S-T-S混合式循環互助教學模式用于少學時“化工原理”課程

［摘 要］ “化工原理”課程是化工及相關專業的專業基礎課程，相關專業的學時少，課程難，需重點解決的問題是“三多”“三不愿”“三不明”。針對痛點問題，提出了線上線下混合式循環互助的創新設計思路，包括：教師幫助學生自制課前、課中、課后習題，學生幫助教師反饋真實學習情況，學生幫助學生組團互助學習。問卷調查和評教結果顯示，在一定程度上解決了“三多”“三不愿”的問題；通過建立“助教團隊”反饋不同層次學生的學習情況，較好地解決了“三不明”的問題。學生的成績與教改前相比有明顯提高。

［關鍵詞］ 線上線下；S-T-S教學模式；化工原理；痛點問題

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）31-0157-04 ［收稿日期］ 2023-08-29

“化工原理”課程是化工相關專業的專業基礎課程，是一門綜合運用數學、物理、化學等基礎知識，分析并解決化工及相關行業生產過程中與動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞有關的單元操作問題的工程學科［1-3］。課程目標包括知識目標、能力目標和價值目標。要求學生能識別動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞現象，解釋主要設備的作用原理，重述單元操作的數學建模過程，計算并分析設計型和操作型問題。除了培養學生解決工程問題的能力，還要培養學生的工匠精神、家國情懷、團隊精神。

一、“化工原理”傳統課程的痛點問題

以西南石油大學應用化學專業為例，“化工原理”課程的總學時為72學時，學時較少。通過對化工原理傳統課堂進行調查，發現學生學習主動性不足，只有極個別學生愿意主動回答問題［4］。通過匿名問卷調查發現，約一半學生預習難、課中聽不懂、課后作業不會做，最終導致期末考試成績不理想。進一步分析并總結“化工原理”課程的痛點問題為“三多”“三不愿”“三不明”。“三多”指每一章的公式多、符號多，以及不同章節相同符號有不同的含義，不同版本教材的參數符號不一致，教材的例題及練習的解題步驟繁多。學生表現為學生課前看不懂書，課中聽不懂課，考試看不懂題?！叭辉浮敝笇W生課前不愿意主動預習，課中不愿意主動互動，課后不愿意做題。學生表現為課前不看書，課中不聽課，考試不會做題。“三不明”指任課教師不明確哪些學生在預習過程中有困難，哪些學生沒有掌握課中的主要知識點，哪些學生不能完成課后作業。通常的結果是教師以為學生學懂了，但考試結果很不理想。

二、線上線下混合式循環互助教學設計

為了改進傳統課程的教學效果，線上線下混合教學模式已經成為課程教學的一種新選擇。目前，“化工原理”課程的混合式教學模式一般通過SPOC平臺或慕課平臺進行線上自學，通過翻轉課堂進行線下討論、練習及總結［5-7］。現實情況卻是化工原理課程本身有一定難度，學生自學非常困難，特別是對于少學時的專業，學生基礎薄弱，興趣不足，自學更加困難［8］。針對傳統課程的痛點問題，我們提出了線上線下混合式教學設計新思路。

“三多”問題的解決思路是：課前引導學生重點熟悉相關符號，課中將綜合問題進行分解學習，學生通過線上平臺進行預習并完成預習作業。課堂教學內容按“知識點+典型例題”重組，進一步明確學習目標，將復雜課堂練習進行分解，提供解題思路，引導學生答題。

“三不愿”問題的解決思路是：改進教學方式，提高學生的學習主動性。采用語音、作業拍照等多種方式完成預習作業，基于雨課堂，課中采用限時答題、彈幕或投稿討論的方式代替個別學生站起來答題，采用新型的“交叉組隊的作業模式”進行組隊互助學習。

