探索化工工艺实验混合式教学 培养设计实验能力

李岩梅

(山东理工大学 化学化工学院， 山东 淄博 255000)

中共中央国务院印发《中国教育现代化2035》，要求加快信息化时代教育变革[1]。中共中央政治局委员、国务院副总理、国家教育体制改革领导小组组长刘延东发表的题为《巩固成果 开拓创新 以教育信息化全面推动教育现代化》的重要讲话中提到，做好“十三五”期间教育信息化工作、加快高校教育信息化进程[2]。因此，高等教育的改革是响应政策、与时俱进的事情。

教育信息化是教学中一种技术的进步，它为学生提供了参与式的学习体验、多样化的学习内容、跨越时间空间的学习资源以及多种形式的学习评价[3]。它是实现教学内容、教学方法、学习评价等改革的技术保障[4]。

国家新旧动能转换的发展战略的核心宗旨是：坚持新发展理念，以新技术、新产业、新业态、新模式为核心，以知识、技术、信息、数据等新生产要素为支撑，促进产业智慧化、智慧产业化[5]。在这种国家发展的大背景下，化学工程与工艺专业培养的实践能力目标要求学生应具有科学研究能力和技术开发与工艺设计能力。在这种培养目标的驱动下，化工工艺实验课程的混合式教学进行了研究探索。

1 教学目标的确定

在教学改革中，教师应该首先对课程性质及培养目标进行定位，然后进行相应的教学内容、方法和考核方式的制定，再细化教学环节的有效实施方案。

《化工工艺实验》这门课程属于专业综合实践课程，在这门课程之前已经先修了《无机化学实验》、《有机化学实验》、《分析化学实验》等基础实验课程，同学们已经掌握了一定的基本实验技能。根据布鲁姆教育目标分类法[6]，认知过程分为：记忆(remember)→理解(understand)→应用(apply)→分析(analyze)→评价(evaluate)→创新(create)六个层次，这门课程要求学生达到更高的教学目标，即具有创新能力，在该实验课程中是指具有设计实验的能力。结合该课程的其它特点，制定了课程的教学目标，有4个方面的提升：(1)自主设计实验的能力；(2)小组协作实验的能力；(3)培养良好的实验习惯；(4)实验数据处理综合的能力。专业综合实验一人已经不能单独进行，所以由小组来完成一个实验项目，那就要求小组成员间必须进行合理的分工及合作才能完成。在实验习惯方面，要求学生在实验过程中取完药品后把试剂瓶放到试剂架、用过的玻璃器具和没用过的分开放置、实验完毕后器具清洗干净等良好的实验习惯。以往的学生处理实验报告都是由手写，根据实验数据的画图用坐标纸画，非常不准确也不美观，在新的要求下，学生用EXELL处理数据及作图，即准确又美观。

2 教学模式设计

2.1 融合式互动教与学模式建立

根据教学目标，教师制定的教学环节如图1所示：实验前，老师给出预习导入资料，学生据此写出预习报告，然后网络教学平台提交，教师批阅后反馈给学生；实验中，学生以小组为单位讨论实验方案，然后协作实验，同时教师给予指导；实验后，教师提出处理数据要求，学生撰写实验报告，并在网络教学平台提交，教师批阅后在反馈给学生。学生根据反馈意见，明确了报告中哪些地方有错误，从而在后面的实验项目中得以改正，这便是一种循序渐进、及时反馈的有效的学习方法。

图1 实验教学环节设计

从图中也可以看出，不论是在实验前、实验中还是在实验后，教师和学生始终在交流互动中进行教和学。学生自主地学和做、老师辅助地教，实现了学生学习实验的主体地位，也锻炼了学生设计实验的能力。

2.2 讨论式小组协作培养创新思维

因为小组成员每人都做预习方案设计，所以在实验前小组成员需要讨论确定具体实施的方案。通过学生与学生之间的讨论，学生与教师之间的互动，学生开展自主性探究，从而对实验目的、实验原理、实验步骤和实验过程当中遇到的问题有更深的认识，最终达成最好的实验方案。达到布鲁姆认知规律中会分析、应用、创新的目的，实现了学生的学习主体，有利于培养学生的创新型思维[7-8]。

2.3 碎片化知识点学习和系统化学习相融

信息化教学打破传统学习的空间和时间的限制[9-10]，使得学习空间不仅仅局限于坐在桌前，学习时间上更碎片化，适合知识点的累积。

在教学设计方面，以系统化的线下教学为主导，以线上的教学为辅，使线上线下教和学空间共存，教师会建QQ群、微信群，随时会发布专题内容、社会热点。比如微信订阅号“化工707”中经常发布和专业相关的知识专题，利用几分钟的碎片时间，使学生在日常生活中，没有走进教室却尽览专业知识，了解行业发展和最新动态。

2.4 安全知识和案例推送

化工实验室的安全是各项事务的重中之重，建立健全实验室安全规章制度体系，提高学生自身的实验安全意识，是使实验教学活动安全顺利进行的有力保障[11-12]。基于网络教学平台的信息化实验教学中，充分利用这种教学技术，可以实现安全教育信息及时推送，工业和高校实验中活生生的化工安全教育典型事例延伸进入到我们的教学中，给学生敲响安全警钟，提高安全意识，促进了实验室安全教育的正规化、常态化。

3 有效实施措施

3.1 教师提供预习导入资料

传统实验教学中，老师会给出实验方案、实验步骤、实验过程记录哪些数据。在混合式实验教学中，打破常规，让学生完全地设计一个实验，自己给出这些实验事项，他们会不知从哪下手、无所适从。教师编写预习导入资料，让学生沿着教师给的框架进行设计，从而达到完成设计实验的目的。

3.3 实验规范操作视频资料建设

化工工艺实验旨在培养学生扎实的实验技能和良好的实验素养[13]。实验中会用到一些基本的实验操作，比如酸碱滴定等，这些操作在前面先修的基础实验课程中已经学过，对于没有掌握得很好的学生，可以通过利于视频资料的可重复性，进行几分钟的视频学习，目的提高学生玻璃仪器操作的规范性，以掌握实验基本技能，达到布鲁姆认知规律中的知道、理解的能力。

3.4 考核评价方式设计

课程考核方式的不同它可以调控教学各个环节的权重[14-15]，所以考核方式是否科学合理，直接关系到培养目标的达成度评价[16]。过去考核注重实验报告，那这种情况下就不能评价实验前的预习设计能力、也不能评价实验过程中的操作能力，它的权重为零的情况下实验设计能力、实验操作能力不能得到提高和发展。我们设计了考核实验环节的各个方面能力的综合考核方式，各环节占的比例如图2所示，其中实验操作中又细化了：不迟到不早退5分，器具清洗干净摆放整齐5分，实验操作正确和结果合理30分，这种考核，即全面考核了设计实验能力、小组协作操作实验能力及实验数据的处理归纳能力，又让学生遵守实验纪律及养成良好的实验习惯，提高了学生综合素养。

图2 实验各环节考核情况

4 混合式教学效果

实践证明，基于信息化的混合式实验教学效果良好，学生独立设计实验的能力增强，处理综合实验数据的能力有了明显提升，养成了良好的实验素养。这种能力在学生毕业论文环节中得到很好的体现，并且在全国大学生实验技能竞赛中多次获得优异的成绩。总之，以信息化为平台的化工工艺实验混合式教学模式建设，达到了国家新旧动能转换的发展战略背景下化学工程与工艺专业的实践能力目标。