基于“化工原理”課程的高?；旌鲜椒D(zhuǎn)課堂教學(xué)模式構(gòu)建與實踐

石國亮 梁 琪 趙玉英 史寶萍 孟 濤

(1. 太原科技大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院,山西 太原 030024;2. 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司山西省分公司 信息化部,山西 太原 030000)

隨著“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”、信息化教學(xué)改革的不斷深入,教學(xué)活動時空限制逐漸被突破,采用學(xué)習(xí)通、智慧樹、學(xué)堂在線、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺與傳統(tǒng)課堂面授相結(jié)合的“混合式學(xué)習(xí)”新型教學(xué)組織形式已悄然興起[1]。“翻轉(zhuǎn)課堂”正是基于這種教學(xué)指導(dǎo)思想[2],學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)教師在網(wǎng)絡(luò)平臺上提供的課程視頻、章節(jié)測驗和主題討論等內(nèi)容;在有限的課堂時間內(nèi),學(xué)生則更多地參與到與教師和同學(xué)之間的互動交流、答疑等環(huán)節(jié)中,針對性地解決重難點問題,使學(xué)生從淺層學(xué)習(xí)進(jìn)入到深層學(xué)習(xí)中[3],從而獲得對教學(xué)內(nèi)容更深層次的理解和掌握。通過重新調(diào)整課堂內(nèi)外的教學(xué)組織形式和教學(xué)結(jié)構(gòu),合理分配教學(xué)時間,改變“課堂面授+課后作業(yè)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式,將學(xué)習(xí)的主動權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生,使學(xué)生由“被動接受型學(xué)習(xí)者”成為“主動導(dǎo)向型學(xué)習(xí)者”,使學(xué)生通過實踐獲得更加真實的學(xué)習(xí)效果。作者以“化工原理”課程混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的研究與實踐為例,構(gòu)建了基于超星爾雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺/學(xué)習(xí)通的混合式教學(xué)流程,化解了“化工原理”課程的枯燥性和抽象性,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、提升學(xué)生創(chuàng)新思維能力,提高教學(xué)質(zhì)量。

1 研究背景

對于化學(xué)工程與工藝、制藥工程、能源化學(xué)工程、生物工程、過程裝備與控制等專業(yè)而言,“化工原理”課程有著承前啟后、由理及工的“橋梁”作用[4]。專業(yè)課程包含單元操作基本原理、分離設(shè)備與反應(yīng)容器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計計算方法、設(shè)備的選型方法及工程問題的處理方法等,不僅涉及知識面廣、理論模型抽象、計算量大,而且與生產(chǎn)實際緊密相連,具有很強的工程性、實踐性和應(yīng)用性,對培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力、動手實踐能力、樹立工程觀點和創(chuàng)新意識起著十分重要的作用。傳統(tǒng)“填鴨式”的教學(xué)方式、“先教后學(xué)”的教學(xué)形式以及受時空所限的課堂教學(xué)模式,導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中長期處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài),學(xué)習(xí)自主性不高、學(xué)習(xí)興趣不濃、課程深度拓展不夠,無法滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求,不能適應(yīng)信息時代的需求及對創(chuàng)新型高素質(zhì)人才培養(yǎng)的要求。翻轉(zhuǎn)課堂是在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下[5],將原先的“先教后學(xué)”改為“先學(xué)后教”,以學(xué)生的學(xué)習(xí)活動為主要特征的新型教學(xué)形式[6,7],使教學(xué)過程成為“以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心、以學(xué)生的發(fā)展為中心”的過程,這時課堂不再是傳統(tǒng)意義上的以教師講授為主的課堂,學(xué)生在課堂中有了更具體、更直接的參與,通過師生之間的交互,能更有針對性地解決具體問題,學(xué)生可由傳統(tǒng)教育中的被動接受型學(xué)習(xí)者逐步發(fā)展成為主動導(dǎo)向型學(xué)習(xí)者,不僅有益于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,而且可提升課堂學(xué)習(xí)效果。

2 基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

鑒于“化工原理”課程內(nèi)容具有傳遞模型抽象、工程實踐性強、計算過程復(fù)雜等特點,我們提出運用講授、互動、參與、研討、探究等多種教學(xué)方式,構(gòu)建“課前線上自主學(xué)習(xí)-課堂線下答疑-課后線上互動交流”的混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,其各階段教學(xué)活動過程如表1所示。

表1 基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)活動

我們構(gòu)建的“化工原理”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式包括課前活動、課堂活動和課后活動三大階段活動。每一階段活動均由學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)形式、學(xué)習(xí)統(tǒng)計和學(xué)習(xí)評價四部分組成,其中學(xué)習(xí)形式是實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的具體組織或展現(xiàn)形式,學(xué)習(xí)統(tǒng)計則著重對學(xué)習(xí)活動過程實施監(jiān)控或匯總,學(xué)習(xí)評價則根據(jù)學(xué)生對知識的總體掌握程度反饋教學(xué)效果,進(jìn)一步檢驗學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度。

