翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在《化工原理》課程教學(xué)中的應(yīng)用

劉 劍，彭 鋼，譚雄文，許志鋒

(衡陽師范學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 功能金屬有機(jī)材料湖南省普通高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室功能金屬有機(jī)化合物湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽 421008)

《化工原理》是化工類專業(yè)一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。它是以高等數(shù)學(xué)、物理和物理化學(xué)為基礎(chǔ)，以質(zhì)量、動量和熱量傳遞理論為主線，研究各單元操作的基本原理、單元過程的計(jì)算及選擇、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，增強(qiáng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力[1-3]。然而采取傳統(tǒng)的教學(xué)方法“課堂講授-課后復(fù)習(xí)”教學(xué)時，學(xué)生普遍反映公式繁瑣，過程復(fù)雜難懂，學(xué)習(xí)積極性不高，如何對《化工原理》教學(xué)模式進(jìn)行改革，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率是一項(xiàng)亟待解決的教學(xué)問題。

翻轉(zhuǎn)課堂源自美國，譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，也可譯為“顛倒課堂”[4]，是將課堂教學(xué)和課后學(xué)習(xí)過程顛倒的一種教學(xué)模式，課前學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的微視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，課堂中教師引導(dǎo)，學(xué)生分組討論，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從傳統(tǒng)教學(xué)模式中“被動學(xué)”到“主動學(xué)”的轉(zhuǎn)變[5-6]。

翻轉(zhuǎn)課堂的具體模式如下：首先，教師進(jìn)行課程知識點(diǎn)設(shè)計(jì)，將知識點(diǎn)錄制成微視頻通過網(wǎng)絡(luò)平臺公開，學(xué)生課前進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)；然后，教師課堂引導(dǎo)，提出問題，學(xué)生分組討論，解決問題；最后，教師對學(xué)生未能解決的問題集中進(jìn)行課堂講解[7]。近年來，翻轉(zhuǎn)課堂在國內(nèi)外基礎(chǔ)教學(xué)中引起了越來越多關(guān)注，許多教學(xué)工作者開始了翻轉(zhuǎn)課堂的理論和實(shí)踐研究。2000年美國Lage MJ等[8]介紹了翻轉(zhuǎn)課堂在《經(jīng)濟(jì)學(xué)入門》課程中的應(yīng)用，該文指出翻轉(zhuǎn)課堂即是將傳統(tǒng)課堂內(nèi)容放到課外完成，而課外內(nèi)容放置到課堂內(nèi)完成。Tian L[9]研究了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在《口譯》課程中的應(yīng)用，研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，受試者更傾向于翻轉(zhuǎn)口譯教學(xué)模式，為此作者提出了翻轉(zhuǎn)口譯教學(xué)模式三個模塊，即課前在線學(xué)習(xí)、課堂教學(xué)實(shí)踐和課后任務(wù)。林潘能[10]探討了翻轉(zhuǎn)課堂在《線性代數(shù)》教學(xué)中的作用，分析了基于翻轉(zhuǎn)課堂模式下《線性代數(shù)》課程教學(xué)改革措施。本文以《化工原理》課程教學(xué)為例，借助學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，介紹以翻轉(zhuǎn)課堂形式進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)和過程。

1 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)準(zhǔn)備

1.1 課程知識點(diǎn)設(shè)計(jì)

課程知識點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的導(dǎo)線。生動形象的課程知識點(diǎn)對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生課前預(yù)習(xí)的積極性起著至關(guān)重要的作用。翻轉(zhuǎn)課堂的知識點(diǎn)以吸引學(xué)生興趣為導(dǎo)線，采用問題情景方式提出。比如，第一章流體流動，總共有6節(jié)，表1分別針對每節(jié)列出了6個知識點(diǎn)。

表1 翻轉(zhuǎn)課堂第一章各節(jié)知識點(diǎn)一覽表

表1(續(xù))

1.2 微課視頻錄制

微課視頻錄制采用教師單向講授方式進(jìn)行。以生動形象的動畫和模擬仿真的形式，加上教師的旁白，對知識點(diǎn)進(jìn)行視頻錄制。比如流體流動現(xiàn)象這個知識點(diǎn)，就以雷諾實(shí)驗(yàn)動畫演示和講述在不同流動形態(tài)下會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，從而引出層流、湍流不同流動型態(tài)，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的印象和理解；介紹離心泵的氣縛現(xiàn)象時，通過給學(xué)生展示泵吸不上水的動畫，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象；在錄制一維圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)知識點(diǎn)時，先創(chuàng)設(shè)情景，氣溫驟降，提問學(xué)生保暖性好的衣服應(yīng)穿在里面還是外面？再輔以實(shí)際例題讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)了解到保暖性好的材料置于內(nèi)層和外層的區(qū)別；講解干燥時，先展示一組晴天和雨天晾曬衣服的圖片來講解物料中水分的分類，加深學(xué)生對平衡水分與自由水分的理解。通過對每一章節(jié)中重要和復(fù)雜的知識點(diǎn)錄制1個甚至多個微課視頻，但每個視頻的排序應(yīng)有層次感，且每個視頻時間不應(yīng)太長，一般在5～15 min左右。在上課前一周提醒學(xué)生到學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)，再將自己的疑問或見解通過網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行師生討論。

