化工專業(yè)實驗混合式教學模式改革

王祁寧，許軼，張建庭，屠美玲，賈繼寧

(浙江工業(yè)大學化學化工國家級實驗教學示范中心，浙江 杭州 310014)

0 引言

課程作為人才培養(yǎng)的核心要素，是教育的微觀問題[1]，更是“立德樹人成效”這一人才培養(yǎng)根本標準的具體化、操作化和目標化，也是當前中國大學帶有普遍意義的短板、瓶頸和關(guān)鍵所在[2]?！敖鹫n”[3]建設是高校本科生課程建設的目標，應在“新工科”建設中率先發(fā)力[4]。化工專業(yè)實驗課程具有很強的實踐性，需要面對復雜的工程問題(如涉及物料變量多、設備復雜和過程時間長等)，應該按照實踐類金課標準狠抓教學質(zhì)量工程[5]。

自2014年化學化工國家級實驗教學示范中心建設工作開展以來，化工專業(yè)實驗科教團隊已經(jīng)對教學內(nèi)容、教學方法、教學手段等方面進行了一系列改革，融入實驗教師的教改及科研成果，形成了相對科學的課程知識體系和規(guī)范完整的軟硬資源體系，構(gòu)建了教學與科研良性互動的實驗教學模式，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。為了進一步滿足學生個性化、信息化的學習需求[6]，通過探索集在線理論教學、課堂實驗教學、答疑輔導于一體的混合教學模式下化工專業(yè)實驗教學內(nèi)容、信息化手段和形成性評價等方面的創(chuàng)新，推動了化工專業(yè)實驗在線教學和傳統(tǒng)實驗教學的改革。

1 化工專業(yè)實驗教學現(xiàn)狀與問題

化工專業(yè)實驗教學不僅是本專業(yè)創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)的重心，也是化學、材料、環(huán)境、醫(yī)藥、生物工程、機械、控制等各相關(guān)學科專業(yè)工程基礎教育的重要組成部分[7]。依托化學化工國家級實驗教學示范中心的化工專業(yè)實驗課程，是學生從學子向創(chuàng)新應用型人才蛻變的起點[8]，但僅僅依靠“教師調(diào)試實驗設備、學生預習、實驗前教師講授、學生2～4人組隊實驗、實驗后學生數(shù)據(jù)處理、撰寫實驗報告”的“課堂式”實驗教學管理模式來實現(xiàn)創(chuàng)新應用型人才的實踐能力培養(yǎng)，仍面臨著許多問題。

1.1 對產(chǎn)出導向的教學理念缺乏深度思考

盡管實驗中心已經(jīng)建立了獨立于理論教學的實驗教學體系，能培養(yǎng)學生很強的動手操作能力和知識轉(zhuǎn)化能力，但教師對學生的學習結(jié)果缺乏清晰的構(gòu)想，在分析學生學習產(chǎn)出、繼而反向設計課程結(jié)構(gòu)以及相關(guān)評價體系方面，缺乏以產(chǎn)業(yè)需求、社會需求為導向的大局觀，使得學生在將學術(shù)知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力上稍顯薄弱，與社會和高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)需求匹配度不高。

1.2 對學生的個性化培養(yǎng)有待提高

當前的實驗教學體系對所有學生都是按照同一種教育模式培養(yǎng)，在因材施教方面有所欠缺。教師只能通過實驗課堂講解相同的教學內(nèi)容，沒有以學生的認知規(guī)律和個性化培養(yǎng)為考量，理論教學質(zhì)量和實驗教學效率都難以邁進新層次。教學資源建設相對薄弱，主要以實驗講義、相關(guān)課件和教案為主，課程內(nèi)容所反映的前沿性和時代性不夠，同時，缺乏多維度的形成性評價體系，主要采用實驗操作成績與實驗報告成績相結(jié)合的評價方式，束縛了學生探究科學魅力的創(chuàng)新意識。

1.3 對學生的自主發(fā)展相對受限

預先設計較為完整的實驗，難以讓學生獲得自主設計實驗的思考和訓練；預先排除設備故障的實驗裝置，使學生在生產(chǎn)實際中面臨意外狀況時稍顯束手無策；被動接收或者依賴教師的實驗前講解，無法形成自主排疑解惑的學習習慣；簡單進行數(shù)據(jù)處理的實驗報告，缺少對復雜化學工程問題的反思。所以，以教師為中心的實驗教學管理模式，對學生的自主發(fā)展及工程能力的提高只起到制約作用。

