基于超星学习通平台的化工原理混合式教学模式研究

陈珍，孙勇，李业梅，周佳，周视玉 (汉江师范学院 化学与环境工程学院，湖北 十堰 442000)

0 引言

近年来随着“互联网+”和“智能+”技术支撑的在线教学在中国各大高校快速发展，超星学习通等线上教学平台得到了越来越广泛的运用。与传统教学相比，信息技术和移动化教学资源不仅能激发学生的学习兴趣，还能极大扩展学习的深度和广度。然而，从近几年的教学实践效果来看，单纯的线上教学还存在诸多不足之处：其一，线上学习对网络带宽和稳定性的需求较高，对部分网络环境较差的学生学习的流畅性和体验感不佳；其二，线上教学更需要学生具有高度的主观能动性，这对部分大学生尤其是地方本科院校学生极具挑战性；其三，线上教学缺乏师生之间的当面交流和有效互动，一定程度上降低了学习的积极性[1]。因此，基于超星学习通平台打造线上线下混合式教学模式，能够充分利用线上教学资源和课堂管理策略，助推线下教学质量和教学效果的快速提升。

化工原理课程是我校应用化学专业的一门专业必修课，注重培养具有工程思维能力的化工专业人才。结合近年来对我校学生学习化工原理课程的相关分析，本课程教学的主要难点体现在三个方面：一是化工原理主要研究化工生产中各种典型的单元操作相关问题，与生产紧密结合，强调工程观点，作为学生接触的第一门工科课程，思维转换难度较大；二是相关公式多、计算量大，对学生逻辑思维能力要求较高；三是面对枯燥的理论知识教学，学生学习的主观能动性相对不足，学习效果不佳。因此，本文探讨了以线上线下混合式教学模式为基础，充分利用超星学习平台改革传统化工原理课程教学模式、提升教学效果的主要举措和效果，以期不断提升化工原理课程的教学质量，培养更多优秀的化工专业人才。

1 混合式教学模式的研究背景和优势

1.1 混合式教学模式的研究背景

伴随着《关于加强高等教育在线开放课程建设应用与管理的意见》(2015)、《教学信息化2.0 行动计划》(2018)等文件出台，迎来了高等教学的大变革，各类课程的在线资源如雨后春笋般在网上涌现，不断推动着现代信息技术与教学的深度融合。罗映红[2]首次提出系统构建高校混合式教学模式，创新设计八阶段混合式教学过程，构建“二维三位一体”的混合式教学模式。张锦等[3]提出混合式教学不仅仅是线上线下教学或者传统教学与网络教学的融合，更应该是包含了教学空间、教学时间、教学方式和教学评价的多种元素混合，拓宽了对混合式教学的传统认知。凌小萍等[4]针对高校思政课混合教学模式“教什么”“怎么教”提出立足实施效果，加强师资队伍建设，创新激励与评价机制来优化和改进混合式教学模式。在新冠疫情对课堂教学工作产生巨大影响的这几年，更是推动了在线课程的快速发展和更新，其中以化工原理课程为例的混合式教学模式探索，研究者和老师们也不断总结经验，反思教学，推动化工原理混合式教学模式的不断改进和创新。晏瑾等[5]以“雨课堂”和“对分易”平台为教学工具，开展了化工原理混合教学模式的探索，充分发挥课前、中、后三阶段的学习特性，收到较好的效果。廖益强等[6]在详细分析了传统化工原理课堂教学的弊端后，对混合教学在网络资源设计，课堂教学安排以及师生互动方面提出一些思路和建议。

混合式教学模式因专业背景、课程内容和性质、所教对象的特征等不同，具体的设计方案也需要随之变化。教师在探索符合自己课程的混合式教学模式过程中，应当紧密结合本课程的教学内容、性质和目标，充分调研并分析学情，设计更符合本专业学生特色的混合式教学模式。

1.2 混合式教学模式的优势

混合式教学模式是高等教育不断发展的产物，是依托在线课程建设的新型教学模式。其特点是学习具有专业性、目的性和探索性，且充分调动和发挥学生的主观能动性。混合式教学可以有效地拓宽学习的空间和时间，学生利用相对自由的时间和地点因时因地开展学习；增强教学互动，老师可以多方位了解学生的学习情况并及时给予帮助和解答；改善学习模式，由仅靠老师的输入式教学，转变为学生启发式学习，带着问题自行去查阅调研，提高学生自主学习能力，激发学习兴趣；拓宽学习的宽度和深度，学生可以了解到更多课程背景知识和相关应用，引发思考，提高创新能力。

2 混合式教学模式的实践运用

超星学习通诞生于2016 年，在新冠疫情期间被广泛应用并快速发展的重要学习平台之一[7]。它拥有非常方便的教学资源和教学管理工具，超星同步课堂可以白板、互动提问、自动录课，并以课程章节的形式提供自主学习资源，为学生学习、老师教学并及时掌握学习动态提供了便利。

