趙云鵬，林 喆

(中國礦業(yè)大學化工學院，江蘇 徐州 221116)

近年來，為了滿足國家重大戰(zhàn)略和“四個面向”對高素質人才的需求，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”[1]。新工科注重學科的交叉性、實用性和綜合性，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、家國情懷、工程實踐能力和國際競爭力的卓越工程技術復合型人才，如何通過教學改革適應新工科人才培養(yǎng)需求，已成為高校教學研究與改革的重點[2]。新工科內涵轉化和培養(yǎng)目標實現(xiàn)過程中，必然要求與之相適應的教學模式進行重大改革創(chuàng)新。目前，信息技術已滲透經(jīng)濟發(fā)展和社會生活的各個方面，個性化學習和終身學習已成為信息時代教育發(fā)展的重要特征。信息技術和高等教育課程資源共享平臺的飛速發(fā)展，不斷推動教學模式向更加科學、靈活、高效、信息化和智能化方向發(fā)展?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》和《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案(2018-2022年)》都強調了基于信息化教學模式的重要性和對新工科人才培養(yǎng)的促進作用[3-4]。

信息技術結合大數(shù)據(jù)分析在教學中的廣泛應用是未來教育的發(fā)展趨勢，學生在學習過程中不再被動地接受外部信息和感知世界，老師也不僅僅通過課堂和作業(yè)掌握學生的學習效果。李玲等[5]利用多元信息化教學模式，將慕課和線上答題引入到無機化學的教學課程中，并結合動態(tài)慕課和靜態(tài)的微信公眾號上難點解析，發(fā)現(xiàn)信息化的教學方式不僅激發(fā)了學生的學習興趣，也提高了教師的教學能力，增進了師生交流，獲得了令人滿意的教學效果。當代大學生已經(jīng)習慣于手機移動閱讀和獲取信息，單純的PPT課堂教學不足以吸引學生的學習興趣，也較難幫助學生養(yǎng)成自主學習的習慣和充分利用碎片化時間學習。信息化教學強化了學與教的關聯(lián)程度，增加了教學互動性和學習主動性，打破了傳統(tǒng)課堂教學的時空限制。尤其是在新冠肺炎疫情爆發(fā)以來，基于信息化的線上線下混合式教學實現(xiàn)了“停課不停教、停課不停學”，保障了正常教學計劃和教學培養(yǎng)目標的達成。

化工設計作為化工類專業(yè)本科生的核心課程之一，是一門綜合性較強的交叉性課程，強調培養(yǎng)學生工程能力、創(chuàng)新思維和靈活運用化工化學及相關學科知識來解決復雜工程問題的能力，是化工專業(yè)大學生通向合格工程師的重要橋梁[6]。信息化教學能力是教師適應信息時代教育變革的必然要求，是教師職業(yè)發(fā)展和專業(yè)化發(fā)展的必然要求。傳統(tǒng)“以教師為中心”的教學模式注重知識傳授，對學生創(chuàng)新思維和能力培養(yǎng)不足，已難以適應新工科對人才素質和能力的新要求。利用信息化技術對化工設計課程教學進行改革與探索，將基于信息化技術的教學模式融入教學過程各個環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)符合新工科要求的化工類人才至關重要。近年來，為適應新工科建設和疫情常態(tài)化防控需要，中國礦業(yè)大學化工學院將化工設計課程作為培養(yǎng)學生工程實踐能力的重點課程進行建設，大力資助基于信息化的化工設計教學改革和教學資源建設。

1 化工設計教學常見問題分析

1.1 課程內容枯燥，教師教學方式單一

化工設計課程是通過系統(tǒng)學習化工廠設計各個階段流程和規(guī)范，使學生具備通過現(xiàn)代設計工具進行工藝流程模擬，確定最佳工藝路線，進行設備設計和選型、車間和管道布置的化工廠設計能力，教學內容中設計規(guī)范和標準較多，學習過程比較枯燥[7]。知識傳授和知識內化是傳統(tǒng)教學過程的兩個重要組成部分?；ぴO計教學過程中，教師往往采用板書或PPT演示的授課方式，僅僅“以教師為中心”完成了知識的單向傳授，師生之間和生生之間缺乏溝通和討論，學生是否完成知識內化很難評價。由于設計規(guī)范、通則等內容枯燥和抽象，學生學習主動性、積極性和創(chuàng)造性不高，學習效率低，不能有效培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力和工程應用能力。另外，在工程教育認證背景下，化工設計課程的學時大幅度減少，如何利用有限的課堂教學切實培養(yǎng)學生的設計能力和工程意識值得深入研究。

