一流本科課程建設(shè)背景下化工原理課程“金課”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

白紅娟 朱春山 陳軍航 李冬光 劉文舉 申艷敏

(河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州 450001)

2018年6月21日，教育部召開了改革開放以來第一次新時(shí)代中國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議，教育部部長陳寶生在此次會(huì)議上第一次提出，大學(xué)生要有效“增負(fù)”，提升大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度，拓展課程深度，真正把“水課”轉(zhuǎn)變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”[1]。吳巖司長2018年11月24日在第11屆中國大學(xué)教學(xué)論壇上把“金課”標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)為“兩性一度”：高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度[2]。“高階性”即知識(shí)能力素質(zhì)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級(jí)思維；“創(chuàng)新性”即課程內(nèi)容反映前沿性和時(shí)代性，教學(xué)形式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化；“挑戰(zhàn)度”即課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著，對(duì)老師備課和學(xué)生課下有較高要求[2]。2019年10月24日，教育部在《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》(高教 [2019] 8號(hào))文件中提出“實(shí)施一流本科課程雙萬計(jì)劃”[3]。這一系列的舉措引起了全國高校和廣大教師的廣泛關(guān)注。所謂“金課”，就是達(dá)到了“兩性一度”高標(biāo)準(zhǔn)的一流本科課程。因此，在一流本科課程建設(shè)背景下，為全面振興本科教育和培養(yǎng)一流應(yīng)用型人才，有必要對(duì)“金課”課程教學(xué)改革進(jìn)行探索。

《化工原理》是化工與制藥類專業(yè)的一門技術(shù)性專業(yè)基礎(chǔ)課和核心課，是我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)必修的主干課程，該課程擔(dān)負(fù)著學(xué)生由基礎(chǔ)課到專業(yè)課，由理論學(xué)習(xí)到工程實(shí)踐的橋梁和紐帶作用[4]，該課程是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)其他專業(yè)課程的基礎(chǔ)。因此，如何在一流本科課程建設(shè)背景下將其打造成一門“金課”，對(duì)授課教師提出前所未有的挑戰(zhàn)。本文根據(jù)筆者自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以打造《化工原理》“金課”為目標(biāo)，提出本科化工專業(yè)化工原理“金課”建設(shè)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題

隨著在線學(xué)習(xí)平臺(tái)等快速發(fā)展，在“互聯(lián)網(wǎng)+”和一流本科課程建設(shè)背景下，本科化工原理課程的教學(xué)也提出了新的要求。面對(duì)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，該課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)理念滯后，主要是以教師“教”為中心的填鴨式教學(xué)，教師主要從怎么教、怎樣在45分鐘課堂上把復(fù)雜難懂的教學(xué)內(nèi)容講完等角度來設(shè)計(jì)教學(xué)過程，學(xué)生只能被動(dòng)接受學(xué)習(xí)，這種滿堂灌的課堂沒有充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的OBE教學(xué)理念。(2)在信息時(shí)代，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)信息化水平落后，教學(xué)手段單一。傳統(tǒng)的教學(xué)以板書為主，在整個(gè)教學(xué)過程中，教師往往為了完成教學(xué)任務(wù)只講授重點(diǎn)內(nèi)容，而學(xué)生只顧機(jī)械的謄寫，沒有深入理解，導(dǎo)致教學(xué)效率低下。目前，板書教學(xué)逐步被多媒體教學(xué)取代，雖然教師授課知識(shí)增多了，但是因缺少互動(dòng)，教學(xué)效果并不是很好，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和方法已不能滿足對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)的需求[5]。因此，其他方式的教學(xué)模式和方法需要有機(jī)地引入到課堂教學(xué)過程中。(3)傳統(tǒng)的考核方式單一，以期末卷面考試為主，缺乏對(duì)教學(xué)效果的過程性評(píng)價(jià)，忽略了對(duì)學(xué)生的認(rèn)知過程和實(shí)踐應(yīng)用能力的考核，不夠重視學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2 打造化工原理“金課”的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

以河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)《化工原理》課程為例，簡述基于一流本科課程建設(shè)下的“金課”課程設(shè)計(jì)過程。

2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)理念

打造“金課”必須進(jìn)行課堂教學(xué)改革。堅(jiān)持以學(xué)生為中心，能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)，突出立德樹人的OBE教學(xué)理念。在整個(gè)教學(xué)過程中，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，突出學(xué)生的主體地位，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分挖掘課程中的思政元素[6，7]，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力，為后續(xù)其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.2 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)國家需要，培養(yǎng)價(jià)值理性化學(xué)工程師和高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求以及具體的學(xué)情分析，確立知識(shí)、能力和素質(zhì)三個(gè)方面的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)目標(biāo)如下：