化工原理课程理论性较强，围绕“三传”即动量传递、热量传递、质量传递为主线，对不同单元操作的工作原理、计算及相关设备进行教授，涉及的物理量和公式多，计算较复杂。在以往的学习过程中，学生学习存在各种各样的问题，比如自觉课前预计和课后复习能动性差；对很多物理量感到抽象不太理解；公式的推导课上听懂，课后很快忘记；不能理解理论的推导与生产关联，缺乏理论知识与实际的联系，导致后期实验课和课程设计效果不佳；作业训练单一，对知识点掌握不牢；不能及时了解不同学生的情况，导致学习效果差，课堂沉闷枯燥。虽然在教学过程中不断反思，优化教学内容和方式，通过实地调查问卷等形式与学生互动沟通，但是效果甚微。借着新冠疫情导致在线教学成为主流这一契机，笔者充分利用超星学习通平台，对本课程的教学进行了研究和改革，在不断改进与实践的过程中，以往教学过程中遇到的问题被很好的解决，收到了较好的学习反馈。

2.1 混合式教学模式设计方案

新冠疫情来袭，教育部号召停课不停学，各高校陆续开展在线教学。笔者所授的化工原理课程借助中国大学MOOC 资源建立了本校化工原理课程的SPOC，通过一个学期的在线教学，发现学生学习效果相比传统的教学模式总体呈现好转趋势。这主要体现在：直播课堂参与度提升，作业完成情况好转，对知识的举一反三能力有所提升，大部分学生的积极性得到提升。然而，通过学习数据和考核结果来看，也存在很大的问题，完全的在线学习尤其是直播课，对身处偏远山区信号不佳的学生挑战较大；部分学生仅为了完成任务点而学习，因为长期不在课堂，缺乏学习的动力和自觉性；由于无法当面有效互动，也有学生在学期中后期学习效果出现下滑。

随着疫情防控的不断优化，复课形式呈现多样化，其中混合式教学模式受到广大师生的普遍认可。笔者利用在线教学资源和平台的优势，开展了化工原理线上线下混合式教学模式的改革与探索。首先，为学生推荐北京化工大学化工原理国家精品课程为本课程在线学习的优质资源。其次，在超星学习通平台创建化工原理在线课程，包括建立试题库、媒体素材库、课件素材库、案例素材库和讨论区素材库。最后，优化课堂授课内容，笔者并将每章的内容分为三大部分：第一部分是基本概念的学习；第二部分是重要公式的推导及讨论；第三部分是对理论知识的运用和发散。在此基础上，合理分配线上与线下学习重点，将与已学课程紧密关联的基础性知识调整为课前预习和课堂巩固，将重要原理的推导与运用作为授课的核心内容，将综合及发散性问题采用翻转课堂达到知识的巩固与升华。所有学习通的任务与互动，学生均可通过手机APP 或者电脑网页端完成。基于超星学习通的混合教学模式如图1 所示。

图1 基于超星学习通的混合教学模式

2.2 混合式教学模式的开展

2.2.1 线上自主学习

根据课程设计方案，在学习本章内容前，将本章的课件PPT、需要推送的案例视频、测验题及讨论等在学习通发布。

基本概念的学习，主要以预习形式开展线上自主学习。该部分内容具有较强的学科交叉性，比如流体流动这一章，关于密度、压力、流速与流量这些基本物理量，学生已经在大学物理、物理化学等学科中掌握，但在复习这些知识的过程中，结合本章的流体输送单元操作过程，又会获得新的结论。又如蒸馏这一章，关于二元组分的相平衡知识，学生也已经在物理化学中学习了，在讨论连续精馏的时候又需要反复运用。将上述内容作为预习任务，在上课前一周将学习资源和单元测验在学习通以任务点推送给学生，并要求学生将学习后整理的笔记以作业形式上传学习通。并在课前通报学习情况，对学生学习过程进行监督。

经过上述实践，与传统讲授式教学相比，大大提升了课堂时间的利用效率。以往需要两个学时才能将二元相平衡知识讲完，现在两个学时，不仅可以将该知识进行举一反三的练习，及时解决学生学习中的困惑，还可以很好地衔接二元连续精馏及其原理的新知识引入，大幅提升了学习的效果，激发了学生学习的兴趣。

2.2.2 课堂教学与互动

每章新课开始，通过学习通投屏，反馈课前学习效果，解答共性问题，并引入第二部分学习，即重要原理的推导。该部分主要是以老师讲授及板书为主，每一个重要公式的推导结束，通过学习通发布随堂测验检验学习效果，并对共性问题进行解答。有了在线学习的铺垫，学生在这块知识的学习更加流畅，而且每节课后，在讨论区对知识的总结和反馈也很及时，教师可以具体了解每个学生的学习情况，调整教学内容。

2.2.3 课后拓展与翻转课堂相结合

综合性问题是对新知识的运用，并起到举一反三的效果。首先每章提供所学单元操作与生产紧密结合的案例视频，供学生自主学习。学生完成课后习题作业的基础上，笔者在此基础上通过学习通发布一个相关案例讨论和一个综合计算题，供学生讨论和练习，在每章最后的习题课，每个题由预先分好的小组轮流讲解并总结，最后由老师来点评补充完善。

