化工专业实验混合式教学模式改革

王祁宁，许轶，张建庭，屠美玲，贾继宁

(浙江工业大学化学化工国家级实验教学示范中心，浙江 杭州 310014)

0 引言

课程作为人才培养的核心要素，是教育的微观问题[1]，更是“立德树人成效”这一人才培养根本标准的具体化、操作化和目标化，也是当前中国大学带有普遍意义的短板、瓶颈和关键所在[2]。“金课”[3]建设是高校本科生课程建设的目标，应在“新工科”建设中率先发力[4]。化工专业实验课程具有很强的实践性，需要面对复杂的工程问题(如涉及物料变量多、设备复杂和过程时间长等)，应该按照实践类金课标准狠抓教学质量工程[5]。

自2014年化学化工国家级实验教学示范中心建设工作开展以来，化工专业实验科教团队已经对教学内容、教学方法、教学手段等方面进行了一系列改革，融入实验教师的教改及科研成果，形成了相对科学的课程知识体系和规范完整的软硬资源体系，构建了教学与科研良性互动的实验教学模式，有利于培养学生的创新能力和综合素质。为了进一步满足学生个性化、信息化的学习需求[6]，通过探索集在线理论教学、课堂实验教学、答疑辅导于一体的混合教学模式下化工专业实验教学内容、信息化手段和形成性评价等方面的创新，推动了化工专业实验在线教学和传统实验教学的改革。

1 化工专业实验教学现状与问题

化工专业实验教学不仅是本专业创新应用型人才培养的重心，也是化学、材料、环境、医药、生物工程、机械、控制等各相关学科专业工程基础教育的重要组成部分[7]。依托化学化工国家级实验教学示范中心的化工专业实验课程，是学生从学子向创新应用型人才蜕变的起点[8]，但仅仅依靠“教师调试实验设备、学生预习、实验前教师讲授、学生2～4人组队实验、实验后学生数据处理、撰写实验报告”的“课堂式”实验教学管理模式来实现创新应用型人才的实践能力培养，仍面临着许多问题。

1.1 对产出导向的教学理念缺乏深度思考

尽管实验中心已经建立了独立于理论教学的实验教学体系，能培养学生很强的动手操作能力和知识转化能力，但教师对学生的学习结果缺乏清晰的构想，在分析学生学习产出、继而反向设计课程结构以及相关评价体系方面，缺乏以产业需求、社会需求为导向的大局观，使得学生在将学术知识转化为解决实际问题的能力上稍显薄弱，与社会和高速发展的产业需求匹配度不高。

1.2 对学生的个性化培养有待提高

当前的实验教学体系对所有学生都是按照同一种教育模式培养，在因材施教方面有所欠缺。教师只能通过实验课堂讲解相同的教学内容，没有以学生的认知规律和个性化培养为考量，理论教学质量和实验教学效率都难以迈进新层次。教学资源建设相对薄弱，主要以实验讲义、相关课件和教案为主，课程内容所反映的前沿性和时代性不够，同时，缺乏多维度的形成性评价体系，主要采用实验操作成绩与实验报告成绩相结合的评价方式，束缚了学生探究科学魅力的创新意识。

1.3 对学生的自主发展相对受限

预先设计较为完整的实验，难以让学生获得自主设计实验的思考和训练；预先排除设备故障的实验装置，使学生在生产实际中面临意外状况时稍显束手无策；被动接收或者依赖教师的实验前讲解，无法形成自主排疑解惑的学习习惯；简单进行数据处理的实验报告，缺少对复杂化学工程问题的反思。所以，以教师为中心的实验教学管理模式，对学生的自主发展及工程能力的提高只起到制约作用。

2 混合式实验教学的实际意义

化工专业实验是通过系统的实验技术和方法训练着重培养学生基础科学素养的实践性环节，采用混合式教学模式能使学生实现专业理论学习与实际应用有机结合，较好地解决实验教学中面临的教学效果不突出的问题。

2.1 整合优化教学资源，构建体现信息技术与教学深度融合的课程结构，提升理论教学质量

混合式教学的线上教学环节，需要教师以自身教学经验为基础，有效整合相关的教学素材，制作实验微课，供学生在课前预习；还可利用虚拟与实体实验互补的思路，通过整合慕课、本中心的国家级示范性虚拟仿真实验教学项目等泛在化网络教学资源，拓宽学生的知识结构。在教学过程中，不断优化资源配置，从多角度透彻地展现教学内容，实现多途径信息输入，增强教学的表现力和感染力；尽可能地将知识面分解成知识点，减少信息的加工转换过程，降低学习的复杂度。

2.2 围绕工程教育理念，实现以学生为中心的教学组织模式，提升实验教学效率

通过实验微课、虚拟仿真项目展现的线上教学环节，改变了实验预习模式，让学生从传统的抄写实验讲义中解放出来，投入可视化的视频资源，有利于提高学生预习实验的积极性。可反复观看的视频资源，一方面能让教师将实验理论部分与实践部分的教学学时分开，合理利用课堂实验学时，将以教师为中心、灌输实验操作知识的“课堂式”实验教学管理模式向以问题为导向、引导学生反思的混合式实验教学模式转变，在教学形式上呈现先进性和互动性；另一方面，能让学生脱离时间和空间的限制，在掌握实验原理的基础上，提前了解实验设备结构，注重应用联系，面向化工生产实际，理解化工过程的基本规律，使其学习结果具有探究性和个性化。

