基于立體化教學模式的化工原理課程改革探索與實踐

李青飛 李德鯤 趙義(桂林理工大學南寧分校冶金與資源工程系，廣西 南寧 530001)

0 引言

“混合式立體化”教學模式，是相對于以傳統單向知識傳授為主的教學模式提出的，它是以課程為單元，以能力培養為軸心，以教學資源為平臺，動用所有教學要素，立體化、全方位地融教學與學習為一體，關注應用與創新的教學體系。它以辯證唯物主義認識論為指導，充分考慮學習者的心理結構，將教學結構與心理結構和諧統一。該模式主要以松綁教育理論和整合教學理論為基礎，融入混合式學習之優點，特別強調教學模式的靈活性和綜合運用[1]。

1 立體化教學現狀

針對化工原理理論課程教學中存在的教學模式老化，理論與實際脫節的弊端，許多教師研究了項目化教學[2,3]、案例化教學[4-6]、類比式教學[7]、啟發式教學[8,9]等方式，提高學生的學習興趣，引導學生進行歸納、總結， 使學生開闊視野， 深入思考，進而增強工程觀念，提高分析問題和解決問題的能力。但立體化教學模式在化工原理系列課程上的研究與實踐較少。此前，也有許多教師研究了立體化教學模式的內涵及應用。如李浩君等人提出了在工科類專業課程教學中實施立體化教學方法的理論依據[1];黃敏等人在化工類專業基礎化學課程教學中實施立體化教學方法[10];唐文武等人研究了立體化教學模式的構建和實踐，通過調查發現立體化教學模式是培養學生創新意識和創新能力的有效途徑[11];童漢清等人探索構建了化工原理課程體系的立體化教學模式[12]。立體化教學模式不斷深入發展和改進，但仍存在諸多問題，如網絡課程建設不夠完善，實驗實訓、課程設計方面沒有實現信息化教學，還不能真正激發學生的主動性和積極性。為此，本文以化工原理課程三個教學環節為基礎，充分結合現代信息化教學技術，數字化學習資源、虛擬化網絡空間，以及豐富的第二課堂教學活動，整合教學資源，構建有一定深度和廣度的化工原理學習空間，引導學生通過多元化的教學方式，進行自主性、探索式學習，構建化工原理系列課程的立體化教學模式，實現教與學的立體交融。

2 立體化教學模式設計理念

化工原理系列課程一般分為三個部分，即理論課程、實驗課程和課程設計。由于化工原理課程已經形成了較為完整的課程體系，因而在教學內容和教學模式上也比較固定，可總結為“重理論，輕實踐；重知識，輕方法；重灌輸，輕主動”等教學方式。傳統單一的教學模式使學生在學習化工原理課程的過程中遇到各種困難，以致嚴重影響學生的學習興趣和課程的教學效果。因此在進行立體化教學設計時，以網絡教學資源為教學平臺，對各教學環節進行了深化改革，理論教學方面以線下授課為主，結合采用多種教學方法進行理論教學；實驗教學方面加強了信息化建設，引入了視頻演示、仿真實訓、實驗設計等環節，逐步強化學生實踐操作能力；課程設計方面引入工藝流程設計、化工仿真工廠、設計軟件的應用等，教學各環節注重學情分析，并建立有效的師生溝通渠道，形成一個“適應—調整—完善—創新”的實踐探索過程，并逐漸完善。立體化教學模式框架設計如圖1 所示。