2.1 學(xué)習(xí)目標(biāo)

學(xué)生在課前通過登錄超星爾雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,認(rèn)真自主學(xué)習(xí)教師預(yù)先上傳的授課視頻、章節(jié)測驗、教學(xué)設(shè)計、課程教案等學(xué)習(xí)資源,完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)點,同時完成相應(yīng)章節(jié)測驗進(jìn)行學(xué)習(xí)效果自檢,并記錄有關(guān)重難點內(nèi)容,也可參與討論加深預(yù)習(xí)效果。課堂上學(xué)生在理解教師將碎片化知識點串聯(lián)成的知識體系之后,更多地將注意力集中于解答疑難問題,從而達(dá)到知識內(nèi)化的目的。課后學(xué)生在消化吸收知識的基礎(chǔ)上可對知識外化應(yīng)用,也可進(jìn)一步通過知識拓展實現(xiàn)能力遞進(jìn)。

2.2 學(xué)習(xí)形式

根據(jù)課前、課堂和課后不同階段學(xué)習(xí)目標(biāo),分別采用不同的學(xué)習(xí)形式以最大程度地適應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)。其中課前,學(xué)生以線上網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)為主,通過自主觀看教師錄制的知識點授課視頻、教學(xué)設(shè)計和課程教案等教學(xué)資料,并結(jié)合章節(jié)測驗檢驗自學(xué)效果,使后續(xù)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)有的放矢。課堂上,教師首先將課前的多個知識點小視頻加以銜接貫通,使學(xué)生由線上感知的碎片化知識過渡至系統(tǒng)化知識,然后通過線下答疑、小組討論,以及借助學(xué)習(xí)通平臺開展線上隨堂練習(xí)與線下以練代講,期間注重交叉運用引導(dǎo)式、啟發(fā)式、案例式等多種教學(xué)方式,以使學(xué)生達(dá)到知識內(nèi)化之目的。課后學(xué)生著重通過線下完成作業(yè)習(xí)題以達(dá)到知識外化運用,線上提交作業(yè)之后,通過以線上師生互評相結(jié)合的模式批閱作業(yè)以及線上師生、生生之間互動的模式開展交流討論,從而實現(xiàn)學(xué)生自我知識拓展與能力提升。

2.3 學(xué)習(xí)統(tǒng)計

通過對學(xué)生在超星爾雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行的各階段學(xué)習(xí)活動的統(tǒng)計匯總,包括課前任務(wù)點與章節(jié)測驗的完成情況、課堂討論與答疑等互動環(huán)節(jié)的統(tǒng)計以及課后的作業(yè)統(tǒng)計與章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)統(tǒng)計,進(jìn)一步分析評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.4 學(xué)習(xí)評價

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的高效運用,使得學(xué)生不受學(xué)習(xí)時間與空間所限,其優(yōu)勢可從學(xué)生在各階段學(xué)習(xí)的主動性和學(xué)習(xí)效率方面有所體現(xiàn),如章節(jié)測驗的準(zhǔn)確率、作業(yè)正確率、學(xué)習(xí)互動的頻繁性和全面性,即優(yōu)秀學(xué)生愿意投入精力提升自己能力,普通學(xué)生常規(guī)學(xué)習(xí)完成規(guī)定的學(xué)習(xí)任務(wù)。

3 基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實踐

本研究借助超星爾雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和學(xué)習(xí)通手機終端,在基于“課前線上自主學(xué)習(xí)-課堂線下答疑-課后線上互動交流”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下開展教學(xué)實踐。

3.1 基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施

3.1.1 優(yōu)化教學(xué)設(shè)計,創(chuàng)新課程內(nèi)容,拓展學(xué)習(xí)目標(biāo)

圍繞立德樹人根本任務(wù),以學(xué)生發(fā)展為中心,以方法論為課程內(nèi)容主線,立足每堂課的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)活動、考核評價等方面進(jìn)行多維度教學(xué)設(shè)計,其全過程包括通過引導(dǎo)式教學(xué)從問題導(dǎo)入每堂課教學(xué)內(nèi)容,或“基于問題、基于案例”的導(dǎo)向性教學(xué),力求復(fù)雜問題簡單化處理,豐富教學(xué)內(nèi)容。突出教學(xué)重點,注重脈絡(luò)、概念、原理、案例、內(nèi)涵、方法論。深度融合課程知識與思政元素,提高育人成效,運用參與式、探究式討論問題,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力,增加課程挑戰(zhàn)度,實現(xiàn)知識考核向能力考核遞進(jìn),同時兼顧教與學(xué)成效,達(dá)到拓展學(xué)習(xí)之目的。