2.2.4 过程性评价与反馈

在化工原理混合式教学实施过程中，通过过程性评价，对学生的任务完成度、课程参与度、以及学习结果进行多维度评价。课程按照百分制计算，学习通必学任务点的完成占10%，课堂学习与讨论占10%，课后拓展占10%，期中考试占20%，期末考试占50%。此外，每章根据知识点设置3 个讨论话题，供学生自由讨论，每章学完，老师进行总结归纳，期末根据参与度给予加分奖励。为了不断提升教学质量，学期中在学习通开展一次为期一月的学情问卷调查，及时收集学生学习反馈，因材施教，改进教学。期末，通过学习通为学生开展线上答疑。

与传统的形式单一、较为主观的评价模式不同，结合在线管理的多维过程性评价更客观反映了学生的学习成效，符合应用型化学化工人才的培养目标。

3 混合式教学的成效评估

2022 上下学期，基于超星学习通开展化工原理混合式教学模式以来，不论是从学习的成效来看，还是学生的反馈，都收到了较好的效果。具体体现在：(1)学生的课程成绩较传统式教学模式得到较大提升，低分人数(60～70 分)明显减少，高分人数(90 分以上)凸显；(2)学习通参与度较好，任务点完成度达到70%以上，讨论区回复率达到50%左右；(3)有了助推式预习，练习和启发式讨论，课堂教学更加生动，学生学习积极性得到较大提升。超星学习通教学过程学习数据统计如图2 所示。

图2 超星学习通教学过程学习数据统计

本课程的教学改革和实施还在探索阶段，仍然存在不足之处，例如学习通缺少老师自己的录课视频资源，这也是很多学生反馈的需求；案例视频和资源仍存在不足；部分学生懒散应付，自主学习能力差，无法适应新教学模式。针对上述问题，笔者建议优化课程团队，在教学过程中完善教学视频的制作，为本校学生提供更适合于课后学习的在线资源，以一流本科课程的标准建设本校化工原理的课程资源；加强校企合作，与化工相关企业保持联系，聘请企业专家为学生进行案例剖析，提升学生的学习热情；因材施教，不放弃掉队学生，采用小组帮扶制，不断提升全班的学习效果；借助在线资源，强化课程思政，提升学生的社会责任感和使命感。

4 混合式教学助力化工人才培养

化工原理课程是一门理论性极强的专业核心课程，是化工原理实验、化工原理课程设计等实践性课程的重要基础，为学生今后从事化学化工行业的生产和工作具有重要的指导意义。在当前“新工科”背景下，对化工专业人才的工程能力和解决实际问题的能力培养越来越重要。在教学过程中，既要有化工过程的理论计算，也要充分融入化工生产实际操作中的各种问题和现实情况，引导学生发现问题、解决问题，培养具有工程实践能力的新时代化工专业人才队伍。

第一，课堂教学与在线教育结合，激发学生学习兴趣。通过混合式教学模式的开展，将传统的课堂教学与网络在线教学有机结合，更好地激发学生的学习兴趣，借助新媒体手段提高学生对复杂工程问题的理解能力，给予学生足够的空间进行自学。通过各种各类典型案例和应用分析，进一步开阔学生的视野，拉近学生与化工生产一线实践的距离。

第二，完善训练体系，培养创新能力。根据化学创新型人才综合素质的构建和实验教学改革目标，继续完善创新课程相关的训练体系，为使培养的化工人才满足社会的需求，应在化工原理理论知识学习的同时不断加强化工工程实践训练。依托化工原理实验课程，开展虚拟仿真线上线下学习模式。并在此基础上，设置创新探索类课题，与本科生毕业论文相结合，鼓励学生以小组形式，通过自主调研，线上模拟和实训实践来完成，并定期组织小组讨论和汇报，锻炼学生的表达能力和写作、绘图能力，也为毕业设计打好坚实的基础。

第三，丰富在线资源，搭建实践平台。精准对接化工专业学生实习需求，为学生提供多元化的实践平台，切实提高化工人才的社会适应能力。为了解决实习人数多，地方化工企业少等现实问题，探索开展线上实习。与相关化工生产企业联合开展在线实习素材库建设，方便学生如临其境掌握化工原理在生产中的应用与实践。

第四，积极参与竞赛，激发创新精神。紧抓各级各类化工科研竞赛契机，以赛促学，以赛促教，培养化工类创新性人才。近年来，化工类竞赛规模不断壮大，种类形式多样化，教师应强化团队建设，并总结各类获奖作品的经验，将资源整合，作为在线资源为学生所用，鼓励并积极指导学生参赛。邀请有经验的团队开展在线培训交流，线下调研学习，为学生参赛创造有利条件。

5 结语

混合式教学是适应新时代人才培养目标的教学模式，是高校各课程借助信息技术进行改革的重要趋势之一。本文初步探索了化工原理课程的混合式教学模式，并充分利用超星学习通平台，做好课程的建设和管理，所存在的问题是本课程后续需要逐步改进的。只有不断完善教学设计，创新教学思路，才能取得老师有效的教和学生个性化的学的效果，为服务国家战略，提升化学化工人才培养质量，进而满足化学化工行业对人才需求的新要求。