基于教與學同構化“化工設備機械基礎”課程創新與實踐*

張 允，牛永生，張 楠，趙 凌，路有昌

(安陽工學院化學與環境工程學院，河南 安陽 455000)

“化工設備機械基礎”課程是化工、石油、制藥、能源、材料等相關專業的一門專業必修課。課程內容涉及廣泛，突出實踐性，又有較強的理論性，因此學生既要在理論學習的過程中需要投入較多的精力，又要較好的參與到實踐學習過程中。除此之外，如何在課程上引導學生對家國情懷、個人品格和科學觀點等的理解是更好深入學習本課程內涵的重要手段和重要授課內容。教與學是一對矛盾，也是一個共同體，如何實現教與學的同構化正是我們所最求的目標。

國內也有學者針對新形勢下“化工設備機械基礎”課程在課程的教學改革中提出了一些觀點和看法。內蒙古科技大學段建國等以教育理念和課程建設結合，建設工程教育理念、鮮明、素質提升的課程教學模式，進而提升學生的專業素養[1]。蚌埠學院石春杰等以案例教學為抓手，通過新的教學模式有效提高學生的工程實踐能力和解決問題的能力[2]。另外，還有一些教師以具體案例為基礎，嘗試對課程進行深入探討和學習[3-6]。在課程改革大背景下，對如何更好的將內容融入專業教育中，一些老師采用了眾多有效的教學改革方法[7-10]。

“化工設備機械基礎”課程是一門理論與實用并重的專業必修課，綜合性突顯，在化工類本科生培養中具有重要作用，其實踐和具象化內容突出，相較基礎課程更能引起學生對學科應用性的興趣。對于培養化工類專業學生在化工生產管理、工藝和設備設計、生產項目開發等環境中解決復雜化學工程問題具有重要作用。我們以人文科學素養為串聯環節，以教和學雙向構建教學案例為實施方法，利用信息化手段推動互動性與實踐性，通過構建低、中、高階認知的教學案例，形成“工程實踐與人文科學交融”新的教學模式。實現課程元素與專業知識的共融，使用“教與學同構化法”引導學生進行自主學習和開發學習案例，學生的反饋和成果又納入課程內容，使教學內容不斷迭代優化從而實現教與學的同構化和教學改進的持續化。

1 前期學情分析

“化工設備機械基礎”教學團隊將平時作業和測試內容按照布魯姆認知模型，對2012～2021 學年共計 976名學生的完成情況進行了分析，得到相對完成度(得分與滿分比值)的情況，如表1所示。

表1 2012-2021學年安陽工學院化工設備機械基礎課程相對完成度

本課程在2013 年以前，課程性質為專業選修課，教學過程僅包括課內理論教學和期末考試，課內的項目化內容得分較低導致相對完成度一般(數值為0.77)。2013年課程性質改為為專業必修課，學生的學習態度有了較為明顯的提高，增設了課程內的實踐教學環節以及相關的課程項目，相對完成度開始逐年上升，綜合成績有了比較明顯的提高。從2015年起，對專業必修課進行了升級，課程教學中增加了設計類項目化案例開發，學生的相對完成度穩步提高。從上述三個階段分析可知，學生對記憶類知識始終掌握的比較好，在引進項目化設計教學后，學生實踐能力得到了提升。特別是2019年開始，引入線上線下平臺和并引入課程元素后，在利用專業知識進行復雜模型建立、案例分析等方面，能力得到有效的提升，課程為課程樹立的良好形象，增加了學生的學習動力，強化了更高階認知。因此，強化實踐教學并融入課程元素，是學生知識結構從低階到高階的重要支撐，拓展了學生的創新思維、鍛煉了學生的實踐能力。但是目前，“化工設備機械基礎”課程仍然存在著理論學習難度高、場所化實踐訓練實施難、課程元素融入方式需要進一步解決等問題。

除了學生考試的分數，根據學生的人文素養、科學素養和素養、團隊的寫作能力、實踐動手能力等方面的評估，再對學習過“化工設備機械基礎”學生進行針對性選拔和指導，學生獲得的榮譽稱號、累計獲得各類科技競賽、創新創業獎項情況有顯著提升。教與學同構化是基于直接鍛煉學生對知識進行系統整合的能力，讓學生深度參與課程內容，加強學生對課程的認知。 另外，學生參與的模型構建，使教師可以把學生反饋的內容整合到教學內容中，實現對教學內容的優化，最后實現 “教與學共同”的構建。基于前期的學情分析和建設基礎，項目的可操作性強，可復制推廣。

2 課程案例融入方案

團隊提出，以課程元素“連接器”，以教學雙方共同構建教學案例為方法，強化教學過程中的互動與實踐，形成“認知均衡化”的教學范式。另外，課程對知識實施了碎片化，使之在低階認知層面易于記憶和理解，但不易整合成為一個整體的知識系統來使用。教師現場教學環節核心的作用是帶領學生進行碎片化知識的有機整合。而解決知識結構零散，關聯性不強的問題，使教師從“講授者”轉變為“表演者”，形成“學生提供素材，教師整合”的課堂模式，這是“教”的構建。使學生從模仿到獨立理解再到創新，鍛煉學生的知識重組能力，強化學生的認知能力，這是“學”的構建。反饋以后，再整合到教學中，完成“教與學的同構化”。

