龔磊，胡嘉麒，黃忠，謝琰玉，劉倩

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，江西南昌，330045）

0 引言

化工原理是農(nóng)林院校應(yīng)用化學(xué)、林產(chǎn)化工、環(huán)境工程等專業(yè)的一門極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是上述專業(yè)本科生接觸的第一門工科類課程。課堂是育人的主要載體，通過課堂教學(xué)著力培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念、實(shí)踐能力，對實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)具有重要意義。

化工原理課程內(nèi)容涵蓋廣泛，涉及化工過程中的“三傳”基本原理、能量衡算、熱量衡算及工藝計(jì)算等，具有知識點(diǎn)散、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時，農(nóng)林院?；ぴ碚n程還面臨課時不足、課時縮減等問題（一般安排48 學(xué)時），因此課堂教學(xué)難度大。目前教師主導(dǎo)的“講臺+黑板/PPT 投影+教師”的課堂教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在驅(qū)動力，也難以有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。對此，不少高校教師對化工原理的教學(xué)模式進(jìn)行了有益的探索，如采用OBE（結(jié)果導(dǎo)向）教育理念、引入最新科研成果及建立翻轉(zhuǎn)課堂等［1-3］，這些措施在一定程度上增強(qiáng)了教學(xué)效果，但仍存在不少問題。

教學(xué)模式對本科生教學(xué)是十分重要的。好的教學(xué)模式應(yīng)以生為本，與時俱進(jìn)，有利于學(xué)生掌握課程知識點(diǎn)、提高解決問題的能力。目前，信息技術(shù)高速發(fā)展，線上資源和線下教學(xué)的結(jié)合與互補(bǔ)成為教育領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的潮流，許多發(fā)達(dá)國家高校的課程已充分采用混合式教學(xué)模式，而我國教育部也在大力推進(jìn)線上線下混合式“金課”建設(shè)［4］，因此，構(gòu)建化工原理課程線上線下混合式教學(xué)模式顯得迫切且必要。如果能充分利用線上教學(xué)的各種優(yōu)勢，結(jié)合線下豐富的教學(xué)手段，必定會對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，推動同類課程改革起到積極的促進(jìn)作用。本課程組在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)與超星泛雅共建的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上自建了化工原理線上課程，并融合線上資源和線下教學(xué)的優(yōu)勢構(gòu)建了混合教學(xué)模式，著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，并分別對我校應(yīng)化專業(yè)2018 級、2019 級兩個教學(xué)班級進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，研究了線上、線下課程內(nèi)容的設(shè)定、具體教學(xué)手段及結(jié)合方式，以此為類似課程混合式教學(xué)模式改革提供參考。

1 合理規(guī)劃線上教學(xué)內(nèi)容

傳授知識是課堂教學(xué)的主要目的之一。農(nóng)林院校化工原理課程課時數(shù)不多，如我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的化工原理課程為64 學(xué)時，林產(chǎn)化工、環(huán)境工程、食品科學(xué)與工程等專業(yè)為48 學(xué)時。但化工原理課程內(nèi)容繁多，知識點(diǎn)覆蓋面廣，為在有限課時內(nèi)突出重點(diǎn)，本課題組根據(jù)線上教學(xué)的特點(diǎn)，對教材內(nèi)容進(jìn)行了梳理、整合及分類，以制作適用于線上學(xué)習(xí)的教學(xué)素材。

1.1 教學(xué)內(nèi)容整合并模塊化

化工原理的授課對象是我校二、三年級的本科生，這個階段已對本專業(yè)的基礎(chǔ)課程如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等進(jìn)行了系統(tǒng)學(xué)習(xí)，同時前期課程已系統(tǒng)地講授了化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)等涉及化工原理的基礎(chǔ)知識，因此，需對這部分內(nèi)容做適當(dāng)刪減，例如因次分析法、精餾原理、傳質(zhì)機(jī)理等。為便于學(xué)習(xí)與記憶，線上教學(xué)內(nèi)容往往具有碎片化的特點(diǎn)，即課程內(nèi)容模塊化，知識點(diǎn)碎片化。為適應(yīng)線上教學(xué)特點(diǎn)，課題組圍繞教材內(nèi)容，以化工單元操作為主線，將其分為若干個模塊：動量傳遞、熱量傳遞及質(zhì)量傳遞，各知識模塊再細(xì)分為知識單元（內(nèi)含1-2 個知識點(diǎn)）。整合后的教學(xué)內(nèi)容未脫離大綱要求，知識體系完整，突出了化工原理基本概念與化工單元操作的共性規(guī)律。

