一流本科課程建設背景下化工原理課程“金課”教學設計與實踐

白紅娟 朱春山 陳軍航 李冬光 劉文舉 申艷敏

(河南工業大學 化學化工學院，河南 鄭州 450001)

2018年6月21日，教育部召開了改革開放以來第一次新時代中國高等學校本科教育工作會議，教育部部長陳寶生在此次會議上第一次提出，大學生要有效“增負”，提升大學生的學業挑戰度，合理增加課程難度，拓展課程深度，真正把“水課”轉變成有深度、有難度、有挑戰度的“金課”[1]。吳巖司長2018年11月24日在第11屆中國大學教學論壇上把“金課”標準總結為“兩性一度”：高階性、創新性和挑戰度[2]。“高階性”即知識能力素質有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維；“創新性”即課程內容反映前沿性和時代性，教學形式體現先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化；“挑戰度”即課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著，對老師備課和學生課下有較高要求[2]。2019年10月24日，教育部在《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》(高教 [2019] 8號)文件中提出“實施一流本科課程雙萬計劃”[3]。這一系列的舉措引起了全國高校和廣大教師的廣泛關注。所謂“金課”，就是達到了“兩性一度”高標準的一流本科課程。因此，在一流本科課程建設背景下，為全面振興本科教育和培養一流應用型人才，有必要對“金課”課程教學改革進行探索。

《化工原理》是化工與制藥類專業的一門技術性專業基礎課和核心課，是我?；瘜W工程與工藝專業必修的主干課程，該課程擔負著學生由基礎課到專業課，由理論學習到工程實踐的橋梁和紐帶作用[4]，該課程是學生學習后續其他專業課程的基礎。因此，如何在一流本科課程建設背景下將其打造成一門“金課”，對授課教師提出前所未有的挑戰。本文根據筆者自身教學經驗，以打造《化工原理》“金課”為目標，提出本科化工專業化工原理“金課”建設的教學設計思路。

1 課程教學現狀及問題

隨著在線學習平臺等快速發展，在“互聯網+”和一流本科課程建設背景下，本科化工原理課程的教學也提出了新的要求。面對新的機遇和挑戰，該課程教學現狀及問題主要表現在以下幾個方面：(1)傳統的課堂教學理念滯后，主要是以教師“教”為中心的填鴨式教學，教師主要從怎么教、怎樣在45分鐘課堂上把復雜難懂的教學內容講完等角度來設計教學過程，學生只能被動接受學習，這種滿堂灌的課堂沒有充分體現“以學生為中心”的OBE教學理念。(2)在信息時代，傳統的課堂教學信息化水平落后，教學手段單一。傳統的教學以板書為主，在整個教學過程中，教師往往為了完成教學任務只講授重點內容，而學生只顧機械的謄寫，沒有深入理解，導致教學效率低下。目前，板書教學逐步被多媒體教學取代，雖然教師授課知識增多了，但是因缺少互動，教學效果并不是很好，傳統的教學模式和方法已不能滿足對高素質應用型工程技術人才培養的需求[5]。因此，其他方式的教學模式和方法需要有機地引入到課堂教學過程中。(3)傳統的考核方式單一，以期末卷面考試為主，缺乏對教學效果的過程性評價，忽略了對學生的認知過程和實踐應用能力的考核，不夠重視學生的創新和實踐能力的培養。

2 打造化工原理“金課”的教學設計思路

以河南工業大學化學工程與工藝專業《化工原理》課程為例，簡述基于一流本科課程建設下的“金課”課程設計過程。

2.1 教學設計理念

打造“金課”必須進行課堂教學改革。堅持以學生為中心，能力產出為導向，持續改進教學，突出立德樹人的OBE教學理念。在整個教學過程中，充分發揮學生的主體作用，突出學生的主體地位，充分調動學生的學習主動性，激發學生的學習興趣，充分挖掘課程中的思政元素[6，7]，注重培養學生的工程思維能力，為后續其他專業課的學習奠定基礎。

2.2 教學目標

根據國家需要，培養價值理性化學工程師和高素質應用型人才的需求以及具體的學情分析，確立知識、能力和素質三個方面的教學目標，教學目標如下：

知識目標：理解并掌握化工生產過程中典型化工單元操作的基礎知識和基本原理。

能力目標：能運用所學知識對典型單元操作過程進行工藝計算，分析其操作特性、影響因素和強化途徑等，并能對各單元操作過程進行設計和優化；能熟練解決化工單元操作中的實際應用問題，強化學生處理化工生產中復雜工程問題的能力；

