“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下化工原理實驗課程教學(xué)研究與實踐

葉露陽，石清湘，劉秋月，徐 伏，韓永軍

（1.平頂山學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南平頂山 467000；2.中國平煤神馬集團尼龍科技有限公司，河南平頂山 467000）

21世紀是互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)快速發(fā)展的時代?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+教育”是當今科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，是互聯(lián)網(wǎng)科技與教育領(lǐng)域相結(jié)合的一種新的教育形式。信息技術(shù)正在改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，正逐步優(yōu)化教學(xué)方式，在提高教學(xué)質(zhì)量、精準施教、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣中所起的作用正越來越突顯。

《化工原理實驗》是化工專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)實驗課，涉及流體流動、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞規(guī)律的諸多單元操作的基本原理，是學(xué)生將所學(xué)理論知識應(yīng)用于工程實踐的一門專業(yè)技能課，是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、應(yīng)用能力、工程思維、合作精神和團隊意識的一門實踐類課程，也是實現(xiàn)立德樹人、三全育人的一門重要課程[1]。

為了增強學(xué)生工程實踐應(yīng)用能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、興趣和教學(xué)質(zhì)量，本課題組結(jié)合自身情況和條件，借助網(wǎng)絡(luò)和信息化技術(shù)，精準解決教學(xué)過程中存在的問題，對實驗教學(xué)模式進行了改革和探索。

1 《化工原理實驗》教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教師教學(xué)模式

以前的化工原理實驗一直采用的是灌輸式教學(xué)法，實驗前由實驗指導(dǎo)老師講解實驗?zāi)康摹嶒炘?、裝置、測試內(nèi)容、操作步驟和注意事項等，講完后由學(xué)生自行操作。受場地限制，每個實驗只有2套實驗裝置，所以實驗只能分組進行。由于學(xué)生較多，每組分6名學(xué)生，1次來兩組，實行大循環(huán)。由于每組學(xué)生人數(shù)較多，導(dǎo)致有的學(xué)生能動手操作，有的學(xué)生只能在旁邊觀看，實驗效果大打折扣。有時為了完成教學(xué)任務(wù)，教師全程指揮，甚至親自操作，變學(xué)生的實踐技能訓(xùn)練為老師的操作演示[2]。這些當然與學(xué)校倡導(dǎo)的培養(yǎng)具有扎實專業(yè)技能的綜合性應(yīng)用型人才的教育理念不相符。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)模式

實驗前也要求學(xué)生寫出預(yù)習(xí)報告，但這是學(xué)生在沒見過實驗裝置、更不清楚裝置所用的各種閥、泵、塔、換熱器等部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下寫出來的，多數(shù)學(xué)生寫實驗報告就是把實驗講義抄寫一遍，流于形式，敷衍了事，沒有融入自己的思考和總結(jié)，沒有真正起到預(yù)習(xí)的作用。實驗時照本操作，沒有思考操作背后的理論依據(jù)，對實驗中產(chǎn)生的問題很少進行思考，也不會主動想辦法解決，沒起到實驗的實際作用。實驗后，實驗報告的書寫就是在預(yù)習(xí)報告的基礎(chǔ)上加上實驗數(shù)據(jù)，沒有創(chuàng)新，缺乏對實驗的反思、總結(jié)。學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識不強，學(xué)習(xí)熱情不高，收獲不大，沒有達到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求[3]。

1.3 課程評價模式

傳統(tǒng)的化工原理實驗成績也是只把實驗報告成績作為本學(xué)期的實驗成績。預(yù)習(xí)成績、課堂表現(xiàn)、實驗完成情況由老師自行把控，沒有列入實驗成績中去，沒有真正成為考察得分項。評價手段單一，考核方式缺乏科學(xué)性，既無法公平公正地評定每位學(xué)生的成績，也不能客觀反映學(xué)生的實際情況，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，對實驗的要求降低，對理論知識和實踐技能的掌握達不到人才培養(yǎng)方案的要求[3]。

