《化工原理》智慧課堂教學模式改革探索

呂東燦，李鑫，胡曉娟，孟彥羽，王麗霞

（河南農業大學理學院，河南鄭州 450002）

隨著互聯網對教育行業的不斷滲透，線上線下教育相互學習，使得學習場景和教學場景逐漸突破了時間和空間的束縛，知識獲取方式更為靈活。 在2018 年全國教育信息化工作會議上，教育部副部長強調，努力構建“互聯網+”條件下的人才培養新模式、發展基于互聯網的教育服務新模式、探索信息時代教育治理新模式，努力讓教育信息化2.0 變為現實[1]。 《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010～2020 年）》也明確指出：“不斷優化高等教育結構，優化學科專業、類型、層次結構，促進多學科交叉和融合。 重點擴大應用型、復合型、技能型人才培養規模”。 2020 年，國家發改委、教育部等聯合發文提出要大力發展融合化在線教育，形成良性互動格局[2]。 在線教育的要點是“線上線下融合”，該政策的提出使得在線教育即將進入新紀元。

作為典型的高等農林院校，我校《化工原理》的授課對象是應用化學、生物技術、生物工程、食品工程和制藥工程等專業，涉及四個學院五個專業。 《化工原理》是一門屬于工程科學的基礎核心課程，是綜合運用物理、數學和化學等基礎技術分析和解決化工生產過程實際問題的一門學科[3]，是自然領域的基礎知識向工程科學過渡的入門課程，旨在培養學生運用基礎理論分析和解決化工單元操作中實際問題的能力[4]，倡導和培養學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀和榮辱觀。 該課程教學水平的高低，對化工及其相關專業學生的業務素質和工程能力的培養起著至關重要的作用[5]。 因此，線上線下混合式智慧課堂教學模式的建設具有重要的意義。

1 《化工原理》課程教學現狀

本課授課對象為大學二年級或三年級學生，他們經過專業學習已獲得了一定的專業知識，思維活躍，但化工基礎薄弱，工程思維能力較差，而化工原理是一門實踐性較強的學科，所面臨的是大量的工程實際問題，只有在錯綜復雜的諸多影響因素中，抓住主要矛盾并進行合理簡化，才能找到解決實際問題的正確途徑。 因此，本課程的學習， 不能采用與自然科學一樣的理論思維方法，需要引入工程化實際應用的概念來分析解決問題，而工程化概念正是學生所缺乏的。 化工原理教研組根據授課學生的特點，購買了多套虛擬仿真實驗軟件，但在使用上與課程知識的結合度不夠緊密，融合性不夠好。

在工科院校中由于有專業認證的要求，對《化工原理》課程提出了明確的要求，而對于農業院校應用化學、生物工程等專業沒有明確的認證指標要求。 我校化工原理課時安排（理論教學60學時，實驗教學20 學時）相對較少，增加了課程學習難度；此外，上課班級一般為90 人或120 人，這種大班授課模式很難使教師照顧到所有學生，不能充分體現“以學生發展為中心”的教學理念，達到全方位育人的目標。

2 《化工原理》智慧課堂改革內容

基于以下兩方面進行改革：1）在遵循課程大綱和新目標前提下，對教學內容進行補充、豐富、完善和發展，通過課程的二次“研發”，打造學生感興趣、愿意學的線上課程內容；2）創建“N+2”（多種互動和考核形式，大學MOOC 或SPOC、學習通兩個平臺）教學模式，使線上和線下環節有機融合，建成一門真正以學生為中心的智慧課程。

2.1 教學內容的改革

要達到信息技術與教學的深度融合，需要對教學內容，尤其是線上教學內容進行改革。 現今中國大學慕課（MOOC）、學堂在線等網絡教學平臺上的課程視頻制作精良，但課程的被接受程度卻不理想。 原因是線上課程與線下教學模式不完全一樣，線上課程教師表情相對嚴肅，且不能隨時注意到學生對知識的理解程度，學生很容易產生視覺疲勞和畏難情緒；另一方面，傳統課堂中教師會有合理的板書，線上課程基本沒有板書部分，單一的授課形式不利于學生理解。 因此在這樣的大環境下，如何進行合理有效的線上授課模式亟待探索。 項目通過對線上授課內容和形式的“二次研發”，將化工實踐實例、生活應用[6]、化工模擬流程、虛擬仿真軟件等引入課件，并在網絡授課過程中添加公式推導和演算，增加線上課堂的趣味性和實用性，真正提升線上教學效果。

