化工原理线上线下混合式智慧教学模式探索与实践

崔晓峰，王钧伟，汪 婕，孔学军

（安庆师范大学化学化工学院，安徽安庆246133）

化工原理作为化工及相关专业学生的专业核心课程，旨在培养学生的工程意识和分析、解决化学生产相关问题的能力。本课程知识点多、工程性强、计算量大、涉及的设备类型多，密切联系生产实际。化工新材料和新技术在不断革新，而教材更新跟不上新技术的发展，课本内容陈旧、信息量少，难以满足现代化工发展的需求。另一方面，传统教学考核方式单一，缺乏对学生认知过程和知识综合应用能力的考查。随着“互联网+”技术的发展，教学手段得到了丰富和发展，特别是受新冠疫情的影响，线上教学手段得到了快速发展[1]，如“雨课堂”、“慕课堂”和“爱课程”等网络教学平台和资源被广泛应用到教学实践中[2]。为此，提出在化工原理教学中，引入现代化教学手段，结合实体课堂、线上课堂和翻转课堂，初步探索了一套集学生考勤、课堂互动、课后监测和全过程考核的混合式智慧教学模式。

1 化工原理线上线下混合式智慧教学总体设计

围绕解决“化工原理”传统课程中信息量少、教学手段单一、教学过程难以监管和考核不全面等问题，初步探索了一套如图1所示的线上线下混合式智慧教学模式。

图1 化工原理线上线下混合式智慧教学总体设计示意图

“课前预习”由传统的阅读课本转为线上学习。将筛选的优质慕课（MOOC，Massive Open Online Course）课程推送给学生进行自习，然后通过“慕课堂”进行学习过程监管和考核。慕课即大规模开放在线课程，教学内容以模块化的短视频呈现给世界各地的学习者，提供了一种在线网络化教育和学习模式。慕课堂是中国大学MOOC平台在慕课及学校云平台基础上研发的管理线上教学工具。对不满意的MOOC视频可自己录制微视频嵌入到“雨课堂”中推送给学生，尤其是一些和课程内容相关的实际生产流程和设备运转视频。雨课堂是清华大学于歆杰教授联合学堂在线主导研发的新型教学平台，其主体思想是通过连接老师的电脑端和学生的智能终端，开展多种混合式教学[3]。线上预览式预习解决了传统课程阅读课本预习枯燥、预习过程难以监管和考核、预习效果差等问题。

“课中”的教学内容可以分为自学和非自学内容。如果课时紧张，可将自学内容通过以上预习过程进行线上学习，这样可以节省出来部分课堂讲授时间进行其他课堂活动。课堂讲授可在传统实体课堂的基础上结合智慧教学平台，如“雨课堂”和“超星学习通”等智慧软件丰富教学活动、记录和监管教学过程。同时可利用这些教学平台提供的网络教学资源，如名师讲解、实际生产流程和先进设备等拓展课堂教学内容。

“课后”，通过分析以上智慧云技术提供的学习数据，了解学生对知识点的掌握情况。通过翻转课堂和录制微视频等方式对学生存在的重难点问题进行详解，促进学生对知识点的内化吸收。

2 化工原理线上教学设计

基于上述教学模式，线上教学设计分为“课前、课中、课后”三个环节。

课前预习环节：可采用“慕课+慕课堂”的方式进行。我们采用天津大学教学团队开发的化工原理慕课，该课程教学内容丰富，教学水平高，与本校采用的教材一致，能很好地满足教学要求。但作为预习课堂，需要对该课程进行“瘦身”，因此可采用“异步SPOC+慕课堂”的方式进行。授课教师根据自己的教学需要对慕课课程进行增减，在保证教学质量的基础上减轻学生学习负担，每两个学时的课程预习一般控制在25分钟之内。学生在慕课上的学习通过慕课堂进行管理。慕课堂可以对学生线上的学习情况进行追踪，教师发布的每一个视频和相关练习题，学生的学习情况都会以实时的数据记录下来，其中包括线上每个视频的学习时长、习题完成的正确率和课堂参与度等。老师可以随时查看自己发布资源的学习状态，更好地去督促学生学习，这种方式相较于传统的学生自学阅读预习要更容易接受，学生预习率大幅提高。如若慕课不能满足教学要求，授课教师可将自行制作的教学资源嵌入到其他智慧教学平台（如雨课堂）中推送给学生，学生在手机端接收任务并进行学习，老师可通过这些智慧平台进行教学监管。这些预习视频中可以包含一些课程相关的实操和实训内容，增强学生对所学知识的应用能力。如化工原理第7章“蒸馏”，我们将安庆石化常减压蒸馏装置的生产流程录制成微视频，并对设备每个部件的功能和结构配套讲解。让学生在学习相关知识点前对所学内容有一个感性的认识，增强学习的目的性和工程意识。