綜上所述，原來的化工原理實驗教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足新版人才培養(yǎng)方案的需要，改革勢在必行。教研室啟動了本實驗課網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的優(yōu)勢，綜合利用多種網(wǎng)絡(luò)平臺和信息化技術(shù)，開展線上線下有機結(jié)合的混合式教學(xué)，實現(xiàn)了由“以教師為中心”到“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變，提高了教學(xué)質(zhì)量。

2 《化工原理實驗》課程教學(xué)改革實踐

2.1 線上教學(xué)資源庫建設(shè)

為了改革實驗教學(xué)中的弊端，發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)無與倫比的強大功能，教研室成立了課題組，以學(xué)校推出的網(wǎng)絡(luò)課程平臺——學(xué)習(xí)通為依托，準備、制作線上教學(xué)材料，建設(shè)化工原理實驗網(wǎng)絡(luò)課程，研究、探索“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下這一新型教學(xué)形式。

學(xué)習(xí)通是一款依托互聯(lián)網(wǎng)的新型智能教學(xué)工具。它功能強大易操作，有電腦、手機兩個終端，使用方便，任課老師可根據(jù)自己的需要任意設(shè)置添加教學(xué)內(nèi)容。網(wǎng)課建設(shè)內(nèi)容包括實驗講義、實驗原理、裝置流程、模擬操作、實驗現(xiàn)象模擬、教學(xué)課件等，有思考討論題、課前測試題、課后測試題，有錄制的實驗視頻、制作的動畫，有實驗仿真資源。針對一些重要的知識點、學(xué)生經(jīng)常犯疑的地方或者需要特別注意的地方，制成微課放置上去，也可將網(wǎng)上的教學(xué)資源如網(wǎng)上的微課、慕課推送上去。豐富的內(nèi)容、多樣的形式使預(yù)習(xí)變得更直觀、生動、有趣，使學(xué)生能隨時隨地學(xué)習(xí)理論及實驗知識。學(xué)生也可以將預(yù)習(xí)報告、實驗報告發(fā)送到網(wǎng)上供老師評閱，老師即可自己批改，也可發(fā)起生生互評。針對學(xué)生提出的問題，老師即可發(fā)起全班共同討論，又可發(fā)起小組討論。網(wǎng)絡(luò)課程資源如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)課程資源

建課內(nèi)容圖文并茂、形式多樣、方便實用，涵蓋了課前、課中、課后每個教學(xué)環(huán)節(jié)，使師生、生生之間的交流互動不再受時間和空間的限制，實現(xiàn)了教與學(xué)的角色翻轉(zhuǎn)，使教與學(xué)更科學(xué)化、個性化，也更加高效、有效[3]。

2.2 課前學(xué)生預(yù)習(xí)方式的改變

課前，老師把需要的學(xué)習(xí)材料推送至學(xué)習(xí)通并完善，布置網(wǎng)上預(yù)習(xí)任務(wù)。學(xué)生通過平臺自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)實驗內(nèi)容，明確實驗的目的、任務(wù)，了解實驗設(shè)備，熟悉主要的實驗操作?；嶒瀮x器設(shè)備眾多，儀器設(shè)備及管路大多采用密閉結(jié)構(gòu)，實驗前學(xué)生沒見過實驗設(shè)備，更沒見過實驗設(shè)備及所用部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以前預(yù)習(xí)的時候?qū)W生常常感到一頭霧水，不知所言。自從有了網(wǎng)課以后，通過觀看視頻、動畫，所用設(shè)備連同內(nèi)部構(gòu)造和性能都得以展示，增強了預(yù)習(xí)的趣味性，使預(yù)習(xí)不再枯燥寡味。微課、慕課解決了學(xué)生不少難題，起到了很好的答疑解惑作用；模擬操作使學(xué)生對操作步驟的掌握變得得心應(yīng)手，不像以前預(yù)習(xí)的時候光看講義而不知所指；更可貴的是不會的地方可隨時隨地點開反復(fù)觀看，學(xué)生有無點開視頻觀看、觀看時間長短及次數(shù)，后臺均可監(jiān)測到，老師可及時進行督促和提醒。

