翻转课堂教学法在《化工原理》课程教学中的应用

刘 剑，彭 钢，谭雄文，许志锋

(衡阳师范学院 化学与材料科学学院 功能金属有机材料湖南省普通高等学校重点实验室功能金属有机化合物湖南省重点实验室，湖南 衡阳 421008)

《化工原理》是化工类专业一门很重要的专业基础课程。它是以高等数学、物理和物理化学为基础，以质量、动量和热量传递理论为主线，研究各单元操作的基本原理、单元过程的计算及选择、典型设备的结构和设计，培养学生的工程思维，增强学生分析和解决工程实际问题的能力[1-3]。然而采取传统的教学方法“课堂讲授-课后复习”教学时，学生普遍反映公式繁琐，过程复杂难懂，学习积极性不高，如何对《化工原理》教学模式进行改革，加强学生学习积极性，提高学生学习效率是一项亟待解决的教学问题。

翻转课堂源自美国，译自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，也可译为“颠倒课堂”[4]，是将课堂教学和课后学习过程颠倒的一种教学模式，课前学生通过网络教学平台的微视频进行自主学习，课堂中教师引导，学生分组讨论，实现学生从传统教学模式中“被动学”到“主动学”的转变[5-6]。

翻转课堂的具体模式如下：首先，教师进行课程知识点设计，将知识点录制成微视频通过网络平台公开，学生课前进行网络学习；然后，教师课堂引导，提出问题，学生分组讨论，解决问题；最后，教师对学生未能解决的问题集中进行课堂讲解[7]。近年来，翻转课堂在国内外基础教学中引起了越来越多关注，许多教学工作者开始了翻转课堂的理论和实践研究。2000年美国Lage MJ等[8]介绍了翻转课堂在《经济学入门》课程中的应用，该文指出翻转课堂即是将传统课堂内容放到课外完成，而课外内容放置到课堂内完成。Tian L[9]研究了翻转课堂教学模式在《口译》课程中的应用，研究结果表明，与传统的教学模式相比，受试者更倾向于翻转口译教学模式，为此作者提出了翻转口译教学模式三个模块，即课前在线学习、课堂教学实践和课后任务。林潘能[10]探讨了翻转课堂在《线性代数》教学中的作用，分析了基于翻转课堂模式下《线性代数》课程教学改革措施。本文以《化工原理》课程教学为例，借助学习通等网络教学平台，介绍以翻转课堂形式进行的教学设计和过程。

1 翻转课堂的教学准备

1.1 课程知识点设计

课程知识点是引导学生学习的导线。生动形象的课程知识点对提高学生的学习兴趣，增加学生课前预习的积极性起着至关重要的作用。翻转课堂的知识点以吸引学生兴趣为导线，采用问题情景方式提出。比如，第一章流体流动，总共有6节，表1分别针对每节列出了6个知识点。

表1 翻转课堂第一章各节知识点一览表

表1(续)

1.2 微课视频录制

微课视频录制采用教师单向讲授方式进行。以生动形象的动画和模拟仿真的形式，加上教师的旁白，对知识点进行视频录制。比如流体流动现象这个知识点，就以雷诺实验动画演示和讲述在不同流动形态下会出现什么现象，从而引出层流、湍流不同流动型态，加深学生对知识点的印象和理解；介绍离心泵的气缚现象时，通过给学生展示泵吸不上水的动画，引导学生思考为什么会出现这样的现象；在录制一维圆筒壁稳态热传导知识点时，先创设情景，气温骤降，提问学生保暖性好的衣服应穿在里面还是外面？再辅以实际例题让学生通过数据了解到保暖性好的材料置于内层和外层的区别；讲解干燥时，先展示一组晴天和雨天晾晒衣服的图片来讲解物料中水分的分类，加深学生对平衡水分与自由水分的理解。通过对每一章节中重要和复杂的知识点录制1个甚至多个微课视频，但每个视频的排序应有层次感，且每个视频时间不应太长，一般在5～15 min左右。在上课前一周提醒学生到学习通平台进行学习，再将自己的疑问或见解通过网络平台进行师生讨论。

1.3 学生课前预习

翻转课堂的课前预习需要在教师引导下，学生自主的去预习知识点。教师应于授课前在网络平台上公开本章的教学目标和知识点，吸引学生的学习兴趣，通过闯关模式引导学生自主学习。可通过每个知识点后增加检测题的形式来引导学生，检测题可选用一些涉及对知识点理解的选择和填空题，使得学生通过预习教材、ppt或参考资料后基本都能独立完成，激发学生学习斗志。学生完成了这个知识点的检测后才能进入下一个知识点的学习，在每一章知识点都学习完后，再设置章节测试题，教师通过学生的测试结果掌握学生对每个知识点的理解和掌握程度，从而调整课堂教学方案。

2 翻转课堂的课上教学

翻转课堂课上教学也不同于传统课堂教学模式，教师根据学生课前预习的反馈，采取教师讲解、学生分组讨论和学生讲解三个模块进行。首先，教师根据学生课前章节测试结果，重点性讲解某些知识点。比如，学生进行了第五章传热的闯关预习后，教师在上课前一天将学生测试结果汇总，如图1所示，教师将针对正确率偏低的第4题、6题、9题和12题所涉及的知识点在课堂上进行重点讲解。其次，教师再针对每个知识点设置与生活现象相关的讨论题或工程实际问题，将学生分成若干小组进行组内讨论，每组5～6人。比如辐射传热，让学生分组讨论为什么夏季在保持20℃的室内工作一般穿单衣会觉得舒适，而冬季在维持20℃室内工作却必须穿绒衣才觉得舒适。比如吸收，在逆流吸收时，如果吸收剂入塔浓度变大或气体处理量变小，而其他操作条件不变，让学生分组探讨吸收剂出塔浓度和气体出塔浓度会发生什么变化。而流体流动，可以给各组分配一道运用机械能方程解答的实际工程问题，例如要将水输送到不同高度的设备中，给定输送流量、设备高度与压力、管长和管径、管壁绝对粗糙度等已知条件，求泵所需的功率，小组成员相互讨论共同完成。再次，教师针对每节课的讨论题随机抽取一个组来回答，被抽取的组内再随机选派一位同学来讲解。而实际工程问题，则要求学生将组内最终答案写到作业本上，拍照上传反馈给教师，教师通过学习通投屏到投影仪上，再以随机选人的方式选取一位学生来讲解解题思路，确保每位同学都参与到课堂互动中，同时，将学生课堂解答情况进行积分作为平时成绩，提高学生的积极性，切实提高课堂效率。

图1 学生每题正确百分率

3 结语

在《化工原理》传统教学模式中，大部分学生没有预习直接进入课堂听课，普遍反映公式繁多，内容复杂难懂，课后作业存在拖延敷衍现象，而采用翻转课堂模式，首先，可通过网络督学模式督促学生有压力的去进行课前预习，带着问题进入课堂，提高了学生的学习兴趣，其次，课堂内能实现人人参与，学生互动，师生互动，避免了学生在课堂内出现开小差，打瞌睡现象，提高了课堂效率，再次，通过课前闯关和课堂讨论积分模式，提高了学生学习的积极性。

为了切实提高学生学习效果，翻转课堂教学模式应用在《化工原理》教学中要注意以下几点：

(1)课前预习，知识点的提炼不能是简单枯燥的公式或定律，应创设生活情景，吸引学生的学习兴趣。

(2)微课视频应生动，形象，并富含知识点。

(3)每章节中的重点和难点，课堂上应通过思考题或工程实际例题的方式让学生分组讨论讲解，确保每一位学生能掌握和理解。