痛點(diǎn)，提高教學(xué)創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

2.3.1 一化：教學(xué)內(nèi)容模塊化

“化工原理”具有抽象程度高、理論跨度大、行業(yè)導(dǎo)向強(qiáng)的課程屬性，針對該課程屬性將教學(xué)內(nèi)容模塊化，分解為動(dòng)量傳遞模塊、熱量傳遞模塊、質(zhì)量傳遞模塊、熱質(zhì)傳遞模塊，同時(shí)根據(jù)畢業(yè)要求，引導(dǎo)學(xué)生重視理論和實(shí)踐知識的重難點(diǎn)。

2.3.2 二化：教學(xué)模式混合化

利用雨課堂、智慧樹建立預(yù)習(xí)機(jī)制，以學(xué)生為中心，采用互動(dòng)式教學(xué)，案例式教學(xué)。借助雨課堂、智慧樹平臺采取線上線下混合式，四段式翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式(圖2)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力的提升。

圖2 四段式翻轉(zhuǎn)課堂

2.3.3 三化：組織實(shí)施多元化

針對“學(xué)生參與度不夠”的問題，通過組織實(shí)施多元化，提高學(xué)生“參與率”。在學(xué)生上化工原理課前，發(fā)布教學(xué)內(nèi)容具體環(huán)節(jié)及要求，將教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置為課前、課中、課后三個(gè)階段，各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。建立設(shè)備動(dòng)畫庫、習(xí)題庫，借助思維導(dǎo)圖、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，通過單元檢測、企業(yè)實(shí)踐鍛煉等手段，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)式育人目標(biāo)。

2.3.4 四化：考評方式過程化

日常教學(xué)中，主要通過課后統(tǒng)一布置作業(yè)來檢測學(xué)生學(xué)習(xí)情況，從教師改完作業(yè)到反饋到學(xué)生手中，需要很長時(shí)間，這不利于學(xué)生及時(shí)掌握自己的學(xué)習(xí)情況，無法及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃；有效的錯(cuò)題集能快速幫助學(xué)生找到自己的不足。在教學(xué)的眾多方面缺乏細(xì)致的考核內(nèi)容、考核分值和比重，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)重點(diǎn)不明朗，學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，考核只注重結(jié)果不注重過程，出現(xiàn)“一考定結(jié)果”的現(xiàn)象。本課題加大了過程化考核比重，結(jié)合結(jié)果性考試，考核范圍包含從基礎(chǔ)知識理解、到綜合性習(xí)題掌握、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新力提高的各個(gè)方面。

3 實(shí)施方案

3.1 改善教學(xué)環(huán)境

針對教學(xué)班規(guī)模，采取分組教學(xué)的模式進(jìn)行授課；在硬件環(huán)境方面，學(xué)校建設(shè)了多媒體教室、討論教室；對于教學(xué)授課平臺，學(xué)校與智慧樹、雨課堂等智慧化教學(xué)平臺建立了合作關(guān)系，授課教師可在相關(guān)網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行授課。

3.2 重構(gòu)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、創(chuàng)新教學(xué)方式

發(fā)揮教師團(tuán)隊(duì)的年輕優(yōu)勢，集體備課，團(tuán)隊(duì)教師實(shí)行分板塊教學(xué)。整合教師時(shí)間，發(fā)揮教師個(gè)人特長、針對性教學(xué)、集中精力做好課堂建設(shè)，不斷優(yōu)化改革各個(gè)環(huán)節(jié)。

3.3 豐富理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和方式

理論：教學(xué)內(nèi)容加入線上學(xué)習(xí)模塊，并做好學(xué)習(xí)后的檢測與反饋，嚴(yán)格落實(shí)過程化考核；以班級為單位，形成4～5人為1個(gè)小組，實(shí)行四段式翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)模式；通過知識思維導(dǎo)圖，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的簡化，注重學(xué)生合作能力、領(lǐng)導(dǎo)力、系統(tǒng)性學(xué)習(xí)能力的提升；建立練習(xí)和考核習(xí)題庫，加大過程性考核占比。

