《化工原理实验》混合式教学改革探索

曹晓燕，刘小风

(1 九江学院化学化工学院，江西 九江 332005；2 九江学院药学与生命科学学院，江西 九江 332000)

《化工原理实验》作为化学化工及相关专业的必修实践类课程，是为配合化工原理课堂理论教学而设置的教学环节。不同于化学类基础课程实验，《化工原理实验》具有典型的工程特点，是一门以化工实际工程问题为研究对象，以化工单元操作为主要内容、以培养学生具有分析能力和解决实际工程问题能力为特点的实践类课程[1]。鉴于其课程的工程性特点，传统的《化工原理实验》多以“教师为中心”的线下课堂实验教学为主，学生通过老师的讲解和演示等被动地进行实验操作，并未对实验内容和知识进行深层挖掘，同时，受到教学场地和设备的限制，通常需要学生进行分组合作来完成整个实验过程，造成了教学过程管理困难，教学效果不理想。

线上教学，教学形式灵活，学生可以不受时间、空间限制，随时随地进行在线同步学习。上个世纪末，美国教育界曾针对“有围墙的大学是否将被没有围墙的大学(网络学院)所取代”这一论题开展了一场大讨论。最终得出“线上教学不会完全取代学校教育，但会极大地改变课堂教学的目的和功能”的结论[2]。近年来兴起的混合式教学(Blending Learning)，是在信息技术推动下的一种教育变革方式，是一种将线下课堂教学和线上数字化教学中的优势元素进行混合的新型教学模式[3-5]，这种教学模式是多种教学方法、教学媒体以及评价模式等多种教学要素的结合，是对传统教学模式的一种改革。应用混合式教学模式，将线上教学引入《化工原理实验》课程中，一方面，可将教学模式以“教师为中心”转变为以“学生为中心”，提高学生的自主式学习能力，加深学生对化工原理基本原理的理解；另一方面，可解决因教学课时少、仪器设备不足以及分组教学的难题，从而优化教学过程，提高教学效果。教育部2021年工作要点提出[6]，要加快推进教育信息化的高质量发展，促使国内各大高校对混合式教学的要求日趋迫切，也对教师的现代化教育技术水平提出了更高的要求。

1 传统《化工原理实验》教学中存在的问题

1.1 课前预习不够充分

针对《化工原理实验》课程的特点，每堂实验课前，通常要求学生对实验的目的、原理、设备以及操作和数据处理进行提前预习，特别是对装置设备和操作步骤等，要有一个基本的了解，这样才能在实验课中进行正确的操作，采集到合适的实验数据。传统的预习方法是根据实验教材书写预习报告，这在一定程度上能起到一定的预习效果。但对于绝大多数学生来讲，尤其是对于理论基础本身比较薄弱的学生，这种单一的预习方法往往流于形式，仅仅是对书本上的内容进行搬运而已，并未起到加深对化工原理理论认识与理解的作用。加上有些单元操作，流程比较复杂，学生仅以书本上固有的内容，很难对实验装置和操作步骤有真正的理解。由于课时分配的问题，教师在课堂上的讲解有限，学生不能对实验内容完全吸收和理解，在实验操作中错误百出，致使实验教学中，教师疲于纠正和指导学生的错误操作，不能对学生实验进行适时的引导，实验课堂教学收效不高。

1.2 理论教学与实践教学不同步

化工原理实验作为配合化工原理课堂理论教学的环节，涵盖了化工原理的各个重点和难点，是从理论到实践，将理论和实践有机结合起来的课程。但是，在实际课程安排中，理论课与实验课往往不能同步进行，常常出现某一项单元操作理论内容已经上完很久了，实验课才开始；或者由于理论课和实验课由不同教师任课，实验课内容又早于理论课，这就导致学生在实验课中对之前所学内容有所遗忘或者完全不知所云，对实验原理一知半解，不能深刻理解实验的原理，同时，由于实验课多侧重于了解实验装置设备和操作流程，再加上单元操作时间较长，对基本原理部分的讲授有所限制，因此，在实验过程中，学生仅仅做到依葫芦画瓢，模仿教师的操作过程来完成实验，进行数据测定和采集，一旦遇到问题，就会手忙脚乱、不知所措，甚至造成实验失败。对于所涉及的实验原理是如何在实验过程中体现的往往无暇顾及，没有对实验过程进行主动思考，进行创新性设计与研究，更达不到通过实验培养学生创新能力和解决工程实际问题的目的。

1.3 考核标准不够客观

对于以往采用线下教学的《化工原理实验》，其考核标准侧重于结果考核，往往是根据学生的实验报告或期末考核成绩进行评定，并未将过程考核纳入考核范畴。实验报告是评价学生分析问题、解决问题能力的重要依据。由于受场地、设备及时间的限制，通常一个单元操作是由多名同学共同合作完成。以一个教学班级40人为例，在传热实验单元操作中，为了达到冷热流体换热完全，必须使两者之间有足够的接触时间，因此，在调节完空气流量之后，往往需要等待3～5 mim。一个单元操作，至少要进行6～8组数据的测量与采集，需要近40 mim才能完成实验。一堂实验课为3 h，教师讲授近1 h，剩余的两个小时根本无法保证每个同学都能动手操作，就会造成多名同学共用一组实验数据。在完成实验报告时，出现相互抄袭的现象，内容大同小异，因此，提交的实验报告并不能真实反映每个学生的学习情况。期末考核则主要为实验操作，在有限的时间内，学生仅仅做到依葫芦画瓢，简单的模仿操作，至于为什么这么做？如果改进？学生并没有深刻认识与理解。不能真实反映学生的实际操作水平、分析与解决工程问题的能力，也无法评价是否达成实验教学目标。