2 混合式實驗教學的實際意義

化工專業(yè)實驗是通過系統(tǒng)的實驗技術(shù)和方法訓練著重培養(yǎng)學生基礎科學素養(yǎng)的實踐性環(huán)節(jié)，采用混合式教學模式能使學生實現(xiàn)專業(yè)理論學習與實際應用有機結(jié)合，較好地解決實驗教學中面臨的教學效果不突出的問題。

2.1 整合優(yōu)化教學資源，構(gòu)建體現(xiàn)信息技術(shù)與教學深度融合的課程結(jié)構(gòu)，提升理論教學質(zhì)量

混合式教學的線上教學環(huán)節(jié)，需要教師以自身教學經(jīng)驗為基礎，有效整合相關(guān)的教學素材，制作實驗微課，供學生在課前預習；還可利用虛擬與實體實驗互補的思路，通過整合慕課、本中心的國家級示范性虛擬仿真實驗教學項目等泛在化網(wǎng)絡教學資源，拓寬學生的知識結(jié)構(gòu)。在教學過程中，不斷優(yōu)化資源配置，從多角度透徹地展現(xiàn)教學內(nèi)容，實現(xiàn)多途徑信息輸入，增強教學的表現(xiàn)力和感染力；盡可能地將知識面分解成知識點，減少信息的加工轉(zhuǎn)換過程，降低學習的復雜度。

2.2 圍繞工程教育理念，實現(xiàn)以學生為中心的教學組織模式，提升實驗教學效率

通過實驗微課、虛擬仿真項目展現(xiàn)的線上教學環(huán)節(jié)，改變了實驗預習模式，讓學生從傳統(tǒng)的抄寫實驗講義中解放出來，投入可視化的視頻資源，有利于提高學生預習實驗的積極性。可反復觀看的視頻資源，一方面能讓教師將實驗理論部分與實踐部分的教學學時分開，合理利用課堂實驗學時，將以教師為中心、灌輸實驗操作知識的“課堂式”實驗教學管理模式向以問題為導向、引導學生反思的混合式實驗教學模式轉(zhuǎn)變，在教學形式上呈現(xiàn)先進性和互動性；另一方面，能讓學生脫離時間和空間的限制，在掌握實驗原理的基礎上，提前了解實驗設備結(jié)構(gòu)，注重應用聯(lián)系，面向化工生產(chǎn)實際，理解化工過程的基本規(guī)律，使其學習結(jié)果具有探究性和個性化。

2.3 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)學習觀念，發(fā)揮線上與線下教學的互補性優(yōu)勢，培養(yǎng)自主學習意識

運用華羅庚先生“先把書讀厚，再把書讀薄”的學習方法，將線上教學環(huán)節(jié)和線下實驗環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系起來。因為學習并不是記住知識的描述，而是從有限的例子中找出問題和答案之間的規(guī)律，再用知識來壓縮原本無限的信息，并用簡單的語言描述出來，最后用于解決新問題。教師通過線上教學環(huán)節(jié)，“先把書讀厚”，用例子構(gòu)建知識，不斷豐富學生的庫存量，幫助學生體會問題和答案之間的關(guān)系；學生通過線下實驗環(huán)節(jié)，驗證從現(xiàn)有例子中所提煉的知識，是否能描述問題和答案的真正規(guī)律，當學生真正學會的時候，這些例子就被壓縮成知識，達到了“再把書讀薄”的目的。

3 混合式實驗教學模式融合應用

針對上述化工專業(yè)實驗課程教學中存在的問題，教學團隊繼承本實驗中心工程教育改革發(fā)展的成功經(jīng)驗，將混合式教學模式應用于實驗教學改革中，探尋教與學的有機融合。

3.1 持續(xù)改進實驗微課的制作內(nèi)容

教學團隊積極參加學術(shù)交流、課程教學研討和教學沙龍培訓等活動，不斷強化自身的教學水平，再將逐年建設積累的信息化實驗教學資源進行整合，堅持理論聯(lián)系實際，將一些新技術(shù)、新設備和本校教師的最新科研成果引入實驗微課的制作中，并且根據(jù)教學大綱和教學目標持續(xù)更新，利用超星學習通平臺發(fā)布資源優(yōu)化后的微課，有效拓寬學生的學識水平。而學生可以通過觀看已經(jīng)構(gòu)建好的可視化視頻群，暫?；蚧夭ツ承┎糠謥碜灾鞯乜刂茖W習節(jié)奏，繼而利用有限的實驗學時、帶著問題動手實踐，真正意義上做到精講深練。對于部分自我要求高的學生，還能同步學習自己感興趣卻未選修的實驗項目，解決了對知識極度渴求的學生困境，也避免了學生未經(jīng)預習而盲目選課的窘態(tài)。