實(shí)驗(yàn)：開放實(shí)驗(yàn)室、讓高年級實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生指導(dǎo)學(xué)習(xí)的低年級學(xué)生操作相應(yīng)設(shè)備；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，加入團(tuán)隊(duì)合作，如開啟一臺大型環(huán)節(jié)較多且復(fù)雜的設(shè)備，在最短時(shí)間完成者，實(shí)驗(yàn)操作成績分?jǐn)?shù)最高；智能平臺隨機(jī)提問操作環(huán)節(jié)問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)踐操作積極性；通過化工設(shè)計(jì)大賽促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力的鞏固和提高，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，增加學(xué)生獨(dú)立操作可能性，加強(qiáng)學(xué)生工程視野。

3.4 細(xì)化教學(xué)過程并開展實(shí)施

以學(xué)生為中心，教師為指導(dǎo)，以師生間、學(xué)生間互動(dòng)的形式開展教學(xué)活動(dòng)。采取線上線下學(xué)習(xí)、四段式的類翻轉(zhuǎn)課堂、繪制思維導(dǎo)圖、章節(jié)單元檢測的方式，對學(xué)生進(jìn)行全過程培養(yǎng)。在課程結(jié)束后，將班級輸送至合盛硅業(yè)公司，不僅讓學(xué)生及時(shí)與企業(yè)前沿接軌，到企業(yè)一線真接觸、真感受，而且對“化工原理”課程的有效內(nèi)化具有實(shí)際意義。教學(xué)組織過程如圖3所示。

圖3 教學(xué)組織過程

3.5 課程成績評定方式

采取過程性考核與結(jié)果性考核有機(jī)結(jié)合的評價(jià)方式，課程考核方式及成績評定見表1。從學(xué)生自評、小組互評、組長評價(jià)、教師評價(jià)、各環(huán)節(jié)得分、期末考試等進(jìn)行累計(jì)。

表1 課程考核方式及成績評定

3.6 形成高質(zhì)量混合式教學(xué)方案和動(dòng)態(tài)改進(jìn)機(jī)制

根據(jù)實(shí)施過程中學(xué)生反饋、教師反思和專家同行意見，形成切實(shí)可行、符合學(xué)校辦學(xué)定位、符合學(xué)校教師情況、學(xué)生情況的混合式教學(xué)方案，建立學(xué)生學(xué)習(xí)情況動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制。

4 改革成效

基于“四化”模式的混合式一流課程“化工原理”建設(shè)對學(xué)生質(zhì)量和教師水平均有促進(jìn)作用。

4.1 提升了學(xué)生內(nèi)驅(qū)力、形成有效的人才培養(yǎng)過程化考核方案

通過混合式教學(xué)、利用翻轉(zhuǎn)課堂、案例式教學(xué)中的互動(dòng)式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀內(nèi)驅(qū)力，引起學(xué)生對過程性學(xué)習(xí)的重視，提高學(xué)生自我參與度和監(jiān)控能力；增加學(xué)生企業(yè)一線實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷、提高了學(xué)生對信息化技術(shù)手段和化工類創(chuàng)新大賽的興趣；量化各環(huán)節(jié)考核指標(biāo)，形成過程化考核方案，從而提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

4.2 教師教學(xué)研究水平顯著提高

提高了化工原理教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師教學(xué)水平、教學(xué)組織能力，為建設(shè)優(yōu)質(zhì)一流課程奠定基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)教學(xué)水平不斷提高，筆者獲得首屆全國高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽新疆賽區(qū)優(yōu)秀獎(jiǎng)和校級教師技能大賽二等獎(jiǎng)；“化工原理”獲批自治區(qū)一流課程(主講人)；立項(xiàng)省部級教改項(xiàng)目一項(xiàng)(負(fù)責(zé)人)；獲批教育部產(chǎn)學(xué)研教改項(xiàng)目一項(xiàng)(負(fù)責(zé)人)；本人和團(tuán)隊(duì)教師已發(fā)表課程教改論文5篇。

