基于超星學習通平臺的化工原理混合式教學模式研究

陳珍，孫勇，李業梅，周佳，周視玉 (漢江師范學院 化學與環境工程學院，湖北 十堰 442000)

0 引言

近年來隨著“互聯網+”和“智能+”技術支撐的在線教學在中國各大高校快速發展，超星學習通等線上教學平臺得到了越來越廣泛的運用。與傳統教學相比，信息技術和移動化教學資源不僅能激發學生的學習興趣，還能極大擴展學習的深度和廣度。然而，從近幾年的教學實踐效果來看，單純的線上教學還存在諸多不足之處：其一，線上學習對網絡帶寬和穩定性的需求較高，對部分網絡環境較差的學生學習的流暢性和體驗感不佳；其二，線上教學更需要學生具有高度的主觀能動性，這對部分大學生尤其是地方本科院校學生極具挑戰性；其三，線上教學缺乏師生之間的當面交流和有效互動，一定程度上降低了學習的積極性[1]。因此，基于超星學習通平臺打造線上線下混合式教學模式，能夠充分利用線上教學資源和課堂管理策略，助推線下教學質量和教學效果的快速提升。

化工原理課程是我校應用化學專業的一門專業必修課，注重培養具有工程思維能力的化工專業人才。結合近年來對我校學生學習化工原理課程的相關分析，本課程教學的主要難點體現在三個方面：一是化工原理主要研究化工生產中各種典型的單元操作相關問題，與生產緊密結合，強調工程觀點，作為學生接觸的第一門工科課程，思維轉換難度較大；二是相關公式多、計算量大，對學生邏輯思維能力要求較高；三是面對枯燥的理論知識教學，學生學習的主觀能動性相對不足，學習效果不佳。因此，本文探討了以線上線下混合式教學模式為基礎，充分利用超星學習平臺改革傳統化工原理課程教學模式、提升教學效果的主要舉措和效果，以期不斷提升化工原理課程的教學質量，培養更多優秀的化工專業人才。

1 混合式教學模式的研究背景和優勢

1.1 混合式教學模式的研究背景

伴隨著《關于加強高等教育在線開放課程建設應用與管理的意見》(2015)、《教學信息化2.0 行動計劃》(2018)等文件出臺，迎來了高等教學的大變革，各類課程的在線資源如雨后春筍般在網上涌現，不斷推動著現代信息技術與教學的深度融合。羅映紅[2]首次提出系統構建高校混合式教學模式，創新設計八階段混合式教學過程，構建“二維三位一體”的混合式教學模式。張錦等[3]提出混合式教學不僅僅是線上線下教學或者傳統教學與網絡教學的融合，更應該是包含了教學空間、教學時間、教學方式和教學評價的多種元素混合，拓寬了對混合式教學的傳統認知。凌小萍等[4]針對高校思政課混合教學模式“教什么”“怎么教”提出立足實施效果，加強師資隊伍建設，創新激勵與評價機制來優化和改進混合式教學模式。在新冠疫情對課堂教學工作產生巨大影響的這幾年，更是推動了在線課程的快速發展和更新，其中以化工原理課程為例的混合式教學模式探索，研究者和老師們也不斷總結經驗，反思教學，推動化工原理混合式教學模式的不斷改進和創新。晏瑾等[5]以“雨課堂”和“對分易”平臺為教學工具，開展了化工原理混合教學模式的探索，充分發揮課前、中、后三階段的學習特性，收到較好的效果。廖益強等[6]在詳細分析了傳統化工原理課堂教學的弊端后，對混合教學在網絡資源設計，課堂教學安排以及師生互動方面提出一些思路和建議。

混合式教學模式因專業背景、課程內容和性質、所教對象的特征等不同，具體的設計方案也需要隨之變化。教師在探索符合自己課程的混合式教學模式過程中，應當緊密結合本課程的教學內容、性質和目標，充分調研并分析學情，設計更符合本專業學生特色的混合式教學模式。

