后疫情時(shí)代化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

代立波 鄭志功 龔凌諸

(福建工程學(xué)院 生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，福建 福州 350118)

2020 年1月，席卷全球的新冠肺炎疫情對(duì)正常教學(xué)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。按照教育部的要求，在疫情防控期間，高校要利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等手段實(shí)現(xiàn)“停課不停教，停課不停學(xué)”，確保在線學(xué)習(xí)和在線課堂教學(xué)質(zhì)量[1]。各教育機(jī)構(gòu)積極響應(yīng)，初步取得了良好的教學(xué)效果。隨著防疫工作進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的階段，我國(guó)也率先進(jìn)入后疫情時(shí)代[2]。在教育行業(yè)，后疫情時(shí)代可以從各級(jí)各類學(xué)校正式復(fù)課、學(xué)生大規(guī)模返校、開(kāi)展線下教學(xué)之時(shí)算起。當(dāng)我們重新回到學(xué)校，相信我們不會(huì)簡(jiǎn)單恢復(fù)以往的教育，而是會(huì)積極進(jìn)行新時(shí)代教育下的深刻變革。因此，在后疫情時(shí)代，如何結(jié)合課程實(shí)際進(jìn)行教學(xué)改革具有深遠(yuǎn)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

化工原理實(shí)驗(yàn)是化工專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)踐課程，也是化工原理課程體系的重要組成部分。本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生典型化工單元操作的實(shí)驗(yàn)技能，加深學(xué)生對(duì)化工原理理論知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)選擇合理的操作過(guò)程和數(shù)據(jù)處理，提高運(yùn)用所學(xué)理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力?；ぴ韺?shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括流體流動(dòng)、離心泵、過(guò)濾、傳熱、吸收、精餾和干燥等內(nèi)容[3]，課程與化工行業(yè)的實(shí)際情況密切相關(guān)，具有較強(qiáng)的工程性。在傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要貫穿“以老師為中心”的教學(xué)思想，教師講解實(shí)驗(yàn)原理，安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，介紹實(shí)驗(yàn)操作步驟。學(xué)生只是被動(dòng)地接受知識(shí)，按照老師的要求完成實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和知識(shí)的深度挖掘。此外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往受時(shí)間和場(chǎng)地的限制，學(xué)生人數(shù)多，過(guò)程管理困難，教學(xué)效果不理想。在今年疫情防控期間，實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨著更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與理論教學(xué)不同，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。筆者也通過(guò)采用在線課程教學(xué)、虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)等方式初步探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)新思路，學(xué)生反饋良好。但由于時(shí)間倉(cāng)促，教學(xué)探索仍存在較多不足的地方。因此，本文結(jié)合先期教學(xué)實(shí)踐初步經(jīng)驗(yàn)，在后疫情時(shí)代針對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)從課程內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)模式和課程考核評(píng)價(jià)等多方面進(jìn)行組織和設(shè)計(jì)，以優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提升教學(xué)效果。

1 課程內(nèi)容建設(shè)

1.1 在線課程建設(shè)

近年來(lái)，隨著教育信息化的深入，特別是在當(dāng)前疫情防控的特殊時(shí)期，開(kāi)展在線教學(xué)勢(shì)在必行。過(guò)去在線教學(xué)主要集中于化工原理[4]、化工分離工程[5]等理論課程，針對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的在線教學(xué)較少。主要原因是實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)裝置和操作過(guò)程，受空間限制較多。在后疫情時(shí)代，可以通過(guò)線上線下混合式教學(xué)以及虛擬仿真項(xiàng)目練習(xí)等方式克服之前遇到的難題?；ぴ韺?shí)驗(yàn)在線課程的建設(shè)主要依托超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，從教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)要求、教學(xué)視頻和教學(xué)討論等方面豐富課程內(nèi)容。教學(xué)目標(biāo)主要介紹本課程的性質(zhì)和地位，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)可以掌握典型化工單元設(shè)備構(gòu)造和原理，實(shí)驗(yàn)操作的方法和數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)要求是整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程中非常重要的一環(huán)，主要從實(shí)驗(yàn)安全、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等方面介紹。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分別制作理論教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)視頻，理論教學(xué)主要涉及實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等理論方面的內(nèi)容?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)視頻主要介紹該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)裝置的構(gòu)造、實(shí)驗(yàn)的具體操作以及注意事項(xiàng)等。學(xué)生通過(guò)理論和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)視頻預(yù)習(xí)，可以初步掌握該實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容?；ぴ韺?shí)驗(yàn)工程性較強(qiáng)，涉及大量的數(shù)據(jù)處理，通過(guò)制作excel、origin、Auto CAD等典型化工設(shè)計(jì)與計(jì)算輔助軟件教學(xué)視頻，可以幫助學(xué)生優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法，提升對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動(dòng)較少等問(wèn)題，在網(wǎng)絡(luò)課程中設(shè)置在線討論環(huán)節(jié)，學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)過(guò)程中遇到的問(wèn)題發(fā)起討論，老師和其他學(xué)生可以參與討論，提高實(shí)驗(yàn)的積極性。

