化工熱力學線上線下混合式教學改革與實踐

關(guān)紅玲 , 侯翠紅 , 李松杰 , 任保增 , 詹自力

(鄭州大學 化工學院 , 河南 鄭州 450001)

化工熱力學主要從化學工程的角度分析并給出化工過程經(jīng)歷的實質(zhì)性的變化,利用熱力學原理和計算方法指導各種化工過程的進行和優(yōu)化。它是化工過程研究、開發(fā)與設計的理論基礎(chǔ)[1]。

化工熱力學課程的設置是為了使學生能夠掌握其基本概念、理論和計算方法的知識;利用化工熱力學原理和模型分析化工反應及過程的物質(zhì)利用極限和能量利用極限。在當今提倡綠色化工和節(jié)能減排形勢下,其課程知識體系顯得尤為重要。

1 線上線下混合式教學改革的必要性

1.1 化工熱力學在教學過程中存在的問題

化工熱力學作為化工制藥類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和核心課程,設置在第5學期,共48學時。課程上接物理化學、高數(shù)和物理,下聯(lián)分離工程、反應工程和化工設計,在化工類課程體系中承上啟下,是從理論到實踐、從化學到化工的橋梁。

傳統(tǒng)教學的問題在于課程過于理論化,公式過于繁瑣,同時教學方式和模式過于單一,缺乏與學生興趣點的共鳴,很難調(diào)動學生的積極性,導致學生只能被動地接受知識,僅僅為了應付考試而學習,對于專業(yè)知識的廣度和深度理解不深,同時獨立思考問題和解決問題的能力也不強。教學過程應更注重從專業(yè)課程角度出發(fā),對學生進行思想政治教育,加強對學生人生觀、價值觀、職業(yè)觀的正確引導。同時,需要更加重視對學生綜合能力的培養(yǎng),包括溝通與表達、檢索追蹤分析理解文獻信息、自主提出問題與解答問題等綜合素質(zhì)能力的鍛煉。除此之外,學生學習效果的評價方式過于單一,只以期末考試為準,缺乏過程性評估和考核,無法全面反映學生的學習成果和能力[2-4]。

1.2 線上線下混合式教學的優(yōu)勢

隨著信息技術(shù)以及移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的線上教學法受到國內(nèi)外教育界的廣泛關(guān)注。線上線下混合式教學模式是基于MOOC平臺,結(jié)合學校、教師、學生和課程實際情況,安排 20%～50%的教學時間實施學生線上自主學習,與線下面授有機結(jié)合開展混合式教學的新興模式[1]。混合式教學結(jié)合了線上和線下的優(yōu)勢,符合“以學生為中心”的教育理念。線上資源豐富多樣,可提高學習興趣,拓寬知識和專業(yè)視野;同時線上教學也不存在時間和空間限制,便于學生根據(jù)自身情況靈活安排學習時間。教師可利用線上學習數(shù)據(jù)隨時調(diào)整教學安排,提高師生之間的交流。

2 線上線下混合式教學的設計與實施

教學設計是根據(jù)教學要求和教學對象的特點,有序地安排教學各要素,確定適合的教學方案的規(guī)劃和設想。通常,教學設計涉及教學目標、教學對象、教學任務、教學內(nèi)容、教學方法、教學實施以及評價反饋等要素。

2.1 課程教學目標的改革

傳統(tǒng)教學模式設計教學目標僅著重于知識層面的掌握和理解,不符合現(xiàn)代社會對于綜合性人才的需求。在進行混合式教學設計時,課程目標中除了包含知識與技能目標,還應突出學習過程與方法以及情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)。

化工熱力學混合式課程教學目標包括:①知識目標。理解課程基本內(nèi)容,掌握研究思路和方法。探討過程進行的方向和限度,評價能量的合理利用,指導混合物有效分離,解決化工過程熱力學性質(zhì)計算、能量有效利用、物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化、以及相平衡和化學反應平衡的計算等工程實際問題。②能力目標通過本課程的學習,要求學生理解并掌握化工熱力學的基本內(nèi)容,模型化方法等,培養(yǎng)學生運用化工熱力學的基本原理、觀點和方法,分析、解決有關(guān)工程實際問題的能力。③思政目標引導學生認識化工專業(yè)、樹立工程觀念,培養(yǎng)節(jié)約資源、合理利用能源的意識,樹立并踐行建設美麗中國、節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保的綠色高質(zhì)量發(fā)展理念。