1.2 混合式教學模式的優勢

混合式教學模式是高等教育不斷發展的產物，是依托在線課程建設的新型教學模式。其特點是學習具有專業性、目的性和探索性，且充分調動和發揮學生的主觀能動性。混合式教學可以有效地拓寬學習的空間和時間，學生利用相對自由的時間和地點因時因地開展學習；增強教學互動，老師可以多方位了解學生的學習情況并及時給予幫助和解答；改善學習模式，由僅靠老師的輸入式教學，轉變為學生啟發式學習，帶著問題自行去查閱調研，提高學生自主學習能力，激發學習興趣；拓寬學習的寬度和深度，學生可以了解到更多課程背景知識和相關應用，引發思考，提高創新能力。

2 混合式教學模式的實踐運用

超星學習通誕生于2016 年，在新冠疫情期間被廣泛應用并快速發展的重要學習平臺之一[7]。它擁有非常方便的教學資源和教學管理工具，超星同步課堂可以白板、互動提問、自動錄課，并以課程章節的形式提供自主學習資源，為學生學習、老師教學并及時掌握學習動態提供了便利。

化工原理課程理論性較強，圍繞“三傳”即動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞為主線，對不同單元操作的工作原理、計算及相關設備進行教授，涉及的物理量和公式多，計算較復雜。在以往的學習過程中，學生學習存在各種各樣的問題，比如自覺課前預計和課后復習能動性差；對很多物理量感到抽象不太理解；公式的推導課上聽懂，課后很快忘記；不能理解理論的推導與生產關聯，缺乏理論知識與實際的聯系，導致后期實驗課和課程設計效果不佳；作業訓練單一，對知識點掌握不牢；不能及時了解不同學生的情況，導致學習效果差，課堂沉悶枯燥。雖然在教學過程中不斷反思，優化教學內容和方式，通過實地調查問卷等形式與學生互動溝通，但是效果甚微。借著新冠疫情導致在線教學成為主流這一契機，筆者充分利用超星學習通平臺，對本課程的教學進行了研究和改革，在不斷改進與實踐的過程中，以往教學過程中遇到的問題被很好的解決，收到了較好的學習反饋。

2.1 混合式教學模式設計方案

新冠疫情來襲，教育部號召停課不停學，各高校陸續開展在線教學。筆者所授的化工原理課程借助中國大學MOOC 資源建立了本校化工原理課程的SPOC，通過一個學期的在線教學，發現學生學習效果相比傳統的教學模式總體呈現好轉趨勢。這主要體現在：直播課堂參與度提升，作業完成情況好轉，對知識的舉一反三能力有所提升，大部分學生的積極性得到提升。然而，通過學習數據和考核結果來看，也存在很大的問題，完全的在線學習尤其是直播課，對身處偏遠山區信號不佳的學生挑戰較大；部分學生僅為了完成任務點而學習，因為長期不在課堂，缺乏學習的動力和自覺性；由于無法當面有效互動，也有學生在學期中后期學習效果出現下滑。

隨著疫情防控的不斷優化，復課形式呈現多樣化，其中混合式教學模式受到廣大師生的普遍認可。筆者利用在線教學資源和平臺的優勢，開展了化工原理線上線下混合式教學模式的改革與探索。首先，為學生推薦北京化工大學化工原理國家精品課程為本課程在線學習的優質資源。其次，在超星學習通平臺創建化工原理在線課程，包括建立試題庫、媒體素材庫、課件素材庫、案例素材庫和討論區素材庫。最后，優化課堂授課內容，筆者并將每章的內容分為三大部分：第一部分是基本概念的學習；第二部分是重要公式的推導及討論；第三部分是對理論知識的運用和發散。在此基礎上，合理分配線上與線下學習重點，將與已學課程緊密關聯的基礎性知識調整為課前預習和課堂鞏固，將重要原理的推導與運用作為授課的核心內容，將綜合及發散性問題采用翻轉課堂達到知識的鞏固與升華。所有學習通的任務與互動，學生均可通過手機APP 或者電腦網頁端完成。基于超星學習通的混合教學模式如圖1 所示。

