基于立體化教學(xué)模式的化工原理課程改革探索與實(shí)踐

李青飛 李德鯤 趙義(桂林理工大學(xué)南寧分校冶金與資源工程系，廣西 南寧 530001)

0 引言

“混合式立體化”教學(xué)模式，是相對于以傳統(tǒng)單向知識傳授為主的教學(xué)模式提出的，它是以課程為單元，以能力培養(yǎng)為軸心，以教學(xué)資源為平臺，動(dòng)用所有教學(xué)要素，立體化、全方位地融教學(xué)與學(xué)習(xí)為一體，關(guān)注應(yīng)用與創(chuàng)新的教學(xué)體系。它以辯證唯物主義認(rèn)識論為指導(dǎo)，充分考慮學(xué)習(xí)者的心理結(jié)構(gòu)，將教學(xué)結(jié)構(gòu)與心理結(jié)構(gòu)和諧統(tǒng)一。該模式主要以松綁教育理論和整合教學(xué)理論為基礎(chǔ)，融入混合式學(xué)習(xí)之優(yōu)點(diǎn)，特別強(qiáng)調(diào)教學(xué)模式的靈活性和綜合運(yùn)用[1]。

1 立體化教學(xué)現(xiàn)狀

針對化工原理理論課程教學(xué)中存在的教學(xué)模式老化，理論與實(shí)際脫節(jié)的弊端，許多教師研究了項(xiàng)目化教學(xué)[2,3]、案例化教學(xué)[4-6]、類比式教學(xué)[7]、啟發(fā)式教學(xué)[8,9]等方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納、總結(jié)， 使學(xué)生開闊視野， 深入思考，進(jìn)而增強(qiáng)工程觀念，提高分析問題和解決問題的能力。但立體化教學(xué)模式在化工原理系列課程上的研究與實(shí)踐較少。此前，也有許多教師研究了立體化教學(xué)模式的內(nèi)涵及應(yīng)用。如李浩君等人提出了在工科類專業(yè)課程教學(xué)中實(shí)施立體化教學(xué)方法的理論依據(jù)[1];黃敏等人在化工類專業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)課程教學(xué)中實(shí)施立體化教學(xué)方法[10];唐文武等人研究了立體化教學(xué)模式的構(gòu)建和實(shí)踐，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)立體化教學(xué)模式是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的有效途徑[11];童漢清等人探索構(gòu)建了化工原理課程體系的立體化教學(xué)模式[12]。立體化教學(xué)模式不斷深入發(fā)展和改進(jìn)，但仍存在諸多問題，如網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)不夠完善，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)方面沒有實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)，還不能真正激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。為此，本文以化工原理課程三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，充分結(jié)合現(xiàn)代信息化教學(xué)技術(shù)，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源、虛擬化網(wǎng)絡(luò)空間，以及豐富的第二課堂教學(xué)活動(dòng)，整合教學(xué)資源，構(gòu)建有一定深度和廣度的化工原理學(xué)習(xí)空間，引導(dǎo)學(xué)生通過多元化的教學(xué)方式，進(jìn)行自主性、探索式學(xué)習(xí)，構(gòu)建化工原理系列課程的立體化教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的立體交融。

2 立體化教學(xué)模式設(shè)計(jì)理念

化工原理系列課程一般分為三個(gè)部分，即理論課程、實(shí)驗(yàn)課程和課程設(shè)計(jì)。由于化工原理課程已經(jīng)形成了較為完整的課程體系，因而在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式上也比較固定，可總結(jié)為“重理論，輕實(shí)踐；重知識，輕方法；重灌輸，輕主動(dòng)”等教學(xué)方式。傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式使學(xué)生在學(xué)習(xí)化工原理課程的過程中遇到各種困難，以致嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課程的教學(xué)效果。因此在進(jìn)行立體化教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源為教學(xué)平臺，對各教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了深化改革，理論教學(xué)方面以線下授課為主，結(jié)合采用多種教學(xué)方法進(jìn)行理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面加強(qiáng)了信息化建設(shè)，引入了視頻演示、仿真實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，逐步強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐操作能力；課程設(shè)計(jì)方面引入工藝流程設(shè)計(jì)、化工仿真工廠、設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用等，教學(xué)各環(huán)節(jié)注重學(xué)情分析，并建立有效的師生溝通渠道，形成一個(gè)“適應(yīng)—調(diào)整—完善—?jiǎng)?chuàng)新”的實(shí)踐探索過程，并逐漸完善。立體化教學(xué)模式框架設(shè)計(jì)如圖1 所示。

3 立體化教學(xué)模式設(shè)計(jì)

3.1 理論課程設(shè)計(jì)