素質目標：化工單元操作過程的設計和優化離不開環保、節能、安全和技術經濟等因素，引導學生樹立科學的世界觀，并遵守工程職業道德和規范，培養學生責任擔當、貢獻社會的意識；通過小組討論學習，學會如何向他人進行有效溝通及合作，養成嚴謹踏實的工作態度；通過教學知識拓展，網絡資源利用等，能夠持續關注本專業相關知識領域的發展現狀和前沿，開展自主學習，掌握有效的學習方法，成為主動高效的學習者。

教學目標對畢業要求的支撐：

(1) 掌握化工基礎理論知識，能用數學模型方法推演、分析化學工程中的熱力學過程、單元操作和自動控制等復雜工程問題；

(2) 能夠運用自然科學和工程技術的基本原理，對復雜工程背景下化工領域研究和設計過程中遇到的具體問題的關鍵環節進行識別和判斷；

(3) 能夠針對化工工程項目的具體情況，分析和評價項目的設計和生產使用等環節對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能評定并理解所要承擔的責任；能夠了解化學工程專業前沿技術和發展趨勢，能認識不斷探索和學習的必要性，具有自主學習和終身學習的意識。

2.3 教學模式設計

根據布魯姆目標分類原則，在施行課程目標過程中，學生需要經過從記憶到創造六個階段，因此，對教學目標進行了細化和分層，并結合學生的實際學習能力，確定了各分層教學目標對應的教學階段(如圖1所示)。

圖1 “課前-課中-課后”教學模式

在整個教學的過程中，采用“課前導學-課中教學-課后個性化輔導”三個階段組織開展教學。課前，教師通過超星學習通(以下簡稱學習通)網絡平臺以及班級QQ群將教學日志、慕課視頻(采用天津大學賈紹義教授主講的國家級精品課程化工傳質與分離過程)、授課PPT及學習建議等預習資源推送給學生，要求學生對即將講授的知識進行預習并完成課前預習測試，要求根據預習內容形成個人初步的認識，能夠提出自己的初步見解。這有利于提高的學生的自我管理能力和自主學習能力。課中，教師根據課前預習情況講述課程內容(通過雨課堂)，著重講解教學重點和教學難點，并進行全方位多層次的課堂互動討論，由教師主導，精心設計研討題目(要體現“金課”的高階性、創新性和挑戰度)，學生給出答案，教師進行點評，對學生進行思維拓展訓練；學生可以采用移動設備(如手機等)實現課上實時答題互動。這樣，可以將專業知識順利傳授給學生，全面培養學生知識應用和解決實際復雜問題的能力，實現知識和能力的有機融合。課后，教師通過學習通發布作業，布置調研報告及相關知識點作業等。學生要及時復習并總結所學知識，理清知識結構和脈絡，完成作業。根據通過作業完成及反饋情況，教師對學生進行個性化輔導，并進一步組織和設計后續教學環節，以確保課程目標的達成。

2.4 課程思政教育的融入

本課程充分挖掘課程中蘊含的思政元素，將思想政治教育柔性恰當地貫穿于整個授課體系中，實現教書與育人的“無縫對接”[7]。例如：在給學生介紹化工原理課程發展史以及對化工工業貢獻時，選擇性切入我國老一輩科學家的感人事跡，杰出成就等，培養學生的家國情懷和愛國主義精神。在課堂教學過程中介紹我國的一些重大工程，比如介紹傳熱章節換熱器的時候，切入青藏鐵路工程中用到的由我國科學家創造性開發的低溫熱管技術，這項技術如今已成功推廣到了“一帶一路”沿線國家，加強學生的民族認同感和自豪感?；ぴ碚n程的精髓是“三傳一反”，講動量、熱量、質量傳遞的過程中，涉及到眾多以科學家名字命名的定律，介紹相應的定律時，穿插這些科學家曲折的人生故事以及他們堅守真理、勇攀高峰的科學精神，引發學生對科學精神和理想信念的思考。在介紹不同單元操作時，通過重點講解不同單元操作過程中的安全隱患和防范措施，培養學生嚴謹的職業素養和細致認真的工作作風。在氣體吸收、蒸餾、液液萃取章節著重介紹和分析適宜液氣比、回流比、溶劑比的確定原則(操作費和設備費之和最低)，培養學生運用技術經濟觀點分析解決實際工程問題的能力，提高學生的成本意識。在介紹氣體吸收時，通過短視頻切入霧霾等污染現象產生的原因及治理的方式，讓學生學習相關知識的同時，引導和培養學生牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”以及“環境保護就是保護生產力”的綠色發展理念?；ぴ碚n程中蘊含著豐富的哲學觀點(比如： “三傳類比”體現了“認識事物，要透過現象看本質”的哲學觀點；三傳過程體現了“物質是運動的，運動是有規律的，規律是可以認識的”哲學觀點；精餾計算過程中的理論板假定和恒摩爾流假定體現了“解決問題要抓住主要矛盾”的哲學觀點；雷諾實驗中流體流動型態由層流發展為湍流過程以及填料塔內填料層的持液量隨氣速不斷增加出現液泛現象等，體現了“量變到質變”的哲學觀點)，在本課程授課過程中，運用哲學觀點剖析所需知識點，培養和提高學生的哲學思維和邏輯思辨能力。