學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中如有疑問或有不解的地方，可隨時把問題發(fā)給老師，老師可隨時給予解答。如果問的同學(xué)比較多，老師還可把問題上傳到討論區(qū)發(fā)起全班共同討論給予解決。如果沒有問題，就可做課前測試題，測試題內(nèi)容涵蓋實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗裝置、操作步驟、實驗拓展等實驗環(huán)節(jié)中易錯的理論知識點及操作注意事項。測試題不超過10道，提交后系統(tǒng)自動打分，同時公布答題詳情和正確答案。在教師端，可自動生成學(xué)生的成績單，如果成績低于預(yù)警值，系統(tǒng)將這一預(yù)警反饋給學(xué)生和老師，老師則發(fā)出警告，要求學(xué)生帶著問題繼續(xù)預(yù)習(xí)，直到?jīng)]有問題為止。最后就是提交預(yù)習(xí)報告，老師批閱，不合格的打回重寫，預(yù)習(xí)報告成績納入實驗總成績。

這種基于互聯(lián)網(wǎng)+任務(wù)驅(qū)動的預(yù)習(xí)方式，形式新穎，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情，使預(yù)習(xí)變得更方便、有趣，更有效、可控，更有針對性。首先方便了學(xué)生，減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)負擔(dān)，提高了預(yù)習(xí)效果。學(xué)生可利用任一閑暇時間隨時隨地打開手機預(yù)習(xí)；視頻、動畫、模擬操作使預(yù)習(xí)變得直觀，有吸引力；測試題更能檢測學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，使學(xué)生帶著問題去預(yù)習(xí)，加深了課堂上理論知識的理解，促發(fā)更深層次的思考。其次也減輕了老師的負擔(dān)。盡管建課初期，老師任務(wù)重、難度大，但是建成以后，輕車熟路，運用自如，方便而有成效。老師通過大數(shù)據(jù)能及時評估學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，又能有效精準地把握學(xué)生理論知識的掌握情況，直到每位學(xué)生都能達到預(yù)習(xí)評價目標，實現(xiàn)了課前預(yù)習(xí)目標達成全覆蓋。

2.3 課中學(xué)生實踐方式的改變

根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)評價情況及評價結(jié)果，評價達標的學(xué)生進入實驗室進行實訓(xùn)操作。進入實驗室后，學(xué)生利用學(xué)習(xí)通的簽到功能進行班級簽到，系統(tǒng)自動記錄學(xué)生上課出勤情況，供期末考核使用。講解前，一定給予學(xué)生一段時間熟悉一下現(xiàn)場裝置，將線上的學(xué)習(xí)與現(xiàn)場的實訓(xùn)裝置結(jié)合起來。由于預(yù)習(xí)效果好，講解時間大為縮短。講解要在老師的精心設(shè)計和引導(dǎo)下進行，內(nèi)容覆蓋實驗?zāi)康倪_成、原理與裝置的結(jié)合、實驗設(shè)計、生產(chǎn)知識拓展、注意事項等，既可以圍繞學(xué)生預(yù)習(xí)過程中疑問較多的地方進行講解和演示，也可以讓學(xué)生講解。要靈活運用多種教學(xué)方法，巧妙設(shè)疑，要提問到每位學(xué)生，每位學(xué)生至少有一次回答機會，這是學(xué)生課堂表現(xiàn)之一，老師隨后要給出提問成績，計入平時成績。