理論教學(xué)方面，當(dāng)前《化工原理》課程理論教學(xué)模式仍偏重于理論知識講授，忽視知識點(diǎn)特征和多種教學(xué)方式綜合運(yùn)用效果；其次是與工程實(shí)際脫節(jié)，學(xué)生的實(shí)踐能力普遍不強(qiáng)；再是教學(xué)過程中缺乏師生間的交流和學(xué)生間的協(xié)作，存在著學(xué)生被動(dòng)接受、教學(xué)過程交互性弱等缺點(diǎn)。為此，在理論教學(xué)上，筆者結(jié)合知識點(diǎn)的特征與學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，探索采用討論式、啟發(fā)式、現(xiàn)場式、案例式等教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)單一的講授教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活化課堂氣氛。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺構(gòu)建知識點(diǎn)學(xué)習(xí)區(qū)，對于難于理解的知識點(diǎn)，設(shè)置課前導(dǎo)學(xué)，啟發(fā)牽引學(xué)生對知識點(diǎn)的深入理解，并將重點(diǎn)、難點(diǎn)在平臺上進(jìn)行總結(jié)梳理，以便學(xué)生隨時(shí)查看。平臺上還設(shè)有互動(dòng)交流區(qū)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難和問題可隨時(shí)與老師溝通交流，學(xué)習(xí)的方式方法更加靈活有效。除此之外，教學(xué)平臺上還配有相應(yīng)知識點(diǎn)的練習(xí)及試題庫，學(xué)生在學(xué)習(xí)閱讀相關(guān)知識內(nèi)容后，可在線測試，隨時(shí)檢驗(yàn)對知識的理解和掌握程度。對于實(shí)踐性較強(qiáng)的內(nèi)容，如離心泵內(nèi)容的講述，可以采用現(xiàn)場教學(xué)的方法，現(xiàn)場拆裝和運(yùn)行離心泵，介紹泵的結(jié)構(gòu)及其工作原理，形象直觀，更易于學(xué)生理解和接收。

圖1 化工原理立體化教學(xué)模式框架示意圖

3.2 實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，目前教學(xué)模式較為僵化，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)少。再者，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備臺數(shù)不多的情況下，學(xué)生通常無法長時(shí)間親自動(dòng)手操作；此外鑒于化工企業(yè)對設(shè)備安全管理的需要，致使崗位實(shí)習(xí)或帶崗實(shí)習(xí)的參與度低、實(shí)習(xí)效果差和“實(shí)習(xí)動(dòng)手難”的問題尤為突出，學(xué)生的工程實(shí)踐能力無法得到鍛煉。筆者認(rèn)為化工原理實(shí)驗(yàn)課是讓學(xué)生深入地理解和應(yīng)用化工原理理論知識，初步掌握化工生產(chǎn)中典型單元操作的操作技能和方法，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問題、數(shù)據(jù)分析處理等方面的能力，為今后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，筆者從三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：一是實(shí)驗(yàn)演示環(huán)節(jié)，演示環(huán)節(jié)起到預(yù)習(xí)導(dǎo)入和輔助性指導(dǎo)作用，通過觀看實(shí)驗(yàn)操作視頻，學(xué)生可全面理解實(shí)驗(yàn)的目的、意義、操作步驟、規(guī)范等，有助于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的正確認(rèn)識和開展；二是仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，通過仿真軟件進(jìn)行模擬訓(xùn)練，讓學(xué)生進(jìn)一步了解實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容、操作步驟及設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作奠定基礎(chǔ)；三是實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，依托化工單元操作時(shí)實(shí)訓(xùn)中心、化工虛擬仿真工廠，并結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，而后完成實(shí)驗(yàn)，突破了單一式、循環(huán)式的實(shí)驗(yàn)過程，體現(xiàn)了過程的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，而且充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的參與度。

3.3 實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)方面，化工原理課程設(shè)計(jì)的題目比較單一，選題往往和以前的題目相似，學(xué)生容易抄襲，設(shè)計(jì)效果較差；再加上學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)前對生產(chǎn)工藝和設(shè)備缺乏深入的了解，且設(shè)計(jì)計(jì)算量大，時(shí)間緊迫，使得大多數(shù)設(shè)計(jì)只能是給定條件下的驗(yàn)證性設(shè)計(jì)，學(xué)生無法綜合分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出來的內(nèi)容也缺乏新穎性或與實(shí)踐脫節(jié)。為此，在課程設(shè)計(jì)中，筆者更加注重設(shè)計(jì)與實(shí)踐相結(jié)合，引入實(shí)驗(yàn)設(shè)備模型及虛擬仿真工廠等元素，讓學(xué)生對所設(shè)計(jì)的設(shè)備、工藝有更深入的認(rèn)識。對于題目的設(shè)定，可結(jié)合典型化工產(chǎn)品簡單工藝流程進(jìn)行任務(wù)設(shè)計(jì)，例如乙酸乙酯的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝方法較多，且主體設(shè)備的設(shè)計(jì)、選用形式不一，學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中可結(jié)合不同的工藝流程靈活選擇，體現(xiàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新；再者，學(xué)生可以以分組的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，較多的工藝過程可促使學(xué)生間有明確的分工，共同探討分析解決問題，在增進(jìn)學(xué)生間團(tuán)結(jié)互助的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的分工、協(xié)作及組織能力；此外，不同的團(tuán)隊(duì)也可促使團(tuán)隊(duì)間產(chǎn)生競爭意識，可有效避免抄襲的現(xiàn)象。對于設(shè)計(jì)過程分析，可結(jié)合Aspen Plus 等設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行合理優(yōu)化，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，化工原理立體化教學(xué)模式結(jié)合了現(xiàn)代信息化教學(xué)技術(shù)，有效地將三個(gè)內(nèi)容模塊進(jìn)行整合，使化工原理知識內(nèi)容更加系統(tǒng)、整體，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺隨時(shí)查看、調(diào)用，超時(shí)間空間對象進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)創(chuàng)新的模塊設(shè)計(jì)及教學(xué)方法的應(yīng)用，能有效的促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和過程創(chuàng)新，增進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，是值得深究和推廣的教學(xué)模式。