農林院?；ぴ碚n程線上線下混合式教學模式的構建與實踐

龔磊，胡嘉麒，黃忠，謝琰玉，劉倩

（江西農業大學化學與材料學院，江西南昌，330045）

0 引言

化工原理是農林院校應用化學、林產化工、環境工程等專業的一門極為重要的專業基礎課，也是上述專業本科生接觸的第一門工科類課程。課堂是育人的主要載體，通過課堂教學著力培養學生的工程觀念、實踐能力，對實現應用型本科人才的培養目標具有重要意義。

化工原理課程內容涵蓋廣泛，涉及化工過程中的“三傳”基本原理、能量衡算、熱量衡算及工藝計算等，具有知識點散、實踐性強的特點。同時，農林院?；ぴ碚n程還面臨課時不足、課時縮減等問題（一般安排48 學時），因此課堂教學難度大。目前教師主導的“講臺+黑板/PPT 投影+教師”的課堂教學模式難以激發學生的內在驅動力，也難以有效培養學生的實踐能力。對此，不少高校教師對化工原理的教學模式進行了有益的探索，如采用OBE（結果導向）教育理念、引入最新科研成果及建立翻轉課堂等［1-3］，這些措施在一定程度上增強了教學效果，但仍存在不少問題。

教學模式對本科生教學是十分重要的。好的教學模式應以生為本，與時俱進，有利于學生掌握課程知識點、提高解決問題的能力。目前，信息技術高速發展，線上資源和線下教學的結合與互補成為教育領域不可逆轉的潮流，許多發達國家高校的課程已充分采用混合式教學模式，而我國教育部也在大力推進線上線下混合式“金課”建設［4］，因此，構建化工原理課程線上線下混合式教學模式顯得迫切且必要。如果能充分利用線上教學的各種優勢，結合線下豐富的教學手段，必定會對培養學生實踐能力，推動同類課程改革起到積極的促進作用。本課程組在江西農業大學與超星泛雅共建的網絡教學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的優勢構建了混合教學模式，著力培養學生的實踐能力，并分別對我校應化專業2018 級、2019 級兩個教學班級進行了教學實踐，研究了線上、線下課程內容的設定、具體教學手段及結合方式，以此為類似課程混合式教學模式改革提供參考。

1 合理規劃線上教學內容

傳授知識是課堂教學的主要目的之一。農林院?；ぴ碚n程課時數不多，如我校應用化學專業的化工原理課程為64 學時，林產化工、環境工程、食品科學與工程等專業為48 學時。但化工原理課程內容繁多，知識點覆蓋面廣，為在有限課時內突出重點，本課題組根據線上教學的特點，對教材內容進行了梳理、整合及分類，以制作適用于線上學習的教學素材。

1.1 教學內容整合并模塊化

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的基礎課程如高等數學、大學物理、無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等進行了系統學習，同時前期課程已系統地講授了化學熱力學、化學動力學等涉及化工原理的基礎知識，因此，需對這部分內容做適當刪減，例如因次分析法、精餾原理、傳質機理等。為便于學習與記憶，線上教學內容往往具有碎片化的特點，即課程內容模塊化，知識點碎片化。為適應線上教學特點，課題組圍繞教材內容，以化工單元操作為主線，將其分為若干個模塊：動量傳遞、熱量傳遞及質量傳遞，各知識模塊再細分為知識單元（內含1-2 個知識點）。整合后的教學內容未脫離大綱要求，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律。

1.2 模塊內知識單元分類

現代認知心理學根據個體對學習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果獲得，屬于習得型知識，適用于線上教學；而程序性知識需要按一定規則和步驟進行反復操作才能獲得，適用于線下教學。課題組對各知識模塊內的知識單元按上述分類進行劃分，分別采用合適的教學方式。以熱量傳遞模塊為例，傳熱概述、傳熱平衡方程、傳熱設備等知識點可歸為陳述性知識，綜合傳熱計算、蒸發器傳熱面積計算等知識點為程序性知識，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分別采用不同教學方式。

圖1 傳熱模塊知識單元分類及教學方式

2 混合教學模式設計

線上線下教學如何結合并沒有一個統一的范本，因此本課題組根據化工原理課程性質，確定線上與線下教學課時比例為2：8，后續可根據運行效果進行調整。

2.1 線上課程建設與教學

超星線上平臺設置有活動、統計、資料、通知、作業、考試、討論、管理等板塊。各知識點分類后，課題組將適合線上學習的知識點制作成便于學生自學的素材，主要形式有電子講稿、PPT、文獻、視頻素材等，上傳至平臺“章節”板塊，并根據所學內容設置線上提問、知識點討論及測試測驗等環節。同時，按照每周教學計劃，課前布置學習任務及相關環節，由學生自主根據時間節點進行觀看、學習，并參加線上討論環節，完成課堂練習及測試等。教師可通過平臺的統計功能及時觀察學生線上學習動態，積極互動，并答復討論區的各種疑問。線上學習具有隨時性、便利性，有助于學生自我規劃及自主學習能力的培養。