學(xué)生分組由原來1組6人改為4人，人數(shù)設(shè)置符合國家最新頒布的工程專業(yè)學(xué)生實驗人數(shù)標準要求。1個小組為1個團隊，實行團隊協(xié)作式實驗方式。實訓(xùn)過程每個段位都需要有人，去哪個崗位，他們自己選擇，也可以協(xié)商決定。每個人都有自己的工作，都有自己的具體任務(wù)，各司其職。如果遇到問題，他們相互討論，共同解決。實訓(xùn)過程中，他們還可以互換崗位，所以每個崗位的實訓(xùn)操作，他們都能熟悉并能扎實掌握。實驗課，學(xué)生是帶著問題來的，老師要因勢利導(dǎo)，讓他們結(jié)合線上的教學(xué)資源在實訓(xùn)中尋求答案。例如離心泵特性測定實驗，老師課前上傳有思考討論題“離心泵安裝的高度如何確定”“氣縛與氣蝕發(fā)生的原因與現(xiàn)象有何區(qū)別”“離心泵的性能曲線如何確定”。在課堂上，老師要引導(dǎo)學(xué)生通過現(xiàn)場觀察，發(fā)揮團隊協(xié)作功能進行實際操作，由學(xué)生相互討論給出答案。實驗人數(shù)減少，老師能有效監(jiān)管實驗全過程，能對每位學(xué)生進行現(xiàn)場指導(dǎo)。老師要根據(jù)學(xué)生的實際表現(xiàn)，就上課表現(xiàn)、實驗態(tài)度、團隊協(xié)作給每位同學(xué)現(xiàn)場打分（表1）。

表1 平時成績構(gòu)成及權(quán)重分配表

團隊協(xié)作式實驗方式不僅提高了學(xué)生動手能力、分析問題和解決問題能力，還使每位同學(xué)都能參與其中得到有效鍛煉，培養(yǎng)了學(xué)生工程思維與安全意識，鍛煉了學(xué)生團隊協(xié)作能力和溝通交流能力，這些都充分體現(xiàn)了團隊協(xié)作、理論應(yīng)用于實踐、以學(xué)生為中心的實驗應(yīng)用能力的培養(yǎng)初衷，實踐效果良好。

2.4 評價方式的改變

對于有效完成實驗操作的學(xué)生，要求做線上的課后測試題。課后測試題要有代表性和針對性，可以圍繞實操中常犯的錯誤、注意事項和容易混淆的理論知識出題，以強化學(xué)生的認知和對易混淆知識的辨別和理解。課后測試題成績要計入實驗總成績。最后正確寫出實驗報告，并上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺供老師評閱。其中實驗報告的書寫內(nèi)容除了實驗?zāi)康摹⒃?、步驟、注意事項等這些常規(guī)項目要有外，實驗時觀察到的實驗裝置，要求繪制出裝置圖；記錄的實驗數(shù)據(jù)要求以表格形式列出，用專業(yè)軟件繪制出數(shù)據(jù)曲線，描繪數(shù)據(jù)規(guī)律；要求有誤差分析、結(jié)果分析；有小結(jié)體會以及實驗與未來工程的內(nèi)容、安全、環(huán)保等方面的聯(lián)系等內(nèi)容。對實驗報告的評價方式更細致、更具體。對實驗報告的評閱更注重對學(xué)生數(shù)據(jù)分析處理能力和綜合應(yīng)用知識能力的考察。

改革后，化工原理實驗成績采用了多維度評價方式，包括平時成績、課后測試成績、實驗報告和期末實操測試成績。期中期末實操測試成績分為理論和實操兩項考評測試成績，測試設(shè)置6個平時做過的實驗項目，2人一組，成員組合及實驗項目隨機抽取，監(jiān)考老師不能給任何提示，根據(jù)學(xué)生理論知識回答情況和操作情況，依據(jù)評分標準進行打分（表2）。

表2 期末實驗總成績構(gòu)成及權(quán)重分配表

教學(xué)模式的改變帶來了考核方式的改變，結(jié)合學(xué)生的預(yù)習(xí)情況、課堂表現(xiàn)、課后測試、實驗報告、實操考核，形成了以過程性評價和形成性評價為主，總結(jié)性評價為輔的評價策略。多元化評價模式更全面、具體，更科學(xué)，能更客觀、更準確地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，克服了傳統(tǒng)評價模式導(dǎo)致學(xué)生不注重過程、臨時突擊的弊端，使學(xué)生更注重平時的學(xué)習(xí)和知識的積累，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，使教學(xué)質(zhì)量大為改觀。