知識(shí)目標(biāo)：理解并掌握化工生產(chǎn)過程中典型化工單元操作的基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理。

能力目標(biāo)：能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)典型單元操作過程進(jìn)行工藝計(jì)算，分析其操作特性、影響因素和強(qiáng)化途徑等，并能對(duì)各單元操作過程進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化；能熟練解決化工單元操作中的實(shí)際應(yīng)用問題，強(qiáng)化學(xué)生處理化工生產(chǎn)中復(fù)雜工程問題的能力；

素質(zhì)目標(biāo)：化工單元操作過程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化離不開環(huán)保、節(jié)能、安全和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生責(zé)任擔(dān)當(dāng)、貢獻(xiàn)社會(huì)的意識(shí)；通過小組討論學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)如何向他人進(jìn)行有效溝通及合作，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的工作態(tài)度；通過教學(xué)知識(shí)拓展，網(wǎng)絡(luò)資源利用等，能夠持續(xù)關(guān)注本專業(yè)相關(guān)知識(shí)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和前沿，開展自主學(xué)習(xí)，掌握有效的學(xué)習(xí)方法，成為主動(dòng)高效的學(xué)習(xí)者。

教學(xué)目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐：

(1) 掌握化工基礎(chǔ)理論知識(shí)，能用數(shù)學(xué)模型方法推演、分析化學(xué)工程中的熱力學(xué)過程、單元操作和自動(dòng)控制等復(fù)雜工程問題；

(2) 能夠運(yùn)用自然科學(xué)和工程技術(shù)的基本原理，對(duì)復(fù)雜工程背景下化工領(lǐng)域研究和設(shè)計(jì)過程中遇到的具體問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行識(shí)別和判斷；

(3) 能夠針對(duì)化工工程項(xiàng)目的具體情況，分析和評(píng)價(jià)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)使用等環(huán)節(jié)對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，能評(píng)定并理解所要承擔(dān)的責(zé)任；能夠了解化學(xué)工程專業(yè)前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，能認(rèn)識(shí)不斷探索和學(xué)習(xí)的必要性，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)。

2.3 教學(xué)模式設(shè)計(jì)

根據(jù)布魯姆目標(biāo)分類原則，在施行課程目標(biāo)過程中，學(xué)生需要經(jīng)過從記憶到創(chuàng)造六個(gè)階段，因此，對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了細(xì)化和分層，并結(jié)合學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)能力，確定了各分層教學(xué)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的教學(xué)階段(如圖1所示)。

圖1 “課前-課中-課后”教學(xué)模式

在整個(gè)教學(xué)的過程中，采用“課前導(dǎo)學(xué)-課中教學(xué)-課后個(gè)性化輔導(dǎo)”三個(gè)階段組織開展教學(xué)。課前，教師通過超星學(xué)習(xí)通(以下簡稱學(xué)習(xí)通)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及班級(jí)QQ群將教學(xué)日志、慕課視頻(采用天津大學(xué)賈紹義教授主講的國家級(jí)精品課程化工傳質(zhì)與分離過程)、授課PPT及學(xué)習(xí)建議等預(yù)習(xí)資源推送給學(xué)生，要求學(xué)生對(duì)即將講授的知識(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)并完成課前預(yù)習(xí)測(cè)試，要求根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容形成個(gè)人初步的認(rèn)識(shí)，能夠提出自己的初步見解。這有利于提高的學(xué)生的自我管理能力和自主學(xué)習(xí)能力。課中，教師根據(jù)課前預(yù)習(xí)情況講述課程內(nèi)容(通過雨課堂)，著重講解教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)，并進(jìn)行全方位多層次的課堂互動(dòng)討論，由教師主導(dǎo)，精心設(shè)計(jì)研討題目(要體現(xiàn)“金課”的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度)，學(xué)生給出答案，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維拓展訓(xùn)練；學(xué)生可以采用移動(dòng)設(shè)備(如手機(jī)等)實(shí)現(xiàn)課上實(shí)時(shí)答題互動(dòng)。這樣，可以將專業(yè)知識(shí)順利傳授給學(xué)生，全面培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用和解決實(shí)際復(fù)雜問題的能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)和能力的有機(jī)融合。課后，教師通過學(xué)習(xí)通發(fā)布作業(yè)，布置調(diào)研報(bào)告及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)作業(yè)等。學(xué)生要及時(shí)復(fù)習(xí)并總結(jié)所學(xué)知識(shí)，理清知識(shí)結(jié)構(gòu)和脈絡(luò)，完成作業(yè)。根據(jù)通過作業(yè)完成及反饋情況，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化輔導(dǎo)，并進(jìn)一步組織和設(shè)計(jì)后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)，以確保課程目標(biāo)的達(dá)成。