2 《化工原理实验》混合式教学的改革

单一的线下教学模式，以教师为中心，学生缺乏自主性学习；线上教学模式，教学方式灵活，不受时间和空间的限制，可提高学生的自主学习能力，但对于《化工原理实验》课程而言，仅用线上教学无法完成整个实验教学过程。将线上线下教学的优势资源进行整合，采用混合式教学模式，有利于促进《化工原理实验》课程的良性发展。

2.1 建设线上实验教学资源，提高预习效果

以超星网络教学平台为依托，将线上线下教学方式相结合，针对每一个单元操作，制作相应的线上资源，拍摄教学视频，进行混合式教学。线上课程的内容包括实验目的、实验原理、设备装置、操作流程及步骤、实验数据的处理和分析等几个部分，其中，重点是教学视频的拍摄。根据我校《化工原理实验》培养计划，该课程主要包括流体流动与输送、传热和传质这三大类，共涉及八个化工单元操作。利用本校的实验装置，教师将八个单元操作的实验装置、流程以及操作过程部分进行现场录制，每段视频不超过10 min，有助于学生更直观地了解单元操作过程。以传热综合实验为例，视频教学可分为三段：第一段，任课教师对传热实验所涉及的装置设备(如，套管换热器、鼓风机、蒸汽发生器等)进行简要介绍，主要介绍设备的构造、设备的作用等，时间控制在3～5 min；第二段，教师对传热单元操作流程进行详细介绍，让学生了解先做什么，后做什么，接着做什么，做到心中有数；第三段，教师开始实际单元操作演示，在演示过程中，教师可就当前的步骤进行发散性提问，尤其是对于需要注意的事项，要多加讲解，多问几个为什么，启发学生多思考、积极思考，让学生通过线上预习带着疑问进入实验课。每堂实验课前，教师通过超星APP发送教学资料，学生通过分享的二维码进入学习平台后，即可不受时间和空间的限制，提前自主地进行学习。通过理论内容和现场教学视频预习，初步了解每个单元操作的基本原理、设备装置及操作过程，并可带着问题进入线下实验课程的学习，提高预习的效果，有助于促进课堂教学的有效性。

2.2 充分利用线上实验教学资源，丰富课堂教学

线下实验课中，教师可采用提问的方式，了解学生预习的情况，并进行针对性指导，引导学生多思考，更有效地完成实验课程教学目标。以精馏实验为例，在学生提前线上预习的基础上，教师通过超星教学平台介绍精馏实验内容的重点和难点。进入实验室后，教师指导学生进行实验操作，检查学生操作是否得当，并对错误的操作给予纠正和指导，在这个过程中，教师根据实验设备及实验情况对学生进行相关提问和指导。比如，精馏的目的是什么？在精馏塔稳定操作的条件下，塔内温度沿塔高的是如何变化的？在精馏塔操作过程中，若出现液泛或者漏液现象该采取什么措施？等等。课堂教学中，学生有足够的时间完成实验操作并进行数据处理与分析，同时，学生带着疑问进行实验操作，通过数据处理与分析验证实验的可行性，可加深学生对实验原理的理解，达到理论联系实际的效果。课后，教师还可在超星平台中设立交流讨论区，通过线上互动的方式，对实验中存在的问题及待解决的问题进行讨论，调动学生的积极性与学习兴趣，反哺教师的课堂实验教学内容。通过线上线下混合式教学，促使教师改变过去陈旧的教学方法，提高教学设计能力，加强学生的学习兴趣与课堂参与性，提升教学的有效性。

2.3 构建线上线下评价体系，完善考核标准

传统线下教学中，《化工原理实验》考核标准侧重于结果考核，而未将过程考核纳入其范畴。过程考核在实验教学中占有很重要的地位，因此，需将《化工原理实验》课程评价体系贯穿在实验教学的整个过程中，才能全面反映学生对理论知识的理解，操作技能的掌握，分析问题以及解决问题的能力，才能使评价体系更加客观，以推动实验教学的长足发展。

在混合式教学模式下，评价体系由过程考核和结果考核两个部分组成。过程考核为了促使学生注重平时的学习过程，其考核主要依据学生三个方面进行评定：(1)在线学习的情况，包括在线学习时长、视频观看次数、在线学习效果等，这部分占比为30%；(2)在线讨论情况，课后参与在线讨论次数，讨论质量等，占比30%；(3)线下实验操作过程，主要考察学生操作的正确性、对操作相关问题的回答情况、数据采集的合理性等，占比40%。结果考核则从实验报告(40%)和期末考核(60%)两方面来进行评价，期末考核区别于传统的考核模式，通过期末试卷的模式进行考核。试卷内容由实验原理、装置设备、实验流程及实验操作等构成。学生最终成绩评定中，过程考核占比50%，结果考核占比50%。通过构建线上线下课程评价体系，既能客观反映学生的学习效果，又较好地完善了考核标准，促使学生在《化工原理实验》课程的预习、实验操作、课后分析以及报告总结等方面能投入更多的精力，不断推动《化工原理实验》教学改革的发展。

3 结 语

《化工原理实验》是一门以化工实际工程问题为研究对象，以化工单元操作为主要内容、以培养学生具有分析能力和解决实际工程问题能力为特点的实践类课程。传统的《化工原理实验》多以教师为中心，学生自主学习不够，教学效果不理想。将线上教学模式引入《化工原理实验》教学中，将线上线下的教学资源进行优势互补，充分利用混合式教学模式，拓宽了学生的学习维度，提高了学生的自主学习效率，丰富了课堂教学内容，完善了课程评价体系，激发了学生的学习兴趣，可大幅度提升《化工原理实验》课程的教学质量，推动《化工原理实验》教学改革的发展。