以全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽和全國大學(xué)生化工實驗大賽學(xué)科競賽為背景,增加研究性、創(chuàng)新性教學(xué)內(nèi)容,積極構(gòu)建項目化實驗教學(xué),將新理念、新技術(shù)、新方法融入到單元操作學(xué)習(xí)中,重基礎(chǔ)知識掌握的同時,適度提升學(xué)生的研究能力、創(chuàng)新能力和綜合能力,優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容?；趯W(xué)科競賽提出創(chuàng)新性項目設(shè)計,劃分小組,分析討論并解決問題直至完成項目,不僅可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力、鞏固課程專業(yè)理論知識,還能使學(xué)生加深理解理論知識在實際中的具體應(yīng)用,真正搭建起理論知識與工程實踐之間的重要橋梁。

基于上述總體學(xué)習(xí)目標(biāo)和實踐過程,團(tuán)隊老師指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽和全國大學(xué)生化工實驗大賽,均獲得了多項國家獎和省部級獎,不僅提高了學(xué)生查閱及應(yīng)用文獻(xiàn)資料的能力,而且增強了學(xué)生的現(xiàn)代工程設(shè)計、團(tuán)隊協(xié)作、工程實踐和創(chuàng)新等綜合實踐能力,在學(xué)生中已經(jīng)具有較大的影響,有效促進(jìn)了學(xué)風(fēng)建設(shè)。

3.1.2 創(chuàng)新教學(xué)組織形式,豐富學(xué)習(xí)形式

為使“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變,為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的時間和空間,深度融合現(xiàn)代信息技術(shù)與專業(yè)教學(xué),拓展多通道學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和主動學(xué)習(xí)能力,提升教學(xué)效果。學(xué)生在課前主要借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí), 為了激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)活動的積極性,實現(xiàn)教與學(xué)相長,“學(xué)習(xí)通知”會提前一周發(fā)布,同時通過學(xué)習(xí)通平臺或企業(yè)微信群等渠道及時提醒學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。這樣提前通知、量化管理,學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性得到了一定程度的提高,課前任務(wù)點完成率高,學(xué)生視頻學(xué)習(xí)認(rèn)真,知識點掌握充分。課堂上力求改善“滿堂灌”傳統(tǒng)教學(xué),采用答疑、啟發(fā)、引導(dǎo)、探究、小組討論等多種方式,充分發(fā)揮學(xué)習(xí)通“線下討論”功能,及時掌握學(xué)生對課程內(nèi)容的理解程度,便于教師在課堂上及時高效解決學(xué)生心中的疑慮,也可借助學(xué)習(xí)通終端進(jìn)行隨堂練習(xí)、選人、搶答等多種補充互動形式,進(jìn)一步豐富課堂上教與學(xué)的組織形式。針對較難理解的單元操作原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)工作原理,應(yīng)用多媒體課件合理設(shè)計,利用動畫、視頻等動態(tài)教學(xué)素材,增加教學(xué)過程的活潑性,提高學(xué)生的理解力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和想象力,強化教學(xué)效果。注重運用“化工原理”課程的“方法論”主線貫穿課堂教學(xué)過程,提煉“三傳”的相似點,用“相似”觀點分析問題、解決問題,將看似獨立乏味的單元操作賦予活力和內(nèi)涵,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的高級思維。課后提前發(fā)布作業(yè)提交與批閱通知,采用線上師生互評作業(yè)相結(jié)合的形式開展作業(yè)批閱,進(jìn)一步加強線上師生互動交流討論。

3.1.3 學(xué)習(xí)活動監(jiān)控與統(tǒng)計

借助超星爾雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺/學(xué)習(xí)通等信息技術(shù)平臺實時對學(xué)生各階段的學(xué)習(xí)活動進(jìn)行監(jiān)控與統(tǒng)計,包括課前課程知識點視頻、章節(jié)測驗等任務(wù)點的完成情況,課堂簽到、選人、搶答、隨堂練習(xí)、分組任務(wù)等互動項目的次數(shù)與成績,課后作業(yè)發(fā)布、提交與批閱情況。通常學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容相關(guān)的視頻、課件和章節(jié)測驗三個任務(wù)點的完成率均可達(dá)到100%。課堂活動統(tǒng)計根據(jù)互動活動類型的不同分別統(tǒng)計,既能保證每名同學(xué)參與互動環(huán)節(jié)、掌握課程基本知識,又可促使優(yōu)秀學(xué)生縱深學(xué)習(xí)。通過對學(xué)生學(xué)習(xí)活動的跟蹤統(tǒng)計,有助于及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況并在第一時間通過學(xué)習(xí)通或企業(yè)微信群對相關(guān)同學(xué)發(fā)出學(xué)習(xí)提醒,從而起到了正向的督促作用。