1.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)

在線課程教學(xué)中主要讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)和操作方法，并未涉及具體的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。此外，線下教學(xué)中，受實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地和臺(tái)套數(shù)的限制，每個(gè)實(shí)驗(yàn)一般以4～6人為小組單位，雖然可以培養(yǎng)分工協(xié)作的精神，但是每個(gè)學(xué)生單獨(dú)動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)不多，達(dá)不到全面培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的目標(biāo)。為彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的短板，通過(guò)建立化工原理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真項(xiàng)目，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)后進(jìn)行在線虛擬實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生可以直觀地感受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、操作過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸出等內(nèi)容，提高對(duì)實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程的認(rèn)識(shí)，為線下實(shí)驗(yàn)操作奠定良好的基礎(chǔ)。虛擬仿真課程內(nèi)容建設(shè)主要從以下2個(gè)方面展開(kāi)：(1) 制作典型化工單元實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)畫(huà)模型，與課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)化教學(xué)效果。(2) 與歐倍爾等化工軟件公司合作，開(kāi)發(fā)流體流動(dòng)、離心泵、過(guò)濾等典型實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，讓每個(gè)同學(xué)真正上手練，學(xué)有所得、學(xué)有所獲。通過(guò)練習(xí)，學(xué)生可以獨(dú)立完成整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作，有效地提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作等實(shí)踐能力。

2 教學(xué)模式設(shè)計(jì)

2.1 線上線下混合式教學(xué)

線上線下混合式教學(xué)是后疫情時(shí)代課程教學(xué)改革的趨勢(shì)[6]。傳統(tǒng)單純線下教學(xué)模式中，教師占主導(dǎo)地位，學(xué)生的自主性欠缺，但便于教學(xué)管理。線上教學(xué)可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程來(lái)講，單純的線上教學(xué)無(wú)法完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的教學(xué)，需要線下配合。因此，通過(guò)線上線下教學(xué)有機(jī)融合，可以使學(xué)生通過(guò)在線學(xué)習(xí)明確學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握理論知識(shí)；通過(guò)線下教學(xué)了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備構(gòu)造，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理操作，練真本領(lǐng)。此外，線上線下混合式教學(xué)還需要結(jié)合教學(xué)特點(diǎn)，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)教學(xué)思路和方案，以達(dá)到1+1>2的教學(xué)效果，真正發(fā)揮線上線下混合式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