1.2 模塊內(nèi)知識單元分類

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)根據(jù)個體對學(xué)習(xí)的信息加工過程將知識分為陳述性知識和程序性知識兩大類［5］。陳述性知識是直接繼承前人的研究結(jié)果獲得，屬于習(xí)得型知識，適用于線上教學(xué)；而程序性知識需要按一定規(guī)則和步驟進(jìn)行反復(fù)操作才能獲得，適用于線下教學(xué)。課題組對各知識模塊內(nèi)的知識單元按上述分類進(jìn)行劃分，分別采用合適的教學(xué)方式。以熱量傳遞模塊為例，傳熱概述、傳熱平衡方程、傳熱設(shè)備等知識點(diǎn)可歸為陳述性知識，綜合傳熱計(jì)算、蒸發(fā)器傳熱面積計(jì)算等知識點(diǎn)為程序性知識，各知識單元的具體分類如圖1所示。針對兩類知識單元的特點(diǎn)分別采用不同教學(xué)方式。

圖1 傳熱模塊知識單元分類及教學(xué)方式

2 混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)

線上線下教學(xué)如何結(jié)合并沒有一個統(tǒng)一的范本，因此本課題組根據(jù)化工原理課程性質(zhì)，確定線上與線下教學(xué)課時比例為2：8，后續(xù)可根據(jù)運(yùn)行效果進(jìn)行調(diào)整。

2.1 線上課程建設(shè)與教學(xué)

超星線上平臺設(shè)置有活動、統(tǒng)計(jì)、資料、通知、作業(yè)、考試、討論、管理等板塊。各知識點(diǎn)分類后，課題組將適合線上學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)制作成便于學(xué)生自學(xué)的素材，主要形式有電子講稿、PPT、文獻(xiàn)、視頻素材等，上傳至平臺“章節(jié)”板塊，并根據(jù)所學(xué)內(nèi)容設(shè)置線上提問、知識點(diǎn)討論及測試測驗(yàn)等環(huán)節(jié)。同時，按照每周教學(xué)計(jì)劃，課前布置學(xué)習(xí)任務(wù)及相關(guān)環(huán)節(jié)，由學(xué)生自主根據(jù)時間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀看、學(xué)習(xí)，并參加線上討論環(huán)節(jié)，完成課堂練習(xí)及測試等。教師可通過平臺的統(tǒng)計(jì)功能及時觀察學(xué)生線上學(xué)習(xí)動態(tài)，積極互動，并答復(fù)討論區(qū)的各種疑問。線上學(xué)習(xí)具有隨時性、便利性，有助于學(xué)生自我規(guī)劃及自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

2.2 線下教學(xué)組織實(shí)施

化工原理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此，線下課堂教學(xué)依然是不可或缺的環(huán)節(jié)。結(jié)合線上教學(xué)內(nèi)容，線下教學(xué)建立了以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，著力于學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。案例教學(xué)法（Case-Based Learning，CBL）是以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，由教師圍繞相關(guān)實(shí)例組織學(xué)生進(jìn)行分析、討論、總結(jié)的一系列教學(xué)活動。該方法的優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生代入感強(qiáng)，利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力［6］。因此，化工原理課程線下課堂教學(xué)主要以案例教學(xué)法驅(qū)動實(shí)施。如在學(xué)習(xí)熱量傳遞模塊時，導(dǎo)熱與對流聯(lián)合計(jì)算屬于程序性知識點(diǎn)，線下課堂以套管式換熱器的設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)型計(jì)算）為案例進(jìn)行教學(xué)：已知冷熱流體進(jìn)出口溫度，冷流體（25%鹽水）流量及對流傳熱系數(shù)，熱流體（蒸汽）對流傳熱系數(shù)，求算套管換熱器的面積，選一定規(guī)格的內(nèi)管則可知管長［7］。該案例聯(lián)合了熱量衡算方程、總傳熱方程、總傳熱系數(shù)、對數(shù)平均溫度差的計(jì)算，涵蓋了本模塊的重要知識點(diǎn)，學(xué)生通過該案例可掌握各公式的涵義及應(yīng)用場合。

