探索化工工藝實驗混合式教學 培養設計實驗能力

李巖梅

(山東理工大學 化學化工學院， 山東 淄博 255000)

中共中央國務院印發《中國教育現代化2035》，要求加快信息化時代教育變革[1]。中共中央政治局委員、國務院副總理、國家教育體制改革領導小組組長劉延東發表的題為《鞏固成果 開拓創新 以教育信息化全面推動教育現代化》的重要講話中提到，做好“十三五”期間教育信息化工作、加快高校教育信息化進程[2]。因此，高等教育的改革是響應政策、與時俱進的事情。

教育信息化是教學中一種技術的進步，它為學生提供了參與式的學習體驗、多樣化的學習內容、跨越時間空間的學習資源以及多種形式的學習評價[3]。它是實現教學內容、教學方法、學習評價等改革的技術保障[4]。

國家新舊動能轉換的發展戰略的核心宗旨是：堅持新發展理念，以新技術、新產業、新業態、新模式為核心，以知識、技術、信息、數據等新生產要素為支撐，促進產業智慧化、智慧產業化[5]。在這種國家發展的大背景下，化學工程與工藝專業培養的實踐能力目標要求學生應具有科學研究能力和技術開發與工藝設計能力。在這種培養目標的驅動下，化工工藝實驗課程的混合式教學進行了研究探索。

1 教學目標的確定

在教學改革中，教師應該首先對課程性質及培養目標進行定位，然后進行相應的教學內容、方法和考核方式的制定，再細化教學環節的有效實施方案。

《化工工藝實驗》這門課程屬于專業綜合實踐課程，在這門課程之前已經先修了《無機化學實驗》、《有機化學實驗》、《分析化學實驗》等基礎實驗課程，同學們已經掌握了一定的基本實驗技能。根據布魯姆教育目標分類法[6]，認知過程分為：記憶(remember)→理解(understand)→應用(apply)→分析(analyze)→評價(evaluate)→創新(create)六個層次，這門課程要求學生達到更高的教學目標，即具有創新能力，在該實驗課程中是指具有設計實驗的能力。結合該課程的其它特點，制定了課程的教學目標，有4個方面的提升：(1)自主設計實驗的能力；(2)小組協作實驗的能力；(3)培養良好的實驗習慣；(4)實驗數據處理綜合的能力。專業綜合實驗一人已經不能單獨進行，所以由小組來完成一個實驗項目，那就要求小組成員間必須進行合理的分工及合作才能完成。在實驗習慣方面，要求學生在實驗過程中取完藥品后把試劑瓶放到試劑架、用過的玻璃器具和沒用過的分開放置、實驗完畢后器具清洗干凈等良好的實驗習慣。以往的學生處理實驗報告都是由手寫，根據實驗數據的畫圖用坐標紙畫，非常不準確也不美觀，在新的要求下，學生用EXELL處理數據及作圖，即準確又美觀。

2 教學模式設計

2.1 融合式互動教與學模式建立

根據教學目標，教師制定的教學環節如圖1所示：實驗前，老師給出預習導入資料，學生據此寫出預習報告，然后網絡教學平臺提交，教師批閱后反饋給學生；實驗中，學生以小組為單位討論實驗方案，然后協作實驗，同時教師給予指導；實驗后，教師提出處理數據要求，學生撰寫實驗報告，并在網絡教學平臺提交，教師批閱后在反饋給學生。學生根據反饋意見，明確了報告中哪些地方有錯誤，從而在后面的實驗項目中得以改正，這便是一種循序漸進、及時反饋的有效的學習方法。

圖1 實驗教學環節設計

從圖中也可以看出，不論是在實驗前、實驗中還是在實驗后，教師和學生始終在交流互動中進行教和學。學生自主地學和做、老師輔助地教，實現了學生學習實驗的主體地位，也鍛煉了學生設計實驗的能力。