“三不明”問題的解決思路是：加強教師與學生之間的全面互動與溝通，教師在課前預習作業中收集意見，把握學生學習困難的部分。采用雨課堂結合同伴教學法，讓全班學生參與練習和討論，教師及時掌握全班的作答情況，分章進行集中答疑。建立不同層次學生代表組成的“助教團隊”，收集不同層次學生的學習情況，分階段進行匯報。

S-T-S教學模式采用自制的循環互助教學模式，包括以下三個方面。

（一）S-T模式

教師為學生量身定制自制的課前預習題、課中練習題、課后作業題。以西南石油大學應用化學專業的“化工原理”課程為例。課前預習主要是解決課程痛點問題“三多”。傳統的預習方式主要包括：學生閱讀教材、做一些基礎練習題、發放學習資料（如視頻、教案等），傳統預習比較隨意，以學生自主選擇性預習為主。針對“三多”問題，學生學習本課程最大的難點是公式符號太多，難記憶且容易混淆。課前預習設計思路包括分層設計和分類設計。分層設計滿足不同層次學生需求，包括需要全班學生完成的必做題和部分學有余力的學生選擇完成的選做題。分類設計覆蓋不同類型知識點，包括填空題、判斷題和問答題。填空題主要涉及公式中相關符號的意義及單位，判斷題主要涉及易錯易混淆的知識點，引導學生思考及注意。問答題涉及問題反饋。學生需要將預習過程中遇到的問題以預習作業的形式及時反饋給任課教師。課前預習的流程為：查閱預習要求（教學目標和預習指南）—閱讀教材或瀏覽教師課件或觀看小視頻—完成預習題并上傳學習通。

教師自制的課中練習題主要解決例題復雜、練習難、參與度低的問題?！盎ぴ怼闭n程的例題解答過程普遍較復雜，學生理解困難，練習時部分學生無從下手，傳統課堂回答問題的學生寥寥無幾?；谟暾n堂，教師對練習題進行分解，以雨課堂填空題的形式給出解題思路，將一個大問題分解為多個小問題，引導學生思考，有效地解決了學生參與度低、做題難的問題。傳統的課后作業基本上都是只有一個問題的計算題，不能全面考核學生對知識點的掌握程度。任課教師基于課本的作業，增加了概念、公式理解、問題分析及文獻閱讀，理論上達到了引導學生鞏固復習的目的，實現了從低階知識到高階知識的過渡。

（二）T-S模式

組建包含不同層次學生的“助教團隊”，督促學生參與投票，從而反饋學習情況，收集自己和周圍同學的課上、課中、課下的學習情況，定期向教師反饋學習情況。（精餾章節學生的反饋情況見表1）。

（三）S-S模式

將不同層次學生進行交叉組隊，課堂采用同伴教學法解決綜合題及討論題。按照第一章的作業總成績進行排名，按照排名順序依次選擇一名隊友組隊，第二章結束后，按照各組成績進行排名，依次從后1/3學生中選擇一名隊友，每3人組成一隊。實施同伴教學法后，學生的參與度更高，答題準確度也更高了。教師根據一輪學習情況進行總結并調整教學方案，結合學情分析重新定制自制的課前預習題、課中練習題、課后作業題，再進入下一輪迭代。

三、教學改革創新方案的實施

教學過程包括以下步驟：第一步，學生通過教師發布的電子文本和視頻（任選其一），學習本次課需要掌握的基礎知識，包括相關概念、參數和公式。第二步，學習通線上完成教師自制的預習題。預習作業包括三部分：本節課要學習的公式中的符號、思考并判斷容易混淆的知識點或關鍵知識點、反饋自己在預習中的問題。第三步，課前五分鐘，教師通過雨課堂發布練習，讓學生對前面的重要知識點進行回顧，教師對上節課講解的重要知識點進行復習。第四步，課前導入案例，引出本節課的教學目標。第五步，通過數學建模法推導平壁熱傳導過程的傳熱速率方程式。這部分是本次課的重點內容，教師通過黑板板書推導公式。第六步，采用S-T-S循環互助的教學模式進行課中練習，基于雨課堂采用同伴教學法，實現例題和練習的耦合，以適應少學時課堂。為了降低難度，教師給出解題思路，學生根據剛學的知識點獨立解答練習題，教師根據實時統計結果分析原因，學生以組隊的方式討論并進行第二次作答，最后教師進行講解并解答疑問。第七步，知識運用，案例分析：由淺入深討論課程導入提出的案例。簡單的問題以彈幕的方式進行個人回答，復雜問題以組隊的形式進行小組討論，最終結果以投稿的方式回答案例涉及的相關問題。在這個環節，引入課程思政。第八步，課堂延伸。介紹相關文獻，引入課程思政，同時也提高學生對科研工作的興趣。第九步，本節課小結。