3 化工原理實驗課新教學(xué)模式改革成效

新的實驗教學(xué)模式徹底改變了化工專業(yè)學(xué)生在沒見到實驗裝置的情況下預(yù)習(xí)的現(xiàn)狀，化抽象為直觀，用動態(tài)的畫面，自然而然把學(xué)生吸引到實驗教學(xué)的預(yù)習(xí)和學(xué)習(xí)當中，明確了實驗?zāi)康模瑢W(xué)習(xí)了理論知識，提前熟悉了裝置和流程，改變了以往預(yù)習(xí)時那種枯燥乏味、不知所云的感覺，提升了學(xué)習(xí)的趣味性?；ヂ?lián)網(wǎng)平臺的運用使預(yù)習(xí)變得可測可控，視頻觀看的次數(shù)及時長、測試的成績、作業(yè)提交及出勤情況、討論及互評參與程度，老師通過大數(shù)據(jù)均可監(jiān)控到，提高了學(xué)生參與度，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自覺性。平臺的使用也滿足了學(xué)生隨時學(xué)習(xí)的需求，遇到問題時可隨時上傳給老師，老師能隨時隨地答疑解惑，讓學(xué)習(xí)延伸到學(xué)生的碎片化課余時間，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力顯著提升[4]。

線上大量教學(xué)資源的運用也培養(yǎng)了學(xué)生的信息意識，提高了學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)進行自主學(xué)習(xí)和探究的能力，實現(xiàn)了理論與實踐、原理與裝置的完美結(jié)合，既強化了學(xué)生基礎(chǔ)實驗的實操能力，又使學(xué)生的動手能力、分析問題、解決問題能力和團隊協(xié)作能力獲得了提升。同時，線上資源庫的建設(shè)及信息化教學(xué)手段的使用，也使師生角色關(guān)系發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，把學(xué)習(xí)和課堂還給學(xué)生，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。經(jīng)過線上線下學(xué)習(xí)及線下科學(xué)嚴謹?shù)膶嵱?xùn)后，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力得到了有效鍛煉，學(xué)生理論應(yīng)用于實踐的能力及創(chuàng)新能力得到了很大提升[3]。本專業(yè)學(xué)生連續(xù)三年參加省化工原理實驗大賽均取得優(yōu)異成績，實踐證明，學(xué)生的實驗綜合能力獲得了明顯提升。

當然，教學(xué)模式的變革也帶來了考核模式的變革，改變了以往以總結(jié)性評價為主的局面，形成了以過程性評價和形成性評價為主，總結(jié)性評價為輔的新的評價體系。新的評價體系更注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中所做的努力以及學(xué)生綜合能力的提升，評價體系變得更全面、更科學(xué)，學(xué)生成績及教學(xué)效果明顯提高。

4 結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”是大勢所趨。在此背景下，化工原理實驗教學(xué)也迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)。線上教學(xué)資源建設(shè)和教學(xué)平臺建設(shè)既迎合了新時代大學(xué)生樂于接受新事物、善于運用現(xiàn)代科技手段進行學(xué)習(xí)的特點[5]，又為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)平臺和交流探討平臺。實踐證明，線上教學(xué)資源建設(shè)，能夠以學(xué)生為中心，在豐富學(xué)生知識、開闊學(xué)生視野的同時，能夠激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)自主性，培養(yǎng)他們自我構(gòu)建知識能力、工程實踐能力和創(chuàng)新思維能力。當然，新的教學(xué)模式還在不斷完善和探索之中，希望以后取得更大的成績，為學(xué)校在培養(yǎng)高素質(zhì)、技能型、應(yīng)用型人才的過程中發(fā)揮更大的作用。