4.3 學(xué)生進(jìn)步顯著

通過教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，學(xué)生參與專業(yè)競賽的人數(shù)增多，獲獎(jiǎng)人數(shù)增加，實(shí)現(xiàn)高階性培養(yǎng)；學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力強(qiáng)，參與2021～2022 年在“天正設(shè)計(jì)杯”第十五屆、十六屆全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽，在西北賽區(qū)決賽中表現(xiàn)優(yōu)異，榮獲全國二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、賽區(qū)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。2023屆畢業(yè)生考研上線率達(dá)30%，上線學(xué)校中211院校占50%以上，專業(yè)課考試中“化工原理”是必考科目。過程控制專業(yè)20級相較于過程控制專業(yè)18和19級班化工原理考試成績及格率和優(yōu)秀率顯著提高。同時(shí)學(xué)生文獻(xiàn)閱讀能力、文獻(xiàn)匯報(bào)能力有較大進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)室利用率顯著提高。

5 課程教學(xué)改革反思與改進(jìn)

5.1 教學(xué)組織的互動(dòng)性和結(jié)構(gòu)化有待增強(qiáng)

課堂教學(xué)過程中，不同知識內(nèi)容間的師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的程度和水平不一，這與學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、 學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)內(nèi)容的難易程度和導(dǎo)入形式密切相關(guān)。

5.2 教學(xué)資源的豐富性和操作化有待提升

本課程涉及領(lǐng)域廣泛、內(nèi)容龐雜，具有較強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性。目前課程的學(xué)時(shí)安排、學(xué)習(xí)內(nèi)容和師資結(jié)構(gòu)難以較好滿足教學(xué)需求。需要進(jìn)行完善和充實(shí)的內(nèi)容如下：第一，需開設(shè)不同類型的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)、充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，逐步增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量，適當(dāng)開設(shè)研究型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力。第二，課程需進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)安排、豐富教學(xué)資源、如培養(yǎng)校內(nèi)企業(yè)雙師型教師和引進(jìn)行業(yè)師資等手段彌補(bǔ)教學(xué)短板。

5.3 教學(xué)評價(jià)的連貫性和系統(tǒng)化有待完善

當(dāng)前課程教學(xué)評價(jià)體系已趨于成型，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為起到了較好的評價(jià)和督促作用，具有較強(qiáng)的推廣和復(fù)制空間。但在教學(xué)運(yùn)用過程中，仍存在部分評價(jià)指標(biāo)重復(fù)評價(jià)、效度偏低，觀測內(nèi)容不易獲得等問題。比如缺乏用人單位對學(xué)生的可靠性評價(jià)模式，需進(jìn)一步完善教學(xué)評價(jià)指標(biāo)體系，不斷提升指標(biāo)體系的信度和效度水平。

6 結(jié)語

課題改革探索中，在混合式教學(xué)中融入互動(dòng)式教學(xué)、案例探究式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式，利用信息化平臺閉環(huán)式考查學(xué)生，同時(shí)建立學(xué)科前沿知識補(bǔ)充體系，建立學(xué)生成果展示的平臺，注重個(gè)性化培養(yǎng)，增加學(xué)生企業(yè)一線實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷、提高學(xué)生對信息化技術(shù)手段和化工類創(chuàng)新大賽的興趣。制定了符合我校師資現(xiàn)狀的分板塊教學(xué)方式，發(fā)揮教師特長，集中力量關(guān)注課堂改革，形成高質(zhì)量的混合式教學(xué)教案、建立了符合教學(xué)大綱要求的考核習(xí)題庫和學(xué)生學(xué)習(xí)情況動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制。