在具體的教學(xué)過(guò)程中，化工原理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)設(shè)計(jì)包括課前、課中和課后三個(gè)環(huán)節(jié)，總體教學(xué)思路如圖1所示。以流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)為例介紹混合式教學(xué)的具體過(guò)程，該實(shí)驗(yàn)主要涉及流體在光滑管和粗糙管中流動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)的測(cè)定。課前，老師通過(guò)在線教學(xué)平臺(tái)上傳實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，發(fā)布流體阻力實(shí)驗(yàn)任務(wù)和教學(xué)視頻。學(xué)生們按照要求完成實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)和視頻內(nèi)容的學(xué)習(xí)，并根據(jù)學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的疑問(wèn)積極參與話題討論，教師及時(shí)反饋并回答學(xué)生的問(wèn)題。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，老師根據(jù)學(xué)生在線任務(wù)點(diǎn)完成情況和仿真操作質(zhì)量對(duì)學(xué)生做出課前評(píng)價(jià)。在實(shí)驗(yàn)課程中，教師通過(guò)在線平臺(tái)介紹流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)，特別是操作注意事項(xiàng)，以保障實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，老師根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備提問(wèn)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)要求分組完成實(shí)驗(yàn)操作、記錄等環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。老師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)線上線下的混合教學(xué)過(guò)程，學(xué)生可以在有限的時(shí)間內(nèi)增強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的熟悉程度，增進(jìn)師生之間的互動(dòng)與交流。老師通過(guò)在線教學(xué)的后臺(tái)數(shù)據(jù)可以及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，也便于實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理和課程總結(jié)。

圖1 化工原理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)示意圖

2.2 思政教育融入實(shí)驗(yàn)課堂

一般來(lái)講，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要側(cè)重于實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)和操作技能的講解，對(duì)學(xué)生安全環(huán)保意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感、思想政治素質(zhì)等方面的引導(dǎo)較少[7]。將思政理念穿插到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以有效地加強(qiáng)學(xué)生的思想政治教育，提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)地位。在化工原理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用到一些加熱設(shè)備和有毒有害的化學(xué)試劑，在使用和操作過(guò)程中要求學(xué)生具有很強(qiáng)的安全意識(shí)。可以將國(guó)內(nèi)外化工實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的一些典型安全事故制作成教學(xué)案例，上傳到網(wǎng)上教學(xué)資源中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想教育，增強(qiáng)學(xué)生規(guī)范操作的意識(shí)。此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一些學(xué)生容易嬉戲打鬧，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作沒(méi)有足夠的責(zé)任意識(shí)?；ぴ碇猩婕拜^多人名理論，例如雷諾實(shí)驗(yàn)、伯努利方程等。通過(guò)列舉這些著名學(xué)者為科學(xué)事業(yè)無(wú)私奉獻(xiàn)的事跡，引導(dǎo)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、努力提高自身能力和素質(zhì)。

3 課程考核改革

化工原理實(shí)驗(yàn)以往采用線下教學(xué)，課程的成績(jī)?cè)u(píng)定主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)或期末考試成績(jī)，缺乏對(duì)學(xué)生過(guò)程的考核。如圖2所示，在線上線下混合式教學(xué)中，成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)包括過(guò)程考核和期末考核兩個(gè)部分綜合評(píng)價(jià)。過(guò)程考核主要根據(jù)學(xué)生在線學(xué)習(xí)和虛擬仿真完成情況、在線討論和線下實(shí)驗(yàn)操作情況多方面進(jìn)行成績(jī)認(rèn)定。各項(xiàng)權(quán)重如下：在線學(xué)習(xí)完成情況30%，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完成情況30%，課程主題討論20%，線下實(shí)驗(yàn)操作情況20%。期終考核主要包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試兩個(gè)部分，實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作和計(jì)算的總結(jié)性材料，該部分占期末考核的70%。期末考試要求學(xué)生以閉卷的形式完成，主要考察學(xué)生對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)基本理論、實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)以及安全意識(shí)等方面的掌握情況，該部分占比30%。最終的總成績(jī)中，過(guò)程考核成績(jī)占比60%，期終考核成績(jī)占比40%。通過(guò)課程考核方式改革，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程性的評(píng)價(jià)，提升了教學(xué)評(píng)價(jià)的科學(xué)性。

圖2 化工原理實(shí)驗(yàn)考核方式

4 結(jié)語(yǔ)

隨著疫情防控進(jìn)入穩(wěn)定階段，各高校逐漸恢復(fù)師生返校。在后疫情時(shí)代針對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)從課程內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)模式和課程考核評(píng)價(jià)等多方面進(jìn)行組織和設(shè)計(jì)，以優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提升教學(xué)效果。充分發(fā)揮線上和線下教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，貫徹落實(shí)以學(xué)生為中心的主體地位，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，達(dá)成課程的教育目標(biāo)。