1.2 學生之間缺乏團隊協(xié)作學習意識

團隊協(xié)作精神是工程教育認證標準和新工科人才培養(yǎng)目標的重要方面，化工廠設計也需要各個專業(yè)之間密切配合才能完成。傳統(tǒng)教學模式以個體學習為主，同學之間缺乏有效的溝通和協(xié)作，缺少團隊工作的實際培養(yǎng)和訓練，導致團隊意識薄弱，溝通交流和語言表達能力不足，工程實踐能力和創(chuàng)新意識不強，不能很好達到工程教育認證畢業(yè)要求中對工程與設計能力的要求。此外，單個學生被動接受“填鴨式”教學導致缺乏自主學習能力，依賴性較強。

在前幾年的教學中，化工設計課程嘗試基于團隊項目設計的教學改革，一定程度上提高了學生的學習興趣和團隊協(xié)作能力，但多數(shù)學生還存在依懶團隊其他成員，積極主動性較差等問題，不能體現(xiàn)工程教育認證培養(yǎng)過程全覆蓋的要求。如何從“以教師為中心”的“教”轉向“以學生為中心”的“學”是化工設計教學面臨的突出問題。

1.3 教師信息化教學意識薄弱和教學資源不足

由于我校開設化工設計課程較晚，與其他化工主干課程相比師資力量相對薄弱，教學過程主要采用“投影儀+PPT”方式。教師對翻轉課堂、雨課堂、慕課(MOOC)、微課、虛擬仿真教學等基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的信息化教學模式接受程度還不高，主動采用信息化教學以及進行信息化資源獲取與建設的意識還不強。近年來，學校在信息化軟硬件教學資源上已經(jīng)加大投入，但化工設計教學過程中對信息資源的加工和教學設計，本校課程資源庫建設方面還存在較大差距?；ぴO計教學團隊亟待通過信息化資源整合、建設和合理利用，針對本校化工專業(yè)學生特點和化工設計課程培養(yǎng)目標開展信息化教學和資源建設。

2 化工設計信息化教學模式的構建和實踐

新工科背景下的工程教育是基于產出為導向，以學生為中心的教育。因此，基于信息化的教學模式必須是以學生為中心，以培養(yǎng)學生能力為重點。將枯燥的設計規(guī)范和通則轉化為生動形象多樣的信息化教學資源，以多種形式的學習活動為載體，教師做好教學設計，充分利用線上線下和翻轉課堂等教學過程將結果性評價轉化為發(fā)展性評價[8]。近幾年的教學過程中，化工設計教學團隊利用“愛課程”中國大學MOOC課程資源共享平臺、錄制微課程、UMU互動學習平臺和雨課堂+騰訊會議等信息化教學資源和平臺，初步構建了基于信息化的化工設計線上線下混合式教學和翻轉課堂教學模式。另外，結合專業(yè)建設的煤制甲醇全流程實物仿真實訓平臺，學生通過仿真實訓平臺進行開停車和事故處理操作以及VR環(huán)境體驗學習，更加形象化化工設計的規(guī)范和標準要求，切實發(fā)揮實踐教學在工程設計和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用。

2.1 基于信息化的課前自主學習教學模式構建與實踐

課前自主學習是培養(yǎng)學生建立“以問題為導向”學習方法和獨立形成知識體系的重要方法。基于信息化的課程教學為課前自主學習的教學模式提供了極大便利。在近幾年的教學過程中，化工設計教學團隊根據(jù)化工設計教學目標和要求，反復學習和篩選化工設計線上資源，如西北大學陳立宇老師在中國大學MOOC上的化工設計微視頻，同時也根據(jù)選用的教材內容制作了微課件和微視頻，通過推送方式布置課前學習任務和學習重點。