2.4 課程思政教育的融入

本課程充分挖掘課程中蘊(yùn)含的思政元素，將思想政治教育柔性恰當(dāng)?shù)刎灤┯谡麄€(gè)授課體系中，實(shí)現(xiàn)教書與育人的“無縫對(duì)接”[7]。例如：在給學(xué)生介紹化工原理課程發(fā)展史以及對(duì)化工工業(yè)貢獻(xiàn)時(shí)，選擇性切入我國老一輩科學(xué)家的感人事跡，杰出成就等，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和愛國主義精神。在課堂教學(xué)過程中介紹我國的一些重大工程，比如介紹傳熱章節(jié)換熱器的時(shí)候，切入青藏鐵路工程中用到的由我國科學(xué)家創(chuàng)造性開發(fā)的低溫?zé)峁芗夹g(shù)，這項(xiàng)技術(shù)如今已成功推廣到了“一帶一路”沿線國家，加強(qiáng)學(xué)生的民族認(rèn)同感和自豪感?；ぴ碚n程的精髓是“三傳一反”，講動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞的過程中，涉及到眾多以科學(xué)家名字命名的定律，介紹相應(yīng)的定律時(shí)，穿插這些科學(xué)家曲折的人生故事以及他們堅(jiān)守真理、勇攀高峰的科學(xué)精神，引發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)精神和理想信念的思考。在介紹不同單元操作時(shí)，通過重點(diǎn)講解不同單元操作過程中的安全隱患和防范措施，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)和細(xì)致認(rèn)真的工作作風(fēng)。在氣體吸收、蒸餾、液液萃取章節(jié)著重介紹和分析適宜液氣比、回流比、溶劑比的確定原則(操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)之和最低)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)分析解決實(shí)際工程問題的能力，提高學(xué)生的成本意識(shí)。在介紹氣體吸收時(shí)，通過短視頻切入霧霾等污染現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及治理的方式，讓學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的同時(shí)，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”以及“環(huán)境保護(hù)就是保護(hù)生產(chǎn)力”的綠色發(fā)展理念?；ぴ碚n程中蘊(yùn)含著豐富的哲學(xué)觀點(diǎn)(比如： “三傳類比”體現(xiàn)了“認(rèn)識(shí)事物，要透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的哲學(xué)觀點(diǎn)；三傳過程體現(xiàn)了“物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的，規(guī)律是可以認(rèn)識(shí)的”哲學(xué)觀點(diǎn)；精餾計(jì)算過程中的理論板假定和恒摩爾流假定體現(xiàn)了“解決問題要抓住主要矛盾”的哲學(xué)觀點(diǎn)；雷諾實(shí)驗(yàn)中流體流動(dòng)型態(tài)由層流發(fā)展為湍流過程以及填料塔內(nèi)填料層的持液量隨氣速不斷增加出現(xiàn)液泛現(xiàn)象等，體現(xiàn)了“量變到質(zhì)變”的哲學(xué)觀點(diǎn))，在本課程授課過程中，運(yùn)用哲學(xué)觀點(diǎn)剖析所需知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的哲學(xué)思維和邏輯思辨能力。

2.5 課程學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)支持

圍繞上述設(shè)計(jì)思路，本課程為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資源，包括課件資料、學(xué)習(xí)視頻、學(xué)習(xí)動(dòng)畫以及網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)資源(學(xué)習(xí)通、學(xué)堂在線、精品課、中國大學(xué)MOOC、高等學(xué)校教學(xué)資源網(wǎng)等，比如通過學(xué)習(xí)通平臺(tái)提供作業(yè)庫、題庫、課后拓展資料等)，并指導(dǎo)學(xué)生充分利用這些資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；為確保學(xué)生到達(dá)學(xué)習(xí)目標(biāo)和完成學(xué)習(xí)成果，本課程為學(xué)生提供了多方位的學(xué)習(xí)支持，包括課堂講授：對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)、學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法等進(jìn)行課堂講解；課堂師生研討：對(duì)主要知識(shí)點(diǎn)采用課堂師生互問互答方式加深理解；課后學(xué)習(xí)支持：推送課堂教學(xué)課件、視頻等學(xué)習(xí)資源，支持課后學(xué)習(xí)；課后學(xué)習(xí)指導(dǎo)：采用班級(jí)微信群或QQ群進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)交流，實(shí)現(xiàn)全天性在線答疑解惑；階段性成果反饋：通過學(xué)生課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、章節(jié)測(cè)驗(yàn)成績等及時(shí)整理學(xué)生學(xué)習(xí)效果，反饋學(xué)生并對(duì)存在的共性問題進(jìn)行補(bǔ)充講解；幫扶學(xué)習(xí)困難學(xué)生：對(duì)學(xué)習(xí)困難學(xué)生采用單獨(dú)指導(dǎo)，加強(qiáng)監(jiān)控等方式幫助他們度過困難期并順利完成該課程的學(xué)習(xí)。