2.3 转变传统学习观念，发挥线上与线下教学的互补性优势，培养自主学习意识

运用华罗庚先生“先把书读厚，再把书读薄”的学习方法，将线上教学环节和线下实验环节紧密联系起来。因为学习并不是记住知识的描述，而是从有限的例子中找出问题和答案之间的规律，再用知识来压缩原本无限的信息，并用简单的语言描述出来，最后用于解决新问题。教师通过线上教学环节，“先把书读厚”，用例子构建知识，不断丰富学生的库存量，帮助学生体会问题和答案之间的关系；学生通过线下实验环节，验证从现有例子中所提炼的知识，是否能描述问题和答案的真正规律，当学生真正学会的时候，这些例子就被压缩成知识，达到了“再把书读薄”的目的。

3 混合式实验教学模式融合应用

针对上述化工专业实验课程教学中存在的问题，教学团队继承本实验中心工程教育改革发展的成功经验，将混合式教学模式应用于实验教学改革中，探寻教与学的有机融合。

3.1 持续改进实验微课的制作内容

教学团队积极参加学术交流、课程教学研讨和教学沙龙培训等活动，不断强化自身的教学水平，再将逐年建设积累的信息化实验教学资源进行整合，坚持理论联系实际，将一些新技术、新设备和本校教师的最新科研成果引入实验微课的制作中，并且根据教学大纲和教学目标持续更新，利用超星学习通平台发布资源优化后的微课，有效拓宽学生的学识水平。而学生可以通过观看已经构建好的可视化视频群，暂停或回播某些部分来自主地控制学习节奏，继而利用有限的实验学时、带着问题动手实践，真正意义上做到精讲深练。对于部分自我要求高的学生，还能同步学习自己感兴趣却未选修的实验项目，解决了对知识极度渴求的学生困境，也避免了学生未经预习而盲目选课的窘态。

3.2 增强教学组织模式的信息化手段

与网络教学平台升级同步，借助信息化手段，完善实验室管理平台。在以往的实验教学中，已经打破行政班的概念，以每个学生为单位实现自主选课。管理人员宏观调控，合理安排实验时间、实验场地、实验设备及指导教师，而学生根据实际需求预约实验，选择“在什么时间”与“哪些学生”合作“做什么实验”。为了挣脱局域网设备服务器的老化、经费限制和异地求学的束缚，教学团队采取腾讯在线文档与中心自主研发的筛选软件配套使用的方式，来保证自主选课的远程服务。学生不仅能在校外提前选课，还能降低与教师沟通的时间成本。这种模式真正做到了以学生为中心，充分发挥了信息化带来的跨时空便利。

3.3 强化基于自主学习观的工程实践能力

混合式实验教学存在一个共性问题，虽然部分学生自学了微课等资源，但在教师采用问题式教学法导入实验教学时，依然有一问三不知的现象。学生以为自己记住了知识，就表示自己学会了，其实不然。知识不是信息，学习不是记忆，无法仅凭记住知识来学会知识，这是教与学过程中最容易发生的问题。教师从应用的角度拓展知识，以可视化形式将知识的描述传递给学生，但不代表学生就学会了；还需要加强对实验重点难点的解析，引导学生利用化学反应、化工过程与设备和化工单元操作等实验过程着重梳理复杂工程问题。学生通过实验实践进行理解、积累，重塑大脑链接，理清问题和答案的关系，将知识的描述内化成解决复杂工程问题的综合能力和高级思维。实验实践的有效落实是自主学习观成功的关键。

4 混合式实验教学模式的实效进展

混合式实验教学模式突出的特点是以学生为中心，发挥线上与线下教学的互补性优势，强化学生的自主学习观，培养创新应用型人才。通过在浙江工业大学化工专业实验课程中的实践探索，取得了不错的成效。一是依据认知规律有效地提升绝大部分学生的学习深度，强化了学生的自主学习观。按照线上线下教学对接、虚拟实体实验互补的思路调整完善实验教学计划，通过整合优化后的线上数字化资源，架设教师导学和学生自学的桥梁，科学“增负”，实现学生对基本原理、背景和应用等知识的基本认识和拓展。二是强化学生的工程实践能力，提升了学生的创新应用思维。实验实践教学是培养学生工程实践能力的主要途径，能够检验、巩固和转化线上学习的知识，通过自主学习产生的疑惑和实验实践中产生的异常现象，激发学生探究问题根源的心理，达成综合分析和解决复杂工程问题的目标，最终应用于社会工作中。三是促进教师的专业成长，提升了教师的教学水平和教学效果。教师在不断筛选、自主开发及持续改进线上教学资源时，势必需要不断扩充知识积累，提升自身学术水平。继而在课堂实验教学中，依据形成性评价标准，不断调整教学策略，对学习者给予及时、准确的有效互动，提升教学效果。

5 结语

化学化工国家级实验教学示范中心积极发挥平台优势及示范辐射作用，依托化工专业实验的教学实施，深入探索混合式实验教学模式，将面对面的课堂教学与在线教学有机整合，并不断持续改进，为未来实验教学改革及一流课程建设打下良好基础。目前已经将该教学模式向能源化学工程专业推广，后期可将自主开发的线上实验教学资源对外开放共享，实行远程网络教学应用，为其他地方高校实验实践教学改革提供借鉴。