3.2 增強教學組織模式的信息化手段

與網(wǎng)絡教學平臺升級同步，借助信息化手段，完善實驗室管理平臺。在以往的實驗教學中，已經(jīng)打破行政班的概念，以每個學生為單位實現(xiàn)自主選課。管理人員宏觀調(diào)控，合理安排實驗時間、實驗場地、實驗設備及指導教師，而學生根據(jù)實際需求預約實驗，選擇“在什么時間”與“哪些學生”合作“做什么實驗”。為了掙脫局域網(wǎng)設備服務器的老化、經(jīng)費限制和異地求學的束縛，教學團隊采取騰訊在線文檔與中心自主研發(fā)的篩選軟件配套使用的方式，來保證自主選課的遠程服務。學生不僅能在校外提前選課，還能降低與教師溝通的時間成本。這種模式真正做到了以學生為中心，充分發(fā)揮了信息化帶來的跨時空便利。

3.3 強化基于自主學習觀的工程實踐能力

混合式實驗教學存在一個共性問題，雖然部分學生自學了微課等資源，但在教師采用問題式教學法導入實驗教學時，依然有一問三不知的現(xiàn)象。學生以為自己記住了知識，就表示自己學會了，其實不然。知識不是信息，學習不是記憶，無法僅憑記住知識來學會知識，這是教與學過程中最容易發(fā)生的問題。教師從應用的角度拓展知識，以可視化形式將知識的描述傳遞給學生，但不代表學生就學會了；還需要加強對實驗重點難點的解析，引導學生利用化學反應、化工過程與設備和化工單元操作等實驗過程著重梳理復雜工程問題。學生通過實驗實踐進行理解、積累，重塑大腦鏈接，理清問題和答案的關(guān)系，將知識的描述內(nèi)化成解決復雜工程問題的綜合能力和高級思維。實驗實踐的有效落實是自主學習觀成功的關(guān)鍵。

4 混合式實驗教學模式的實效進展

混合式實驗教學模式突出的特點是以學生為中心，發(fā)揮線上與線下教學的互補性優(yōu)勢，強化學生的自主學習觀，培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才。通過在浙江工業(yè)大學化工專業(yè)實驗課程中的實踐探索，取得了不錯的成效。一是依據(jù)認知規(guī)律有效地提升絕大部分學生的學習深度，強化了學生的自主學習觀。按照線上線下教學對接、虛擬實體實驗互補的思路調(diào)整完善實驗教學計劃，通過整合優(yōu)化后的線上數(shù)字化資源，架設教師導學和學生自學的橋梁，科學“增負”，實現(xiàn)學生對基本原理、背景和應用等知識的基本認識和拓展。二是強化學生的工程實踐能力，提升了學生的創(chuàng)新應用思維。實驗實踐教學是培養(yǎng)學生工程實踐能力的主要途徑，能夠檢驗、鞏固和轉(zhuǎn)化線上學習的知識，通過自主學習產(chǎn)生的疑惑和實驗實踐中產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象，激發(fā)學生探究問題根源的心理，達成綜合分析和解決復雜工程問題的目標，最終應用于社會工作中。三是促進教師的專業(yè)成長，提升了教師的教學水平和教學效果。教師在不斷篩選、自主開發(fā)及持續(xù)改進線上教學資源時，勢必需要不斷擴充知識積累，提升自身學術(shù)水平。繼而在課堂實驗教學中，依據(jù)形成性評價標準，不斷調(diào)整教學策略，對學習者給予及時、準確的有效互動，提升教學效果。

5 結(jié)語

化學化工國家級實驗教學示范中心積極發(fā)揮平臺優(yōu)勢及示范輻射作用，依托化工專業(yè)實驗的教學實施，深入探索混合式實驗教學模式，將面對面的課堂教學與在線教學有機整合，并不斷持續(xù)改進，為未來實驗教學改革及一流課程建設打下良好基礎。目前已經(jīng)將該教學模式向能源化學工程專業(yè)推廣，后期可將自主開發(fā)的線上實驗教學資源對外開放共享，實行遠程網(wǎng)絡教學應用，為其他地方高校實驗實踐教學改革提供借鑒。