崔曉峰，王鈞偉，汪 婕，孔學(xué)軍

（安慶師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，安徽安慶246133）

化工原理作為化工及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和分析、解決化學(xué)生產(chǎn)相關(guān)問題的能力。本課程知識(shí)點(diǎn)多、工程性強(qiáng)、計(jì)算量大、涉及的設(shè)備類型多，密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際。化工新材料和新技術(shù)在不斷革新，而教材更新跟不上新技術(shù)的發(fā)展，課本內(nèi)容陳舊、信息量少，難以滿足現(xiàn)代化工發(fā)展的需求。另一方面，傳統(tǒng)教學(xué)考核方式單一，缺乏對(duì)學(xué)生認(rèn)知過程和知識(shí)綜合應(yīng)用能力的考查。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)手段得到了豐富和發(fā)展，特別是受新冠疫情的影響，線上教學(xué)手段得到了快速發(fā)展[1]，如“雨課堂”、“慕課堂”和“愛課程”等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和資源被廣泛應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中[2]。為此，提出在化工原理教學(xué)中，引入現(xiàn)代化教學(xué)手段，結(jié)合實(shí)體課堂、線上課堂和翻轉(zhuǎn)課堂，初步探索了一套集學(xué)生考勤、課堂互動(dòng)、課后監(jiān)測和全過程考核的混合式智慧教學(xué)模式。

1 化工原理線上線下混合式智慧教學(xué)總體設(shè)計(jì)

圍繞解決“化工原理”傳統(tǒng)課程中信息量少、教學(xué)手段單一、教學(xué)過程難以監(jiān)管和考核不全面等問題，初步探索了一套如圖1所示的線上線下混合式智慧教學(xué)模式。

圖1 化工原理線上線下混合式智慧教學(xué)總體設(shè)計(jì)示意圖

“課前預(yù)習(xí)”由傳統(tǒng)的閱讀課本轉(zhuǎn)為線上學(xué)習(xí)。將篩選的優(yōu)質(zhì)慕課（MOOC，Massive Open Online Course）課程推送給學(xué)生進(jìn)行自習(xí)，然后通過“慕課堂”進(jìn)行學(xué)習(xí)過程監(jiān)管和考核。慕課即大規(guī)模開放在線課程，教學(xué)內(nèi)容以模塊化的短視頻呈現(xiàn)給世界各地的學(xué)習(xí)者，提供了一種在線網(wǎng)絡(luò)化教育和學(xué)習(xí)模式。慕課堂是中國大學(xué)MOOC平臺(tái)在慕課及學(xué)校云平臺(tái)基礎(chǔ)上研發(fā)的管理線上教學(xué)工具。對(duì)不滿意的MOOC視頻可自己錄制微視頻嵌入到“雨課堂”中推送給學(xué)生，尤其是一些和課程內(nèi)容相關(guān)的實(shí)際生產(chǎn)流程和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)視頻。雨課堂是清華大學(xué)于歆杰教授聯(lián)合學(xué)堂在線主導(dǎo)研發(fā)的新型教學(xué)平臺(tái)，其主體思想是通過連接老師的電腦端和學(xué)生的智能終端，開展多種混合式教學(xué)[3]。線上預(yù)覽式預(yù)習(xí)解決了傳統(tǒng)課程閱讀課本預(yù)習(xí)枯燥、預(yù)習(xí)過程難以監(jiān)管和考核、預(yù)習(xí)效果差等問題。

“課中”的教學(xué)內(nèi)容可以分為自學(xué)和非自學(xué)內(nèi)容。如果課時(shí)緊張，可將自學(xué)內(nèi)容通過以上預(yù)習(xí)過程進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，這樣可以節(jié)省出來部分課堂講授時(shí)間進(jìn)行其他課堂活動(dòng)。課堂講授可在傳統(tǒng)實(shí)體課堂的基礎(chǔ)上結(jié)合智慧教學(xué)平臺(tái)，如“雨課堂”和“超星學(xué)習(xí)通”等智慧軟件豐富教學(xué)活動(dòng)、記錄和監(jiān)管教學(xué)過程。同時(shí)可利用這些教學(xué)平臺(tái)提供的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，如名師講解、實(shí)際生產(chǎn)流程和先進(jìn)設(shè)備等拓展課堂教學(xué)內(nèi)容。

“課后”，通過分析以上智慧云技術(shù)提供的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。通過翻轉(zhuǎn)課堂和錄制微視頻等方式對(duì)學(xué)生存在的重難點(diǎn)問題進(jìn)行詳解，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)化吸收。

2 化工原理線上教學(xué)設(shè)計(jì)