3.1.4 學(xué)習(xí)效果評價

學(xué)習(xí)效果的評價對于任何教學(xué)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。采用多元評價方式可對課前、課堂和課后整個教學(xué)過程作出更為全面合理的評價。課前教師主要根據(jù)章節(jié)測驗的準(zhǔn)確率,預(yù)判學(xué)生對知識點的理解程度和自學(xué)效果,從而為課堂教學(xué)形式提供重要參考依據(jù)。根據(jù)課堂上采用的答疑、互動、小組討論等教學(xué)組織形式,采用生講師評、生講生評、生辨眾評等多元方式進(jìn)行及時的評價,促使學(xué)生批判性思考,突出學(xué)生“學(xué)”的效果。也可將能力考核型的題目以隨堂練習(xí)的形式發(fā)放,及時根據(jù)正確率的反饋,評價學(xué)習(xí)效果。課后則根據(jù)作業(yè)正確率和課前與課堂上的綜合表現(xiàn)給出綜合的評價,及時提醒和督促小部分同學(xué)認(rèn)真積極學(xué)習(xí)。

3.1.5 示例:“分子傳遞現(xiàn)象”在“三傳”(流體流動、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞)中的相似點

牛頓黏性定律揭示了層流流動依靠的是分子的無規(guī)則熱運動方式;傅里葉定律揭示了在固體之間或?qū)恿髁黧w內(nèi)的熱量傳遞依靠的是分子的無規(guī)則熱運動方式;菲克定律揭示了在靜止或?qū)恿髁黧w內(nèi)質(zhì)量傳遞依靠的是分子的無規(guī)則熱運動方式。顯然,分子傳遞現(xiàn)象貫穿于“三傳”的全過程及其相應(yīng)的單元操作過程中。通過以上分子傳遞現(xiàn)象的相似性對比分析,學(xué)生對“化工原理”課程中涉及的各個單元操作的基本原理與對應(yīng)的傳遞規(guī)律有了更深刻的理解。其次,可以通過引入“三傳”通用表達(dá)式方程(通量=擴散系數(shù)×濃度梯度),突出它們之間存在著相似的傳遞現(xiàn)象或必然的內(nèi)在聯(lián)系,這種相似性又可以歸結(jié)為由統(tǒng)一的基本方程加以描述三種傳遞過程的基本理論,從而進(jìn)一步加深學(xué)生對其相似性的理解程度。

3.2 基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施總結(jié)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是一種學(xué)習(xí)活動的時間和空間自由,學(xué)生更加積極主動參與課堂學(xué)習(xí)討論交流的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式的特點在于學(xué)生課下進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)平臺提前自主學(xué)習(xí)教師錄制的教學(xué)視頻、章節(jié)測驗等教學(xué)資源,從而可對一知半解甚至不懂的知識內(nèi)容做到心中有數(shù),這樣在課堂教學(xué)過程中,學(xué)生不僅對教師的重難點講解能夠迅速接受理解并提出自己不懂的問題,而且還有能力提出深入探究的問題,非常有利于工程實踐性強的“化工原理”課程的學(xué)習(xí)。這樣的教學(xué)師生之間、生生之間充滿了交流互動,課堂氣氛非常融洽,滿足了學(xué)生自身的學(xué)習(xí)需要,促成了他們的個性化學(xué)習(xí),提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。其次利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的統(tǒng)計功能及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行跟蹤和評價,既可使優(yōu)秀學(xué)生拓展學(xué)習(xí)資源,還可以督促和幫扶學(xué)習(xí)進(jìn)度慢的同學(xué)積極學(xué)習(xí),真正使學(xué)生通過自身實踐獲得更實用的學(xué)習(xí)經(jīng)驗。

4 結(jié)語

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式解決了學(xué)生在學(xué)習(xí)時間和空間上受限的問題,賦予了學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)、批判性思考以及思維拓展等方面的能力表現(xiàn),改變了教師“教”的方式與學(xué)生“學(xué)”的方式,更加突出了學(xué)以致用和創(chuàng)新。作者基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,運用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,開展了“化工原理”課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)形式、學(xué)習(xí)統(tǒng)計和學(xué)習(xí)評價等教學(xué)全過程的教學(xué)活動研究實踐,同時對教學(xué)設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)流程進(jìn)行了創(chuàng)新,增強了課程的挑戰(zhàn)度,為課堂教學(xué)建立了更加適合深入交流、討論和探究的學(xué)習(xí)環(huán)境,提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。