2.2 教學模式的改革

化工原理教研組去年建設并試用SPOC 化工原理網絡課程，整體反映良好。 實時跟蹤和監督學生在網絡上的學習情況，避免了一部分同學考前突擊復習的學習方式。 但由于線上與線下課程相對獨立，線上課程主要靠學生課后自學，教師的監督和管理功能被弱化，特別是自主學習能力較差、無法獨立完成在線課程學習的學生，更需要教師的監督和指導。 而線上課程所強調的就是“以學生為中心”，以學生的自主學習為主，教師角色由知識傳授者轉變為學生學習的指導者，需要一定的方法和策略才能真正帶動學生學習。 基于此，項目組成員設計“N+2”教學模式，根據學生的個體差異，讓學生自主選擇考核與學習內容，提高學生的學習主動性與積極性， 優化課程的客觀評價模式，真正地滿足對農林專業人才培養的要求。

2.3 教學目標的改革

融合式智慧課堂不僅需要線上與線下內容的有機融合， 還需要全課程育人教學理念與課程內容有機融合。2019 年明確了立德樹人、鑄魂育人的總體要求。化工原理原教學目標為掌握三傳（動量、熱量和質量傳遞）理論和各種單元操作的內在規律和基本原理，培養學生掌握工程的概念、觀點與方法，具備解決實際問題的工程能力。 新教學目標為培養學生運用辯證唯物主義觀點和科學的方法論考察、分析和處理工程過程的實際問題；培養學生的工程觀點以及實驗技能和設計能力。課程知識教學互相融合、并行，課程教學中貫穿立德樹人的育人理念。這就要求教師將知識傳授與價值引領相結合，把知識教育與價值觀教育、能力培養有機融合，著力培養全面發展的社會主義建設者和接班人，著力培養擔負民族復興大任的“有理想、有本領、有擔當”的時代新人。

3 《化工原理》智慧課堂教學改革的實施

3.1 教學內容的創新

化工原理教研組集體討論確定線上授課知識點與內容，引入名人故事、中國文化、化工生產實例、虛擬仿真實驗、生活實例、國家化工新政策等；聯系具有代表性的化工生產公司，實地錄制與特定單元操作相關的視頻； 使用手寫板自制公式推導視頻；收集近年來化工生產事故視頻、綠色化工發展新思路、 新理念等內容講解單元操作的特點與注意事項，針對性地錄制線上授課視頻。

3.2 師生交流平臺的搭建

搭建“N+2”師生互動平臺，“N”指教學資料、教學課件、簽到、課中討論、投票、搶答、課后思考、課中測試、單元測試、學生反饋、組間互評等模塊，團隊教師提前搭建好各章模塊；“2” 指中國大學MOOC 或SPOC 平臺和超星學習通平臺。 中國大學慕課具有上課地點不受限制，課程內容短小精悍的優點；超星學習通則是一款更適用于手機使用的APP 軟件，它集資源整合、知識挖掘、數據分析、文獻計量學模型等相關技術，較好地解決了復雜異構數據庫群的集成整合，實現了通過超星泛雅網絡教學平臺連接教室端、移動端和管理端的“一平三端”的信息化便捷高效教學模式。 線上課程及系統測評放在在線開放平臺；線下教師重點放在使用超星學習通平臺引導學生學習和教學互動，課中實時互動有利于隨時了解學情。 定期收集學生反饋意見，了解學生滿意度，進行教學反思和改進。

3.3 考核形式的完善

考核形式的完善重點在于過程性考核、構建量化的成績評價體系和靈活化的后臺評分系統。教師制作化工原理題庫，對同一知識點設計多種題型，學生自主安排時間個性化答題（如20 題選10）；加強過程管理，開展課程過程性考核如考勤、線上課程參與度、線下課堂表現、作業、筆記、單元測試、期中測驗等占總評成績的60%，每一環節都給出量化指標。 定期導出后臺數據進行學情分析，通過更改教學進度或了解完成程度較低學生的具體情況，針對性地制定學生學習計劃。

4 結語

農業院校《化工原理》智慧課堂教學改革圍繞在線化融合教學理念，力求在提高教學效果的基礎上，培養學生綜合分析和解決工程實際問題的能力。 改革過程中教師需要思考如何做好線下內容更好地適配線上的教學內容，如何設計線上內容以與線下內容有機契合。 通過線上線下融合式智慧課堂的充分利用，用知識縫制鎧甲武裝學生，不遠的將來才能披甲上陣。