课中教学环节：线上资源主要包括教师讲授工程所用到的部分不能下载的网络资源，如优酷或B站的优质资源，老师可在备课过程中提前搜集好嵌入到课件中，以备开展教学活动。如“非牛顿流体”、“液体搅拌”、“多效蒸发”和“填料塔和板式塔流体力学性能与操作特性”等内容。若课时紧张，可将部分内容作为自学内容采用上述预习的方式进行线上学习。

课后学习环节：主要以线上教学为主。学生对知识的学习过程大体可划分为两个阶段，即“信息传递”和“内化吸收”。第一阶段相对容易，通常通过教师讲授和学生自学完成[4-5]。内化吸收过程一般由学生在课后完成。学生在课程学习后总有未接受的知识点，对于个别问题可通过即时工具（如QQ或微信）进行沟通指导。对于一些相对集中的共性问题应予以集中答疑。虽然各种教学平台上已有很多网络教学资源，但是针对自己课堂学生的问题通常较难查找。在教学过程中，针对学生存在的共性问题可以通过录制微视频（伯努利方程的应用、离心泵的安装及管路中的运行和吸收过程计算等）嵌入到雨课堂或者通过翻转课堂的方式推送给学生。学生可以随时暂停和多次回放，有利于自主学习。课后练习，除了布置传统的练习作业外，通过雨课堂推送和生产实际相关的线上作业，尽可能用所学知识解决实际工程问题。如化工原理第6章“吸收”，我们将安庆石化催化裂化吸收稳定装置的流程拍摄成微视频，让学生用所学知识解释主要部件的工作原理，并设计相关计算题，通过改变吸收剂组成，让学生计算相关出料组成。每位同学的初始数据不同，可防止传统作业抄袭。通过类似的练习培养学生解决实际问题的能力和工程意识。

3 化工原理线下教学设计

线下教学主要依托“雨课堂”平台对课堂教学和部分翻转课堂进行智慧教学设计。相较于传统课堂生硬、单调、刻板的灌输式教学，雨课堂的引入使课堂互动环节形式多样，为课堂学习提供了多种新的教学方式[6]。以化工原理第10章液液萃取的教学过程为例，学生通过雨课堂手机端签到，代替了传统教学中的点名签到，方式新颖，效率高，并且有实时数据统计。课堂中可以发布随堂练习，适时掌握学生对知识点的理解程度。这些活动需要授课教师在备课过程中针对重难点提前设置好练习。如萃取中三元相图的选择以及相图的读取方法，通过单选和多选题的形式发布随堂练习，考察学生对知识的掌握程度和课堂学习状态。学生还可以通过发送“弹幕”和“投稿”等方式随时提出问题，消除部分内向的同学提问题的心理障碍。如萃取原理的讲解中，有5位同学通过投稿的方式对相图读取和杠杆规则提出疑问，本人在课堂讲解过程中视问题情况进行了集中和个别讲解，使学生的疑问得到及时消除。老师还可根据学生课堂的学习情况，发布问卷收集学生想法，进行针对性的教学。此外，还有如系统随机选人回答问题等多种方式和学生互动。针对一些综合性强的知识点可在讨论区设置讨论主题，学生进行跟帖讨论[7]。这些新颖的互动方式充分吸引了学生的注意力，很好地解决了传统课堂教师手段单一和理工科课堂气氛难以调动等问题。所有课堂活动如随堂练习、课堂投稿和随机点名提问等都会有数据记录，便于分析学生的参与度和学习效果，进行教学过程实时监控，这是相较于传统课堂较为突出的优势。每个教学活动都有宏观的统计数据，如图2例所示。图2（a）可以反映全班学生对知识点整体的掌握程度，也可以查看每个教学活动的微观数据，即每个学生在每个教学活动中的表现情况；图2（b）所示为每一个单选题的答题情况，每个学生选择的选项都会被快速的统计出来，便于教师课后深度分析学生对相应知识点的掌握程度，并及时给出相应的干预。雨课堂系统会自动给出课堂表现优异的和需要预警的学生情况，如图2（c），提醒教师针对不同的学生给出相应的措施，从而整体提高学生的学习效果。

图2 雨课堂智慧教学过程学习数据统计

4 结论

综上所述，我们在化工原理教学实践中结合“雨课堂”、“慕课”和“慕课堂”等智慧教学平台，开展了线上线下混合式智慧教学。基于这样的“课前、课中、课后”线上线下混合式教学设计，充分利用线上丰富的教学资源，增加了课程的信息量，并可实时监管学生学习情况，提高了课前课后教学活动的实效性。在课堂线下教学活动中，恰当应用雨课堂等智慧平台，增强了教学互动，改变了传统工科课程生硬、刻板的教学模式。智慧平台的“云技术”以详细的数据记录了每个学生整个教学环节的学习过程，有助于教学监管和多维度考核学生学习情况，全过程的考核解决了学生平时成绩评价的困难，使得考核结果更加客观。我们在17级三班两个学期的化工原理教学中实施了该智慧教学模式，整体不及格率较一班和二班均低了15%以上，说明采用混合式智慧教学模式取得了较好的教学效果。