2.6 課程考核方式

本課程根據(jù)教學(xué)目標(biāo)實(shí)施過程性考核，采取以下5種考核方式(見表1)對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 課程考核方式及分值所占比例

2.7 課程教學(xué)方法

針對(duì)不同的授課內(nèi)容，采用不同的教學(xué)方法。比如對(duì)于氣體吸收、蒸餾章節(jié)，多采用案例教學(xué)法，結(jié)合工程實(shí)際，精心選擇工程案例，增強(qiáng)學(xué)生的工程觀念；通過分析案例中揭示的有關(guān)問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、討論和歸納總結(jié)，提高學(xué)生分析和解決復(fù)雜問題的能力；對(duì)于氣液傳質(zhì)設(shè)備章節(jié)，采用趣味教學(xué)法，課前讓學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室參觀板式塔和填料塔，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；對(duì)于液液萃取章節(jié)，采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式進(jìn)行授課，鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；采用適當(dāng)播放教學(xué)動(dòng)畫模擬視頻的方式，吸引學(xué)生注意力，解釋教學(xué)難點(diǎn)；同時(shí)采用師生研討方式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維拓展訓(xùn)練。

2.8 課程特色與改革創(chuàng)新點(diǎn)

課程特色是以動(dòng)引實(shí)：以形象生動(dòng)的動(dòng)畫視頻和實(shí)驗(yàn)演示，展示化工設(shè)備內(nèi)的傳遞現(xiàn)象或工作原理，使學(xué)生感受身臨其境的體驗(yàn)。

與以往課程相比，本課程的教學(xué)改革創(chuàng)新點(diǎn)：

(1) 教學(xué)內(nèi)容上的創(chuàng)新：在原有內(nèi)容基礎(chǔ)上，時(shí)刻融入工程上的新方法、新工藝等內(nèi)容，以典型化工單元操作為導(dǎo)向，結(jié)合工程實(shí)際，精心選擇工程案例，突出課堂所授知識(shí)與工程緊密結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生的工程觀念，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際復(fù)雜問題的能力。

(2) 教學(xué)方式上的創(chuàng)新：由以教師為中心的單一教學(xué)，轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)學(xué)生是教學(xué)的主體，以學(xué)生的發(fā)展為中心，采取靈活多樣的教法。

(3) 考核方式上的創(chuàng)新：除了常規(guī)的期末卷面考試測(cè)評(píng)之外，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)實(shí)施過程性考核對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)；增加了平時(shí)的課堂表現(xiàn)，調(diào)研報(bào)告，單元測(cè)試，作業(yè)的過程性考核；對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和反饋，為教師施教提供及時(shí)、準(zhǔn)確信息，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。

(4) 思政教育的融入：充分挖掘課程中的思政元素，融入課程教學(xué)之中；適時(shí)鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生，傳播正能量，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程“知識(shí)傳授”與“價(jià)值引領(lǐng)”的相統(tǒng)一。

2.9 教學(xué)效果比較

與以往課程相比，本課程從以傳授知識(shí)為主改為以解決實(shí)際問題、能力培養(yǎng)為主，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提升，學(xué)習(xí)效果顯著提高。本課程改革后(2019-2020-1學(xué)年)與以往同課程(2017-2018-1學(xué)年)相比，學(xué)生成績分布如圖2所示。

圖2 課程改革前和改革后學(xué)生成績分布

3 結(jié)束語

化工原理課程“金課”建設(shè)教學(xué)改革探索是一流本科課程建設(shè)背景下面向新工科培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)以及核心競爭力的內(nèi)在組成部分。課程質(zhì)量和學(xué)習(xí)成效是“金課”的關(guān)鍵要素。化工原理“金課”建設(shè)以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才為目標(biāo)，通過混合式教學(xué)、信息化教學(xué)、自主探究式學(xué)習(xí)深度融合，深化了高等教育改革，提高了教學(xué)效果。化工原理“金課”教學(xué)探索的初步實(shí)踐表明，本課程教學(xué)設(shè)計(jì)思路對(duì)于建設(shè)高質(zhì)量和高成效的“金課”有重要意義，希望本文的研究能為應(yīng)用型本科的“金課”教學(xué)和“金課”建設(shè)提供有益的參考。