最后，學習反饋?；谡n后練習題，教師自制了綜合型作業，增加了基礎知識復習和高階知識的運用，以達到學生全面鞏固和復習的目的。助教團隊總結不同學生的學習情況，以文檔形式向教師反饋。課前預習作業反饋預習中的問題，課中采用雨課堂實時彈幕及留言，教師課間進行答疑、課下采用雨課堂咨詢問題、每章結束后采用騰訊會議集中答疑。

四、課程評價

如圖1所示，自制了新型的“交叉組隊考核模式”進行平時成績評定，對學生的平時表現進行過程性考核，包括課前、課中、課后表現，并將團隊考核納入個人考核中。根據排名進行三次組團，構建含有不同層次學生的學習小組，每次課評定一次成績，學生獲得一次積分，團隊獲得一次平均積分。課程結束后，根據每次課成績得到個人累計分和團隊累計分。平時成績包括小組翻轉課堂作品匯報（20%）、團隊累積分（20%）、個人累積分（60%）。期末總成績包括平時成績（40%）和期末考試成績（60%）。

五、改革成效

實施混合式教學后，教師自制課前、課中、課后作業結合同伴教學法、雨課堂軟件提高了課堂的參與度，促進了學生之間的互助和交流。以西南石油大學應用化學專業為例，實施教學改革后，任課教師得到了同事和專家的認可。任課教師的教學被考評為優秀，獲得第八屆西浦全國教學創新大賽三等獎。學生評教結合問卷調查顯示學生的滿意度和參與度增強，期末考試成績顯示學生的成績提高，補考率下降。結果表明，在一定程度上解決了“三多、三不愿、三不明”的問題。

結語

新型的線上線下S-T-S互助式教學模式應用于“化工原理”課程的教學，融入學生幫助教師改進教學的思路，通過不同層次的學生代表反饋真實的教學效果，在一定程度上促進了教學相長。在課中均運用了同伴教學法，強化了學生之間的互助學習，教師為學生量身定制專屬的課前預習題、課中綜合練習題、課后綜合作業題，全面考核了與問題相關的概念、計算和分析，幫助學生完成了從低階知識到高階知識的過渡與應用。

參考文獻

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S-T-S Hybrid and Cyclic， Mutual Assistance Teaching Mode Used to Solve the Pain Points of Chemical Engineering Principle Course in Short Class Hours

Abstract： The principles of chemical engineering is the basic course of chemical engineering and related majors. It has less class hours and is more difficult than related majors， and the key problems should to be solved in this course are “three many” “three unwilling” and “three unknown”. To solve these problems， an innovative design idea of online and offline， cyclic and assistance mode was proposed. It included： teachers helped students make their own exercises before， during and after class， students helped teachers feedback the real learning situation， and students helped students form groups to learn. The results of questionnaire survey and teaching evaluation showed that the problems of “three many” and “three unwilling” were solved to a certain extent. Through the establishment of a “teaching assistant team” to feedback the learning of students at different levels， the problem of “three unknown” was solved. The results showed the students’ scores were significantly improved compared with those before the teaching reform.

Key words： online and offline; S-T-S teaching model; chemical principle; pain point problem