2.2 課程教學設計的改革

教學設計發(fā)揮傳統(tǒng)課堂教學體系嚴謹、師生互動即時高效的優(yōu)點,并利用微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學方式的開放性、資源廣闊性、選擇多樣性、即時性等優(yōu)點為課堂教學過程中學生自主性和個性化學習提供支持,探索基于“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧教學的線上線下混合式教學模式,借助豐富的課程教學資源,建設了線上開放課程,并進行實踐。

教學設計分為3大模塊:①課前學生線上自主學習反饋:利用自建的慕課資源,學生線上自主學習,設置有討論區(qū)和微信群進行反饋,將基礎(chǔ)知識層次的學習交給網(wǎng)絡信息化媒介。②課中課堂集中講授+翻轉(zhuǎn)課堂模式,覆蓋化工熱力學8章,采用多媒體課件和板書相結(jié)合方式剖析課程重難點內(nèi)容。在導入新課時,根據(jù)預習反饋、測試結(jié)果等教師會開展課堂教學,精講預習中存在的問題,并引導學生提出在預習中遇到的疑惑或難點。同時,教師在講解過程中也會借鑒微課的時長,每10～20 min設計一次隨堂測試,以激發(fā)學生的學習興趣。③課后鞏固拓展深化+探究學習,學生在課后鞏固復習完成作業(yè),并利用線上資源拓展學習,完成探究式作業(yè),深化理解化工熱力學在科學研究和工程實踐中的應用;教師在課后對隨堂測驗、課堂討論、教學探究以及學生反饋等內(nèi)容進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析,以深入了解學生情況,并為下一步的教學工作提供基礎(chǔ)。同時,教師還開展在線師生或生生交流,對教學過程進行總結(jié)和反思,以促進師生共同成長,提高教學質(zhì)量和效率。

此外,課程團隊積極探索化工熱力學課程與思想政治理論課同向同行、形成協(xié)同效應的有效途徑,通過對學生進行以愛國、敬業(yè)、誠信、友善等為主要內(nèi)容的品德教育,以安全生產(chǎn)、節(jié)能減排為主要內(nèi)容的工程倫理教育及增強學生的家國情懷的文化自信教育,將課程轉(zhuǎn)化為社會主義核心價值觀具體化、生動化的有效教學載體。

2.3 教學活動和內(nèi)容的改革

①針對化工熱力學課程理論性強、公式繁多的難題,在教學中強化工程應用,弱化理論推導和公式記憶,防止學生本末倒置。②以學生為中心,以PBL(基于問題的學習)學習法為導引,結(jié)合生產(chǎn)生活實例,提出問題,啟發(fā)學生思考,利用所學知識分析解決問題,再進一步總結(jié)反思,回歸實踐應用,幫助學生理解抽象的知識點,理論聯(lián)系實際。③為解決學生專業(yè)思想問題,提升內(nèi)在學習動力,堅持立德樹人,將課程思政無痕融入,將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)融為一體。針對性地解決學生思想學習問題,激發(fā)學生專業(yè)熱情、使命感和責任感,從“要我學”變?yōu)椤拔乙獙W”。④針對計算量大的問題,鼓勵學生編程計算,利用計算機軟件如Aspen計算模塊進行模擬,制作微課分享學習,激發(fā)學習興趣和潛能,培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力和團隊協(xié)作精神;⑤線上線下融合,課堂內(nèi)外互動,注重學生學習成效,拓展課程創(chuàng)新性和高階性。采用“課前學生線上自主學習及反饋、課中課堂教學及翻轉(zhuǎn)課堂、課后鞏固拓展及探究學習”的三步法線上線下混合式教學模式。課堂教學充分利用教學體系嚴謹、師生互動即時高效的優(yōu)點,發(fā)揮多媒體課件和板書相結(jié)合的優(yōu)勢,智慧教室上課,使用信息化手段。采用案例教學、探究式學習、翻轉(zhuǎn)課堂等,加強師生互動,提高學習主動性,培養(yǎng)學生解決問題和審辯式思維能力。