在學生入學后，實際上對課程的認知培養就已經開始，并不是僅限于本課程人才培養方案所規定的時間段。在大一通識教育階段，包括政治、歷史、文化和科普講座等知識的普及，實際上已經為文化素養和課程元素的融入奠定了基礎。在大二階段，通過“化工導論”和“化工原理”等課程的學習，為初步了解化工設備提供了更高一階的工程化知識體系，激發學生對化工生產裝置的興趣和求知欲，大量學生表示對深入了解化工設備的原理和應用表現出濃厚的興趣。在大三階段，正式開始并完成本課程的教與學任務，并得到學生的反饋。在大四年級，通過前期的積累，學生已經比較全面的學習和掌握了相關知識，由此可以參加各級各類學科競賽和畢業設計等活動，可以大大提升學生的工程綜合能力。

特別強調的是，在課程學習階段，教師一定要從單方面的講授者轉變為引導者，形成學生參與提供素材，教師整合資源和接收反饋的良性互動的課堂。使學生從被動模仿到創新的新階段，從而鍛煉學生對知識的整合能力，激發學生的感知能力，這是“學”的構建。反饋總結后，再應用到教學之中，從而完成“教與學的同構化”。強化課程融入的場景化剖析，把繁瑣枯燥的知識結合具體的實際應用場景來進行講授，使高階認知和低階認知產生良性互動，提升學生學習主動性和創造性

在課程融入過程中，要求學生要有相對完整的案例，對問題進行分析。這樣既可以鍛煉學生整合知識的能力，內化學生的認知，又能讓學生生如了解案例內涵，從而達到“學”的構建。再者，每個學生對模型的構建往往具有區別性和創新性，使教師可以把學生反饋的內容整合到教學實際中，實現對教學內容的優化從而達到了“教與學共同”的構建。讓“教”與“學”充分互動，完成教學閉環，實現教學的耦合，構建成課程融入的應用場景，把枯燥的知識點結合應用場景，提升學習主動性和持續性。

3 課程案例融入目標

課程深度融入人文科學素養，充分挖掘人文元素，優選課程案例，將枯燥的理論知識連接成一個又一個帶有情節的故事，激發學生的學習興趣，培養價值理念，從而強化學習的更高階認知能力。不斷優化更新在線題庫資源，建立科學合理的評價體系，對學生作業完成情況進行科學評價、給出合理化建議和學習提示。不斷完善實踐創新平臺，在實踐教學中的現場教學、崗位實習、乙酸乙酯熱模模型實習實訓裝置、省級實驗教學示范中心等平臺下，強化實踐認知和動手能力。 師生共同構建案例，實現“同構化”，促使學生利用知識去主動完成較為復雜的整合過程，并采取“學生講”的方法，引導學生去思考和講解課程中的內容，這是強化學習過程的關鍵環節。

教學團隊在線下、線上、混合、在線、課程等各方面均有省部級以上的獎項/教改經驗作為支撐，教材選用有的放矢，省級本科教學實驗中心具備了虛實結合的實驗平臺，形成6+2 優質教學資源，從而實現精準掌控“教”“學”銜接，實現知識內化重構，如圖1所示。

圖1 教學資源整合

此外，課程的融入不能改變原有專業課程專業屬性，更不能生硬照搬，而是要充分挖掘和發揮專業課程的德育功能，提煉處課程中所蘊含的文化基因和價值，在潤物細無聲中將其轉化為具體化和生動化的教學載體，從而實現在知識學習中自然融入的精神引領，使課堂真正的成為弘揚主旋律和傳播正能量的主陣地。

在教學評價過程中，確立以產教融合理念為先導，推廣校企合作共建案例化課程，企業和高校全過程參與課程教學工作。逐步完善校企協同的多元評價機制，讓校企共同制定課程考核方案。在課程教學中由學生實施自評、互評，教師評價，企業導師評價，最終確定課程成績。對于學生素質進行綜合評價，結合課程目標，以項目為載體采用線上線下相結合的方式對學生個人修養、職業素質、理想信念的養成進行全過程綜合評價。

4 結語

參與課程的教學改革班的學生的成績與前期未參加的普通學生相比，教學改革班的平均分比原來普通班級相對完成度更高。隨著教學改革的逐步深化，學生的知識結構不斷優化，知識完成度會不斷提升，完成教學大綱設定的培養目標情況會有所提升。

我們從課程培養入手，利用虛實結合的方法培養學生的動手能力，利用人文素養建立文化自信和制度自信，實現課程內容與專業內容的協調和統一，利用教與學兩個環節進行案例的 “教與學同構化”方法引導學生進行自主學習、主動構建教學案例、主動創新，學生的創新成果又可以納入課程體系內容，不斷促進教學過程的迭代優化。使學生利用專業知識去主動完成較為復雜的整合過程，并采取“學生深度參與”的方法，不斷內化學生對的課程的認知，引導學生去思考和理解課程中的相關內容，來強化中階認知的關鍵環節，實現對教學內容的優化。而高階認知和低階認知良性互動，可以提升學習主動性，從而產生教與學的良性循環和相互促進，實現“教與學的同構化”。

除了學生考試的分數，我們根據學生的人文素養、科學素養、信息化素養、團隊寫作能力、實踐動手能力的評估，會對學習過“化工設備機械基礎”學生進行針對性選拔、指導，學生獲得的榮譽稱號、累計獲得各類科技競賽/創新創業獎項情況或有顯著提升。教學模式可操作性強，可推廣、可復制，形成良性循環和發展。利用課程融入與教學結合的方法培養學生理解能力和創新能力，利用貫穿始終的人文科學建立自信，激發學生的學習熱情，實現內容與專業內容的協調統一，“教與學同構化”方法引導學生自主學習構建案例，學生的創新成果又反哺課程教學內容，促進教學過程的不斷迭代優化。引導學生深入思考和理解課程相關內容，來強化認知的關鍵環節，實現對教學內容的優化。