2.5 課程學習資源和學習支持

圍繞上述設計思路，本課程為學生提供了豐富的學習資源，包括課件資料、學習視頻、學習動畫以及網絡在線學習資源(學習通、學堂在線、精品課、中國大學MOOC、高等學校教學資源網等，比如通過學習通平臺提供作業庫、題庫、課后拓展資料等)，并指導學生充分利用這些資源進行自主學習；為確保學生到達學習目標和完成學習成果，本課程為學生提供了多方位的學習支持，包括課堂講授：對關鍵知識點、學習重點和難點及學習方法等進行課堂講解；課堂師生研討：對主要知識點采用課堂師生互問互答方式加深理解；課后學習支持：推送課堂教學課件、視頻等學習資源，支持課后學習；課后學習指導：采用班級微信群或QQ群進行實時互動交流，實現全天性在線答疑解惑；階段性成果反饋：通過學生課堂表現、作業完成情況、章節測驗成績等及時整理學生學習效果，反饋學生并對存在的共性問題進行補充講解；幫扶學習困難學生：對學習困難學生采用單獨指導，加強監控等方式幫助他們度過困難期并順利完成該課程的學習。

2.6 課程考核方式

本課程根據教學目標實施過程性考核，采取以下5種考核方式(見表1)對教學效果進行評價。

表1 課程考核方式及分值所占比例

2.7 課程教學方法

針對不同的授課內容，采用不同的教學方法。比如對于氣體吸收、蒸餾章節，多采用案例教學法，結合工程實際，精心選擇工程案例，增強學生的工程觀念；通過分析案例中揭示的有關問題，引導學生思考、討論和歸納總結，提高學生分析和解決復雜問題的能力；對于氣液傳質設備章節，采用趣味教學法，課前讓學生到實驗室參觀板式塔和填料塔，激發學生的學習興趣；對于液液萃取章節，采用翻轉課堂的方式進行授課，鍛煉學生的語言表達以及團隊協作能力；采用適當播放教學動畫模擬視頻的方式，吸引學生注意力，解釋教學難點；同時采用師生研討方式，對學生進行思維拓展訓練。

2.8 課程特色與改革創新點

課程特色是以動引實：以形象生動的動畫視頻和實驗演示，展示化工設備內的傳遞現象或工作原理，使學生感受身臨其境的體驗。

與以往課程相比，本課程的教學改革創新點：

(1) 教學內容上的創新：在原有內容基礎上，時刻融入工程上的新方法、新工藝等內容，以典型化工單元操作為導向，結合工程實際，精心選擇工程案例，突出課堂所授知識與工程緊密結合，增強學生的工程觀念，提高學生分析和解決實際復雜問題的能力。

(2) 教學方式上的創新：由以教師為中心的單一教學，轉變為強調學生是教學的主體，以學生的發展為中心，采取靈活多樣的教法。

(3) 考核方式上的創新：除了常規的期末卷面考試測評之外，根據教學目標實施過程性考核對教學效果進行評價；增加了平時的課堂表現，調研報告，單元測試，作業的過程性考核；對學生的學習全過程進行動態、實時評價和反饋，為教師施教提供及時、準確信息，實現教學的持續改進。

(4) 思政教育的融入：充分挖掘課程中的思政元素，融入課程教學之中；適時鼓勵引導學生，傳播正能量，實現專業課程“知識傳授”與“價值引領”的相統一。

2.9 教學效果比較

與以往課程相比，本課程從以傳授知識為主改為以解決實際問題、能力培養為主，學生的學習興趣得到提升，學習效果顯著提高。本課程改革后(2019-2020-1學年)與以往同課程(2017-2018-1學年)相比，學生成績分布如圖2所示。

圖2 課程改革前和改革后學生成績分布

3 結束語

化工原理課程“金課”建設教學改革探索是一流本科課程建設背景下面向新工科培養學生實踐能力、創新能力、綜合素質以及核心競爭力的內在組成部分。課程質量和學習成效是“金課”的關鍵要素?；ぴ怼敖鹫n”建設以培養高素質應用型工程技術人才為目標，通過混合式教學、信息化教學、自主探究式學習深度融合，深化了高等教育改革，提高了教學效果。化工原理“金課”教學探索的初步實踐表明，本課程教學設計思路對于建設高質量和高成效的“金課”有重要意義，希望本文的研究能為應用型本科的“金課”教學和“金課”建設提供有益的參考。