3 立體化教學模式設計

3.1 理論課程設計

理論教學方面，當前《化工原理》課程理論教學模式仍偏重于理論知識講授，忽視知識點特征和多種教學方式綜合運用效果；其次是與工程實際脫節，學生的實踐能力普遍不強；再是教學過程中缺乏師生間的交流和學生間的協作，存在著學生被動接受、教學過程交互性弱等缺點。為此，在理論教學上，筆者結合知識點的特征與學生學習的主觀能動性，探索采用討論式、啟發式、現場式、案例式等教學方法，改變傳統單一的講授教學方式，激發學生的學習興趣，活化課堂氣氛。同時在網絡教學平臺構建知識點學習區，對于難于理解的知識點，設置課前導學，啟發牽引學生對知識點的深入理解，并將重點、難點在平臺上進行總結梳理，以便學生隨時查看。平臺上還設有互動交流區，學生在學習過程中遇到的困難和問題可隨時與老師溝通交流，學習的方式方法更加靈活有效。除此之外，教學平臺上還配有相應知識點的練習及試題庫，學生在學習閱讀相關知識內容后，可在線測試，隨時檢驗對知識的理解和掌握程度。對于實踐性較強的內容，如離心泵內容的講述，可以采用現場教學的方法，現場拆裝和運行離心泵，介紹泵的結構及其工作原理，形象直觀，更易于學生理解和接收。

圖1 化工原理立體化教學模式框架示意圖

3.2 實驗課程設計

實驗教學方面，目前教學模式較為僵化，實驗內容多是驗證性實驗，創新型實驗少。再者，校內實訓設備臺數不多的情況下，學生通常無法長時間親自動手操作；此外鑒于化工企業對設備安全管理的需要，致使崗位實習或帶崗實習的參與度低、實習效果差和“實習動手難”的問題尤為突出，學生的工程實踐能力無法得到鍛煉。筆者認為化工原理實驗課是讓學生深入地理解和應用化工原理理論知識，初步掌握化工生產中典型單元操作的操作技能和方法，同時培養學生的動手操作、實驗方案設計、解決實際問題、數據分析處理等方面的能力，為今后走上工作崗位打下堅實的基礎。在實驗模塊中，筆者從三個方面進行設計：一是實驗演示環節，演示環節起到預習導入和輔助性指導作用，通過觀看實驗操作視頻，學生可全面理解實驗的目的、意義、操作步驟、規范等，有助于學生對實驗的正確認識和開展；二是仿真實訓環節，通過仿真軟件進行模擬訓練，讓學生進一步了解實驗的具體內容、操作步驟及設備結構性能，為實驗實踐操作奠定基礎；三是實驗操作環節，依托化工單元操作時實訓中心、化工虛擬仿真工廠，并結合現有的實驗裝置自行設計實驗方案，而后完成實驗，突破了單一式、循環式的實驗過程，體現了過程的實驗創新，而且充分調動了學生的參與度。

3.3 實踐課程設計

課程設計方面，化工原理課程設計的題目比較單一，選題往往和以前的題目相似，學生容易抄襲，設計效果較差；再加上學生進行課程設計前對生產工藝和設備缺乏深入的了解，且設計計算量大，時間緊迫，使得大多數設計只能是給定條件下的驗證性設計，學生無法綜合分析和優化設計方案，設計出來的內容也缺乏新穎性或與實踐脫節。為此，在課程設計中，筆者更加注重設計與實踐相結合，引入實驗設備模型及虛擬仿真工廠等元素，讓學生對所設計的設備、工藝有更深入的認識。對于題目的設定，可結合典型化工產品簡單工藝流程進行任務設計，例如乙酸乙酯的生產工藝，產品的生產工藝方法較多，且主體設備的設計、選用形式不一，學生在設計過程中可結合不同的工藝流程靈活選擇，體現設計創新；再者，學生可以以分組的形式進行設計，較多的工藝過程可促使學生間有明確的分工，共同探討分析解決問題，在增進學生間團結互助的同時，增強學生的分工、協作及組織能力；此外，不同的團隊也可促使團隊間產生競爭意識，可有效避免抄襲的現象。對于設計過程分析，可結合Aspen Plus 等設計軟件進行合理優化，以提高設計質量。

4 結語

綜上所述，化工原理立體化教學模式結合了現代信息化教學技術，有效地將三個內容模塊進行整合，使化工原理知識內容更加系統、整體，學生可以通過網絡平臺隨時查看、調用，超時間空間對象進行學習，同時創新的模塊設計及教學方法的應用，能有效的促進學生的自主學習和過程創新，增進了學生的學習效果，是值得深究和推廣的教學模式。