2.2 線下教學組織實施

化工原理是一門實踐性很強的課程，因此，線下課堂教學依然是不可或缺的環節。結合線上教學內容，線下教學建立了以學生為中心的教學模式，著力于學生實踐能力與創新能力的培養。案例教學法（Case-Based Learning，CBL）是以教學目標為導向，由教師圍繞相關實例組織學生進行分析、討論、總結的一系列教學活動。該方法的優點是學生代入感強，利于培養學生分析問題、解決問題的能力［6］。因此，化工原理課程線下課堂教學主要以案例教學法驅動實施。如在學習熱量傳遞模塊時，導熱與對流聯合計算屬于程序性知識點，線下課堂以套管式換熱器的設計（設計型計算）為案例進行教學：已知冷熱流體進出口溫度，冷流體（25%鹽水）流量及對流傳熱系數，熱流體（蒸汽）對流傳熱系數，求算套管換熱器的面積，選一定規格的內管則可知管長［7］。該案例聯合了熱量衡算方程、總傳熱方程、總傳熱系數、對數平均溫度差的計算，涵蓋了本模塊的重要知識點，學生通過該案例可掌握各公式的涵義及應用場合。

另外，化工原理知識與材料、環境、食品、制藥等工業生產密切相關，因此還可根據前述知識模塊，進一步結合工業生產實際項目，選取具有時效性且切合化工原理基礎知識學習需求的實際案例。如在深度學習熱量傳遞模塊時，以設計工業用冷卻苯液的列管式換熱器為案例，提出問題、初步設計、核算驗證，引導學生思考并掌握傳熱方程應用、傳熱系數計算、換熱器設計選型等一系列問題，案例教學設計如圖2所示。首先分析設計任務，要求將78℃的純苯液冷卻至50℃（熱流體進出口溫度已知），流量20000 kg/h（熱流體流量已知），以35℃的循環水為冷卻劑（冷流體進口溫度已知，出口溫度需要自行初設），要求換熱器的管程和殼程壓降不大于10 kPa（流動阻力計算）。根據物性數據及已知各項能否初步計算得到傳熱面積？引導學生思考需要哪些參數，如何獲得需要的參數，以逐步提高學生分析處理各項數據的能力。根據傳熱面積如何設計或選擇合適的換熱器，選型后還需要核算驗證，這一環節鍛煉了學生的設計、計算能力。最后，通過設計、計算過程分析影響傳熱的因素及換熱器設計要點（經濟性、能效方面），可培養學生的工程實踐能力。通過實際工程案例的剖析，不僅能使學生加深理解、掌握課程內容，而且能培養學生的分析、設計及實踐能力，使線下課程教學設計符合“兩性一度”的要求，即高階性、創新性、挑戰度，努力達到培養學生解決復雜問題的能力和高級思維的目標［8］。

圖2 線下教學傳熱模塊傳熱綜合計算（案例教學法）教學設計示意圖

3 教學效果分析

效果評價旨在評估教學改革的效果并發現存在的問題，為進一步優化教學模式提供參考。本研究對2018級及2019 級應化專業兩個教學班進行了化工原理課程線上線下混合式教學實踐，結束后進行了效果評價。評價由兩部分組成，一是成績評價，學習過程考核占總成績的30%，由在線學習記錄自動統計，包括視頻及資料觀看（20 分）、章節習題（30 分）、在線時長（20 分）、討論（30 分）等，課程結束后閉卷考試成績占總成績的70%，題目類型有選擇、填空及綜合計算，主要考查學生掌握知識程度和解決實際問題的能力。對比采用傳統教學方法的班級，混合模式教學班的考試成績平均分更高，80~90 分高分段的學生也更多。二是學生的主觀評價，由調查問卷及訪談構成。調查問卷共10 題，訪談時間1 小時，涉及平臺、線上教學資源、線下課堂及教學模式評價，學生基本給予正面評價，表明這一混合式教學模式得到學生的認可。但學生也反映線上教學存在以下一些問題：在線學習時，網絡及平臺會出現各種問題，如網絡不佳、平臺穩定性欠佳等；在線學習質量不高，學習時間、地點雖然靈活，但更易受周圍環境影響；單純追求在線學習時長沒有意義，刷視頻資料等即可增加在線學習時間，但沒有起到實際效果；線上討論環節不如課堂面對面討論效率高等。因此，需進一步優化網絡教學素材，提高線上教學質量，科學指導及監督學生做好線上學習任務。

4 小結

教學模式改革是提高課程質量的手段之一。線上教學與線下教學各有優勢，線上教學素材豐富、時間靈活，可提高學生學習興趣，充分培養其自主學習能力，而線下教學可與學生面對面實時互動，進行深度教學。我們化工原理課程組依據課程特點及線上線下教學的各自優勢，對教學內容進行了整合、分類，構建并實踐了線上線下混合式教學模式。該模式以學生為本，能使學生更好地掌握化工原理課程相關知識，獲得更強的實踐能力，使課程質量得到有效提升。