另外，化工原理知識與材料、環(huán)境、食品、制藥等工業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，因此還可根據(jù)前述知識模塊，進(jìn)一步結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際項(xiàng)目，選取具有時效性且切合化工原理基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)需求的實(shí)際案例。如在深度學(xué)習(xí)熱量傳遞模塊時，以設(shè)計(jì)工業(yè)用冷卻苯液的列管式換熱器為案例，提出問題、初步設(shè)計(jì)、核算驗(yàn)證，引導(dǎo)學(xué)生思考并掌握傳熱方程應(yīng)用、傳熱系數(shù)計(jì)算、換熱器設(shè)計(jì)選型等一系列問題，案例教學(xué)設(shè)計(jì)如圖2所示。首先分析設(shè)計(jì)任務(wù)，要求將78℃的純苯液冷卻至50℃（熱流體進(jìn)出口溫度已知），流量20000 kg/h（熱流體流量已知），以35℃的循環(huán)水為冷卻劑（冷流體進(jìn)口溫度已知，出口溫度需要自行初設(shè)），要求換熱器的管程和殼程壓降不大于10 kPa（流動阻力計(jì)算）。根據(jù)物性數(shù)據(jù)及已知各項(xiàng)能否初步計(jì)算得到傳熱面積？引導(dǎo)學(xué)生思考需要哪些參數(shù)，如何獲得需要的參數(shù)，以逐步提高學(xué)生分析處理各項(xiàng)數(shù)據(jù)的能力。根據(jù)傳熱面積如何設(shè)計(jì)或選擇合適的換熱器，選型后還需要核算驗(yàn)證，這一環(huán)節(jié)鍛煉了學(xué)生的設(shè)計(jì)、計(jì)算能力。最后，通過設(shè)計(jì)、計(jì)算過程分析影響傳熱的因素及換熱器設(shè)計(jì)要點(diǎn)（經(jīng)濟(jì)性、能效方面），可培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。通過實(shí)際工程案例的剖析，不僅能使學(xué)生加深理解、掌握課程內(nèi)容，而且能培養(yǎng)學(xué)生的分析、設(shè)計(jì)及實(shí)踐能力，使線下課程教學(xué)設(shè)計(jì)符合“兩性一度”的要求，即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度，努力達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力和高級思維的目標(biāo)［8］。

圖2 線下教學(xué)傳熱模塊傳熱綜合計(jì)算（案例教學(xué)法）教學(xué)設(shè)計(jì)示意圖

3 教學(xué)效果分析

效果評價旨在評估教學(xué)改革的效果并發(fā)現(xiàn)存在的問題，為進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)模式提供參考。本研究對2018級及2019 級應(yīng)化專業(yè)兩個教學(xué)班進(jìn)行了化工原理課程線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐，結(jié)束后進(jìn)行了效果評價。評價由兩部分組成，一是成績評價，學(xué)習(xí)過程考核占總成績的30%，由在線學(xué)習(xí)記錄自動統(tǒng)計(jì)，包括視頻及資料觀看（20 分）、章節(jié)習(xí)題（30 分）、在線時長（20 分）、討論（30 分）等，課程結(jié)束后閉卷考試成績占總成績的70%，題目類型有選擇、填空及綜合計(jì)算，主要考查學(xué)生掌握知識程度和解決實(shí)際問題的能力。對比采用傳統(tǒng)教學(xué)方法的班級，混合模式教學(xué)班的考試成績平均分更高，80~90 分高分段的學(xué)生也更多。二是學(xué)生的主觀評價，由調(diào)查問卷及訪談構(gòu)成。調(diào)查問卷共10 題，訪談時間1 小時，涉及平臺、線上教學(xué)資源、線下課堂及教學(xué)模式評價，學(xué)生基本給予正面評價，表明這一混合式教學(xué)模式得到學(xué)生的認(rèn)可。但學(xué)生也反映線上教學(xué)存在以下一些問題：在線學(xué)習(xí)時，網(wǎng)絡(luò)及平臺會出現(xiàn)各種問題，如網(wǎng)絡(luò)不佳、平臺穩(wěn)定性欠佳等；在線學(xué)習(xí)質(zhì)量不高，學(xué)習(xí)時間、地點(diǎn)雖然靈活，但更易受周圍環(huán)境影響；單純追求在線學(xué)習(xí)時長沒有意義，刷視頻資料等即可增加在線學(xué)習(xí)時間，但沒有起到實(shí)際效果；線上討論環(huán)節(jié)不如課堂面對面討論效率高等。因此，需進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)素材，提高線上教學(xué)質(zhì)量，科學(xué)指導(dǎo)及監(jiān)督學(xué)生做好線上學(xué)習(xí)任務(wù)。

4 小結(jié)

教學(xué)模式改革是提高課程質(zhì)量的手段之一。線上教學(xué)與線下教學(xué)各有優(yōu)勢，線上教學(xué)素材豐富、時間靈活，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力，而線下教學(xué)可與學(xué)生面對面實(shí)時互動，進(jìn)行深度教學(xué)。我們化工原理課程組依據(jù)課程特點(diǎn)及線上線下教學(xué)的各自優(yōu)勢，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合、分類，構(gòu)建并實(shí)踐了線上線下混合式教學(xué)模式。該模式以學(xué)生為本，能使學(xué)生更好地掌握化工原理課程相關(guān)知識，獲得更強(qiáng)的實(shí)踐能力，使課程質(zhì)量得到有效提升。