1.3 學(xué)生課前預(yù)習(xí)

翻轉(zhuǎn)課堂的課前預(yù)習(xí)需要在教師引導(dǎo)下，學(xué)生自主的去預(yù)習(xí)知識點(diǎn)。教師應(yīng)于授課前在網(wǎng)絡(luò)平臺上公開本章的教學(xué)目標(biāo)和知識點(diǎn)，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過闖關(guān)模式引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。可通過每個知識點(diǎn)后增加檢測題的形式來引導(dǎo)學(xué)生，檢測題可選用一些涉及對知識點(diǎn)理解的選擇和填空題，使得學(xué)生通過預(yù)習(xí)教材、ppt或參考資料后基本都能獨(dú)立完成，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)斗志。學(xué)生完成了這個知識點(diǎn)的檢測后才能進(jìn)入下一個知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，在每一章知識點(diǎn)都學(xué)習(xí)完后，再設(shè)置章節(jié)測試題，教師通過學(xué)生的測試結(jié)果掌握學(xué)生對每個知識點(diǎn)的理解和掌握程度，從而調(diào)整課堂教學(xué)方案。

2 翻轉(zhuǎn)課堂的課上教學(xué)

翻轉(zhuǎn)課堂課上教學(xué)也不同于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，教師根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)的反饋，采取教師講解、學(xué)生分組討論和學(xué)生講解三個模塊進(jìn)行。首先，教師根據(jù)學(xué)生課前章節(jié)測試結(jié)果，重點(diǎn)性講解某些知識點(diǎn)。比如，學(xué)生進(jìn)行了第五章傳熱的闖關(guān)預(yù)習(xí)后，教師在上課前一天將學(xué)生測試結(jié)果匯總，如圖1所示，教師將針對正確率偏低的第4題、6題、9題和12題所涉及的知識點(diǎn)在課堂上進(jìn)行重點(diǎn)講解。其次，教師再針對每個知識點(diǎn)設(shè)置與生活現(xiàn)象相關(guān)的討論題或工程實(shí)際問題，將學(xué)生分成若干小組進(jìn)行組內(nèi)討論，每組5～6人。比如輻射傳熱，讓學(xué)生分組討論為什么夏季在保持20℃的室內(nèi)工作一般穿單衣會覺得舒適，而冬季在維持20℃室內(nèi)工作卻必須穿絨衣才覺得舒適。比如吸收，在逆流吸收時，如果吸收劑入塔濃度變大或氣體處理量變小，而其他操作條件不變，讓學(xué)生分組探討吸收劑出塔濃度和氣體出塔濃度會發(fā)生什么變化。而流體流動，可以給各組分配一道運(yùn)用機(jī)械能方程解答的實(shí)際工程問題，例如要將水輸送到不同高度的設(shè)備中，給定輸送流量、設(shè)備高度與壓力、管長和管徑、管壁絕對粗糙度等已知條件，求泵所需的功率，小組成員相互討論共同完成。再次，教師針對每節(jié)課的討論題隨機(jī)抽取一個組來回答，被抽取的組內(nèi)再隨機(jī)選派一位同學(xué)來講解。而實(shí)際工程問題，則要求學(xué)生將組內(nèi)最終答案寫到作業(yè)本上，拍照上傳反饋給教師，教師通過學(xué)習(xí)通投屏到投影儀上，再以隨機(jī)選人的方式選取一位學(xué)生來講解解題思路，確保每位同學(xué)都參與到課堂互動中，同時，將學(xué)生課堂解答情況進(jìn)行積分作為平時成績，提高學(xué)生的積極性，切實(shí)提高課堂效率。

圖1 學(xué)生每題正確百分率

3 結(jié)語

在《化工原理》傳統(tǒng)教學(xué)模式中，大部分學(xué)生沒有預(yù)習(xí)直接進(jìn)入課堂聽課，普遍反映公式繁多，內(nèi)容復(fù)雜難懂，課后作業(yè)存在拖延敷衍現(xiàn)象，而采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，首先，可通過網(wǎng)絡(luò)督學(xué)模式督促學(xué)生有壓力的去進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，帶著問題進(jìn)入課堂，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，其次，課堂內(nèi)能實(shí)現(xiàn)人人參與，學(xué)生互動，師生互動，避免了學(xué)生在課堂內(nèi)出現(xiàn)開小差，打瞌睡現(xiàn)象，提高了課堂效率，再次，通過課前闖關(guān)和課堂討論積分模式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

為了切實(shí)提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用在《化工原理》教學(xué)中要注意以下幾點(diǎn)：

(1)課前預(yù)習(xí)，知識點(diǎn)的提煉不能是簡單枯燥的公式或定律，應(yīng)創(chuàng)設(shè)生活情景，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(2)微課視頻應(yīng)生動，形象，并富含知識點(diǎn)。

(3)每章節(jié)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，課堂上應(yīng)通過思考題或工程實(shí)際例題的方式讓學(xué)生分組討論講解，確保每一位學(xué)生能掌握和理解。