2.2 討論式小組協作培養創新思維

因為小組成員每人都做預習方案設計，所以在實驗前小組成員需要討論確定具體實施的方案。通過學生與學生之間的討論，學生與教師之間的互動，學生開展自主性探究，從而對實驗目的、實驗原理、實驗步驟和實驗過程當中遇到的問題有更深的認識，最終達成最好的實驗方案。達到布魯姆認知規律中會分析、應用、創新的目的，實現了學生的學習主體，有利于培養學生的創新型思維[7-8]。

2.3 碎片化知識點學習和系統化學習相融

信息化教學打破傳統學習的空間和時間的限制[9-10]，使得學習空間不僅僅局限于坐在桌前，學習時間上更碎片化，適合知識點的累積。

在教學設計方面，以系統化的線下教學為主導，以線上的教學為輔，使線上線下教和學空間共存，教師會建QQ群、微信群，隨時會發布專題內容、社會熱點。比如微信訂閱號“化工707”中經常發布和專業相關的知識專題，利用幾分鐘的碎片時間，使學生在日常生活中，沒有走進教室卻盡覽專業知識，了解行業發展和最新動態。

2.4 安全知識和案例推送

化工實驗室的安全是各項事務的重中之重，建立健全實驗室安全規章制度體系，提高學生自身的實驗安全意識，是使實驗教學活動安全順利進行的有力保障[11-12]。基于網絡教學平臺的信息化實驗教學中，充分利用這種教學技術，可以實現安全教育信息及時推送，工業和高校實驗中活生生的化工安全教育典型事例延伸進入到我們的教學中，給學生敲響安全警鐘，提高安全意識，促進了實驗室安全教育的正規化、常態化。

3 有效實施措施

3.1 教師提供預習導入資料

傳統實驗教學中，老師會給出實驗方案、實驗步驟、實驗過程記錄哪些數據。在混合式實驗教學中，打破常規，讓學生完全地設計一個實驗，自己給出這些實驗事項，他們會不知從哪下手、無所適從。教師編寫預習導入資料，讓學生沿著教師給的框架進行設計，從而達到完成設計實驗的目的。

3.3 實驗規范操作視頻資料建設

化工工藝實驗旨在培養學生扎實的實驗技能和良好的實驗素養[13]。實驗中會用到一些基本的實驗操作，比如酸堿滴定等，這些操作在前面先修的基礎實驗課程中已經學過，對于沒有掌握得很好的學生，可以通過利于視頻資料的可重復性，進行幾分鐘的視頻學習，目的提高學生玻璃儀器操作的規范性，以掌握實驗基本技能，達到布魯姆認知規律中的知道、理解的能力。

3.4 考核評價方式設計

課程考核方式的不同它可以調控教學各個環節的權重[14-15]，所以考核方式是否科學合理，直接關系到培養目標的達成度評價[16]。過去考核注重實驗報告，那這種情況下就不能評價實驗前的預習設計能力、也不能評價實驗過程中的操作能力，它的權重為零的情況下實驗設計能力、實驗操作能力不能得到提高和發展。我們設計了考核實驗環節的各個方面能力的綜合考核方式，各環節占的比例如圖2所示，其中實驗操作中又細化了：不遲到不早退5分，器具清洗干凈擺放整齊5分，實驗操作正確和結果合理30分，這種考核，即全面考核了設計實驗能力、小組協作操作實驗能力及實驗數據的處理歸納能力，又讓學生遵守實驗紀律及養成良好的實驗習慣，提高了學生綜合素養。

圖2 實驗各環節考核情況

4 混合式教學效果

實踐證明，基于信息化的混合式實驗教學效果良好，學生獨立設計實驗的能力增強，處理綜合實驗數據的能力有了明顯提升，養成了良好的實驗素養。這種能力在學生畢業論文環節中得到很好的體現，并且在全國大學生實驗技能競賽中多次獲得優異的成績。總之，以信息化為平臺的化工工藝實驗混合式教學模式建設，達到了國家新舊動能轉換的發展戰略背景下化學工程與工藝專業的實踐能力目標。