圖1 基于超星學習通的混合教學模式

2.2 混合式教學模式的開展

2.2.1 線上自主學習

根據課程設計方案，在學習本章內容前，將本章的課件PPT、需要推送的案例視頻、測驗題及討論等在學習通發布。

基本概念的學習，主要以預習形式開展線上自主學習。該部分內容具有較強的學科交叉性，比如流體流動這一章，關于密度、壓力、流速與流量這些基本物理量，學生已經在大學物理、物理化學等學科中掌握，但在復習這些知識的過程中，結合本章的流體輸送單元操作過程，又會獲得新的結論。又如蒸餾這一章，關于二元組分的相平衡知識，學生也已經在物理化學中學習了，在討論連續精餾的時候又需要反復運用。將上述內容作為預習任務，在上課前一周將學習資源和單元測驗在學習通以任務點推送給學生，并要求學生將學習后整理的筆記以作業形式上傳學習通。并在課前通報學習情況，對學生學習過程進行監督。

經過上述實踐，與傳統講授式教學相比，大大提升了課堂時間的利用效率。以往需要兩個學時才能將二元相平衡知識講完，現在兩個學時，不僅可以將該知識進行舉一反三的練習，及時解決學生學習中的困惑，還可以很好地銜接二元連續精餾及其原理的新知識引入，大幅提升了學習的效果，激發了學生學習的興趣。

2.2.2 課堂教學與互動

每章新課開始，通過學習通投屏，反饋課前學習效果，解答共性問題，并引入第二部分學習，即重要原理的推導。該部分主要是以老師講授及板書為主，每一個重要公式的推導結束，通過學習通發布隨堂測驗檢驗學習效果，并對共性問題進行解答。有了在線學習的鋪墊，學生在這塊知識的學習更加流暢，而且每節課后，在討論區對知識的總結和反饋也很及時，教師可以具體了解每個學生的學習情況，調整教學內容。

2.2.3 課后拓展與翻轉課堂相結合

綜合性問題是對新知識的運用，并起到舉一反三的效果。首先每章提供所學單元操作與生產緊密結合的案例視頻，供學生自主學習。學生完成課后習題作業的基礎上，筆者在此基礎上通過學習通發布一個相關案例討論和一個綜合計算題，供學生討論和練習，在每章最后的習題課，每個題由預先分好的小組輪流講解并總結，最后由老師來點評補充完善。

2.2.4 過程性評價與反饋

在化工原理混合式教學實施過程中，通過過程性評價，對學生的任務完成度、課程參與度、以及學習結果進行多維度評價。課程按照百分制計算，學習通必學任務點的完成占10%，課堂學習與討論占10%，課后拓展占10%，期中考試占20%，期末考試占50%。此外，每章根據知識點設置3 個討論話題，供學生自由討論，每章學完，老師進行總結歸納，期末根據參與度給予加分獎勵。為了不斷提升教學質量，學期中在學習通開展一次為期一月的學情問卷調查，及時收集學生學習反饋，因材施教，改進教學。期末，通過學習通為學生開展線上答疑。

與傳統的形式單一、較為主觀的評價模式不同，結合在線管理的多維過程性評價更客觀反映了學生的學習成效，符合應用型化學化工人才的培養目標。

3 混合式教學的成效評估

2022 上下學期，基于超星學習通開展化工原理混合式教學模式以來，不論是從學習的成效來看，還是學生的反饋，都收到了較好的效果。具體體現在：(1)學生的課程成績較傳統式教學模式得到較大提升，低分人數(60～70 分)明顯減少，高分人數(90 分以上)凸顯；(2)學習通參與度較好，任務點完成度達到70%以上，討論區回復率達到50%左右；(3)有了助推式預習，練習和啟發式討論，課堂教學更加生動，學生學習積極性得到較大提升。超星學習通教學過程學習數據統計如圖2 所示。