2.4 課程評價方式的改革

在過去的化工熱力學課程中,考核方式主要是依賴期末考試成績,這對于學生的學習效果缺乏有效的監(jiān)督。為了推進課程改革,嘗試了多元化考核評價模式,包括線上和線下的融合,以及形成性評價和終結(jié)性評價的結(jié)合。這樣的多元化考核模式可以促進學生的自發(fā)性學習、過程性學習和體驗式學習。改革后,考核形式為70%為期末考試卷面成績,增加形成性評價(30%)。形成性評價中課程小論文和翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)占10%,線上自主學習占10%,課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)占10%。

3 課程改革特色及建設計劃

3.1 課程建設特色

①課程思政有機融入,激發(fā)學生專業(yè)興趣。教師牢記“為黨育人、為國育才”的教育初心,立德樹人,關(guān)注學生專業(yè)思想,無痕融入思政教育。②線上線下混合教學,培養(yǎng)學生創(chuàng)新潛能。以提高學生學習興趣及學習效率、培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力及科學思維方式為目標,融合傳統(tǒng)課堂教學和慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學手段,開展案例教學、探究式學習,拓展課程的創(chuàng)新型和高階性,引導學生在學習中創(chuàng)新,在實踐中成長。③理論密切聯(lián)系實際,科教融合協(xié)同。課程教學中注重理論密切聯(lián)系實際,從生產(chǎn)生活中實際問題出發(fā),運用熱力學理論方法解決實際問題,同時主講教師均承擔國家及橫向項目,注重科研融入教學,指導學生開展研究,將成果轉(zhuǎn)化成教學案例;帶進課堂編進教材,結(jié)合真實“情境”開展教學,增進學生對技術(shù)創(chuàng)新的熱情和認知。理論與實際結(jié)合,科研與教學互促,融合新工科建設理念和實踐,培養(yǎng)卓越化工人才。

3.2 課程建設不足與持續(xù)改進計劃

盡管課程改革已取得一定成效,但也帶來了新的問題。例如,線上課程部分存在學習氛圍不夠濃厚的問題,這導致學生學習效果不佳。此外,我們需要增加對于線上課程內(nèi)容掌握程度的評估和學生的討論參與度。

后續(xù)建設中,繼續(xù)堅持立德樹人,以學生為中心,致力于開啟學生內(nèi)在潛力和學習動力,在課程的高度、寬度、廣度上下功夫,深化課程建設,緊扣科技及學生的進步,提升學業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度,借助數(shù)字化技術(shù)持續(xù)改進,促進學生創(chuàng)新能力培養(yǎng),建設國家級一流課程,將課程在全國范圍內(nèi)推廣。具體如下:①加強課程教學團隊建設。通過學習培訓交流等,提升專業(yè)課教師的思政素養(yǎng)和專業(yè)素養(yǎng),建立教學案例庫,向全國同行共享,將思政融入課程教育,實現(xiàn)立德樹人潤物無聲,著力提升學生專業(yè)興趣,挖掘?qū)I(yè)潛力,激發(fā)內(nèi)生學習動力。②加強課程教學資源建設。收集課程相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外的科技前沿,新成果、新動向,豐富和更新教學內(nèi)容,建立課程教學案例庫;在原有自建慕課的基礎(chǔ)上,提升信息化技術(shù)與教學融合度,開發(fā)和引入數(shù)字化教學資源并舉,豐富微課和MOOC資源,建設數(shù)字化習題和試題庫,使用圖形(圖像)、音頻、視頻、動畫和虛擬仿真等各類素材,制作新的教學視頻,增強課程知識性、趣味性和高階性。③完善課程多元化考核評價。按照工程教育專業(yè)認證的理念,以學生學習效果為導向,圍繞目標達成、教學內(nèi)容、組織實施等,進一步完善課程多元化考核評價,促進學生自主學習、過程性學習和體驗式學習。