課前自主學習提供了碎片化的信息化學習資源，大大提高了學習效率。學生可以根據(jù)碎片化的課余時間進行課前學習，通過反復觀看視頻和微課，進行獨立思考和同學之間的討論發(fā)現(xiàn)學習難點，強化對知識點的理解，把自主學習遇到的難點和問題與教師通過網(wǎng)絡平臺進行交流互動，顯著提高了學習的主動性和創(chuàng)造性。

2.2 基于信息化的課中研討式和翻轉課堂教學模式構建與實踐

教師根據(jù)學生課前自主學習反饋和課程教學目標凝練出化工設計各章節(jié)重點和難點問題作為課堂的教學導入，進行研討式和翻轉課堂教學。利用雨課堂或UMU互動教學平臺加強課堂教學的互動環(huán)節(jié)參與度，從傳統(tǒng)教學的“以教師為中心”的“填鴨式教學”轉變?yōu)槿w學生參與的“以學生為中心”的研討式學習。通過課堂討論和教師啟發(fā)式講解，結合大量化工設計案例，對知識點進行歸納和梳理，逐一解決學生課前自主學習遇到的共性問題和課程教學重點，引導學生掌握原本枯燥的化工設計的規(guī)范和方法，促進了化工設計基本知識的內化，同時提高了獨立思考和表達能力。

這種基于信息化的研討式和翻轉課堂教學模式使學生能夠自我設計學習內容和學習進度，自我評估學習效果，實現(xiàn)“要我學”到“我要學”的學習模式轉變，真正實現(xiàn)了“以學生為中心”的自主學習，提高了課程目標和專業(yè)培養(yǎng)目標的達成度。與傳統(tǒng)教學相比，研討式和翻轉課堂課后學生提出問題的廣度和深度也有很大提升。此外，為了讓學生了解真實化工項目的設計過程，近年來專業(yè)邀請工程公司技術骨干線上或線下參與化工設計部分學時的教學活動，拓展了學生的視野。

2.3 基于信息化的課后團隊協(xié)作式教學模式構建與實踐

化工廠的設計是一個綜合性的系統(tǒng)工程，在設計工作中需要大量專業(yè)內人員和不同專業(yè)之間的相互配合，因此課程目標強調培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神。將學生分組開展團隊協(xié)作式教學一方面可以進行課前自主學習小組討論，課堂小組間研討和競賽來增加學習過程的趣味性和積極性。另一方面團隊協(xié)作學習可以有組織的對自制力較差的同學進行干預，以先進帶動后進，為教師及時了解學習困難同學情況提供便利，從而開展針對性的教學，提高課程目標的達成度。

我校化工設計課程安排大三下學期，與全國大學生化工設計競賽時間契合度高。借助競賽項目的小組協(xié)作式實踐過程可以對化工設計軟件進行系統(tǒng)的學習，從而使化工設計基礎學習和應用具備具體實踐載體和驅動力，知識點之間的銜接更緊密，實現(xiàn)教學過程的“學中用、用中學、學用結合”，也提高了學生參與學科競賽的覆蓋度。通過基于信息化的課后團隊協(xié)作式教學提升了學生的學習主動性、系統(tǒng)性和創(chuàng)造性，更好地將理論知識轉化為解決化工復雜工程問題的能力，實現(xiàn)了學生化工設計知識、工程實踐能力和工程師素質的協(xié)調發(fā)展，為我校連續(xù)兩次順利通過化學工程與工藝專業(yè)工程教育認證提供了保障。

3 結 語

在新工科和工程教育認證持續(xù)改進背景下，基于信息化的化工設計教學改革和實踐堅持以學生為中心，采用課前線上自學，課中線下翻轉課堂和研討式教學，課后團隊協(xié)作式學習結合，顯著提高了學生的學習主動性和師生以及生生之間的互動性，促進了學生工程設計能力、創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作精神等培養(yǎng)目標的達成。