圖2 超星學習通教學過程學習數據統計

本課程的教學改革和實施還在探索階段，仍然存在不足之處，例如學習通缺少老師自己的錄課視頻資源，這也是很多學生反饋的需求；案例視頻和資源仍存在不足；部分學生懶散應付，自主學習能力差，無法適應新教學模式。針對上述問題，筆者建議優化課程團隊，在教學過程中完善教學視頻的制作，為本校學生提供更適合于課后學習的在線資源，以一流本科課程的標準建設本校化工原理的課程資源；加強校企合作，與化工相關企業保持聯系，聘請企業專家為學生進行案例剖析，提升學生的學習熱情；因材施教，不放棄掉隊學生，采用小組幫扶制，不斷提升全班的學習效果；借助在線資源，強化課程思政，提升學生的社會責任感和使命感。

4 混合式教學助力化工人才培養

化工原理課程是一門理論性極強的專業核心課程，是化工原理實驗、化工原理課程設計等實踐性課程的重要基礎，為學生今后從事化學化工行業的生產和工作具有重要的指導意義。在當前“新工科”背景下，對化工專業人才的工程能力和解決實際問題的能力培養越來越重要。在教學過程中，既要有化工過程的理論計算，也要充分融入化工生產實際操作中的各種問題和現實情況，引導學生發現問題、解決問題，培養具有工程實踐能力的新時代化工專業人才隊伍。

第一，課堂教學與在線教育結合，激發學生學習興趣。通過混合式教學模式的開展，將傳統的課堂教學與網絡在線教學有機結合，更好地激發學生的學習興趣，借助新媒體手段提高學生對復雜工程問題的理解能力，給予學生足夠的空間進行自學。通過各種各類典型案例和應用分析，進一步開闊學生的視野，拉近學生與化工生產一線實踐的距離。

第二，完善訓練體系，培養創新能力。根據化學創新型人才綜合素質的構建和實驗教學改革目標，繼續完善創新課程相關的訓練體系，為使培養的化工人才滿足社會的需求，應在化工原理理論知識學習的同時不斷加強化工工程實踐訓練。依托化工原理實驗課程，開展虛擬仿真線上線下學習模式。并在此基礎上，設置創新探索類課題，與本科生畢業論文相結合，鼓勵學生以小組形式，通過自主調研，線上模擬和實訓實踐來完成，并定期組織小組討論和匯報，鍛煉學生的表達能力和寫作、繪圖能力，也為畢業設計打好堅實的基礎。

第三，豐富在線資源，搭建實踐平臺。精準對接化工專業學生實習需求，為學生提供多元化的實踐平臺，切實提高化工人才的社會適應能力。為了解決實習人數多，地方化工企業少等現實問題，探索開展線上實習。與相關化工生產企業聯合開展在線實習素材庫建設，方便學生如臨其境掌握化工原理在生產中的應用與實踐。

第四，積極參與競賽，激發創新精神。緊抓各級各類化工科研競賽契機，以賽促學，以賽促教，培養化工類創新性人才。近年來，化工類競賽規模不斷壯大，種類形式多樣化，教師應強化團隊建設，并總結各類獲獎作品的經驗，將資源整合，作為在線資源為學生所用，鼓勵并積極指導學生參賽。邀請有經驗的團隊開展在線培訓交流，線下調研學習，為學生參賽創造有利條件。

5 結語

混合式教學是適應新時代人才培養目標的教學模式，是高校各課程借助信息技術進行改革的重要趨勢之一。本文初步探索了化工原理課程的混合式教學模式，并充分利用超星學習通平臺，做好課程的建設和管理，所存在的問題是本課程后續需要逐步改進的。只有不斷完善教學設計，創新教學思路，才能取得老師有效的教和學生個性化的學的效果，為服務國家戰略，提升化學化工人才培養質量，進而滿足化學化工行業對人才需求的新要求。