基于上述教學(xué)模式，線上教學(xué)設(shè)計(jì)分為“課前、課中、課后”三個(gè)環(huán)節(jié)。

課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)：可采用“慕課+慕課堂”的方式進(jìn)行。我們采用天津大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的化工原理慕課，該課程教學(xué)內(nèi)容豐富，教學(xué)水平高，與本校采用的教材一致，能很好地滿足教學(xué)要求。但作為預(yù)習(xí)課堂，需要對(duì)該課程進(jìn)行“瘦身”，因此可采用“異步SPOC+慕課堂”的方式進(jìn)行。授課教師根據(jù)自己的教學(xué)需要對(duì)慕課課程進(jìn)行增減，在保證教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，每兩個(gè)學(xué)時(shí)的課程預(yù)習(xí)一般控制在25分鐘之內(nèi)。學(xué)生在慕課上的學(xué)習(xí)通過慕課堂進(jìn)行管理。慕課堂可以對(duì)學(xué)生線上的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行追蹤，教師發(fā)布的每一個(gè)視頻和相關(guān)練習(xí)題，學(xué)生的學(xué)習(xí)情況都會(huì)以實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄下來，其中包括線上每個(gè)視頻的學(xué)習(xí)時(shí)長、習(xí)題完成的正確率和課堂參與度等。老師可以隨時(shí)查看自己發(fā)布資源的學(xué)習(xí)狀態(tài)，更好地去督促學(xué)生學(xué)習(xí)，這種方式相較于傳統(tǒng)的學(xué)生自學(xué)閱讀預(yù)習(xí)要更容易接受，學(xué)生預(yù)習(xí)率大幅提高。如若慕課不能滿足教學(xué)要求，授課教師可將自行制作的教學(xué)資源嵌入到其他智慧教學(xué)平臺(tái)（如雨課堂）中推送給學(xué)生，學(xué)生在手機(jī)端接收任務(wù)并進(jìn)行學(xué)習(xí)，老師可通過這些智慧平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)監(jiān)管。這些預(yù)習(xí)視頻中可以包含一些課程相關(guān)的實(shí)操和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力。如化工原理第7章“蒸餾”，我們將安慶石化常減壓蒸餾裝置的生產(chǎn)流程錄制成微視頻，并對(duì)設(shè)備每個(gè)部件的功能和結(jié)構(gòu)配套講解。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)前對(duì)所學(xué)內(nèi)容有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的目的性和工程意識(shí)。

課中教學(xué)環(huán)節(jié)：線上資源主要包括教師講授工程所用到的部分不能下載的網(wǎng)絡(luò)資源，如優(yōu)酷或B站的優(yōu)質(zhì)資源，老師可在備課過程中提前搜集好嵌入到課件中，以備開展教學(xué)活動(dòng)。如“非牛頓流體”、“液體攪拌”、“多效蒸發(fā)”和“填料塔和板式塔流體力學(xué)性能與操作特性”等內(nèi)容。若課時(shí)緊張，可將部分內(nèi)容作為自學(xué)內(nèi)容采用上述預(yù)習(xí)的方式進(jìn)行線上學(xué)習(xí)。

課后學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：主要以線上教學(xué)為主。學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程大體可劃分為兩個(gè)階段，即“信息傳遞”和“內(nèi)化吸收”。第一階段相對(duì)容易，通常通過教師講授和學(xué)生自學(xué)完成[4-5]。內(nèi)化吸收過程一般由學(xué)生在課后完成。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)后總有未接受的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于個(gè)別問題可通過即時(shí)工具（如QQ或微信）進(jìn)行溝通指導(dǎo)。對(duì)于一些相對(duì)集中的共性問題應(yīng)予以集中答疑。雖然各種教學(xué)平臺(tái)上已有很多網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，但是針對(duì)自己課堂學(xué)生的問題通常較難查找。在教學(xué)過程中，針對(duì)學(xué)生存在的共性問題可以通過錄制微視頻（伯努利方程的應(yīng)用、離心泵的安裝及管路中的運(yùn)行和吸收過程計(jì)算等）嵌入到雨課堂或者通過翻轉(zhuǎn)課堂的方式推送給學(xué)生。學(xué)生可以隨時(shí)暫停和多次回放，有利于自主學(xué)習(xí)。課后練習(xí)，除了布置傳統(tǒng)的練習(xí)作業(yè)外，通過雨課堂推送和生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)的線上作業(yè)，盡可能用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題。如化工原理第6章“吸收”，我們將安慶石化催化裂化吸收穩(wěn)定裝置的流程拍攝成微視頻，讓學(xué)生用所學(xué)知識(shí)解釋主要部件的工作原理，并設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算題，通過改變吸收劑組成，讓學(xué)生計(jì)算相關(guān)出料組成。每位同學(xué)的初始數(shù)據(jù)不同，可防止傳統(tǒng)作業(yè)抄襲。通過類似的練習(xí)培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和工程意識(shí)。

3 化工原理線下教學(xué)設(shè)計(jì)

線下教學(xué)主要依托“雨課堂”平臺(tái)對(duì)課堂教學(xué)和部分翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行智慧教學(xué)設(shè)計(jì)。相較于傳統(tǒng)課堂生硬、單調(diào)、刻板的灌輸式教學(xué)，雨課堂的引入使課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)形式多樣，為課堂學(xué)習(xí)提供了多種新的教學(xué)方式[6]。以化工原理第10章液液萃取的教學(xué)過程為例，學(xué)生通過雨課堂手機(jī)端簽到，代替了傳統(tǒng)教學(xué)中的點(diǎn)名簽到，方式新穎，效率高，并且有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。課堂中可以發(fā)布隨堂練習(xí)，適時(shí)掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度。這些活動(dòng)需要授課教師在備課過程中針對(duì)重難點(diǎn)提前設(shè)置好練習(xí)。如萃取中三元相圖的選擇以及相圖的讀取方法，通過單選和多選題的形式發(fā)布隨堂練習(xí)，考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度和課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)。學(xué)生還可以通過發(fā)送“彈幕”和“投稿”等方式隨時(shí)提出問題，消除部分內(nèi)向的同學(xué)提問題的心理障礙。如萃取原理的講解中，有5位同學(xué)通過投稿的方式對(duì)相圖讀取和杠桿規(guī)則提出疑問，本人在課堂講解過程中視問題情況進(jìn)行了集中和個(gè)別講解，使學(xué)生的疑問得到及時(shí)消除。老師還可根據(jù)學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)情況，發(fā)布問卷收集學(xué)生想法，進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)。此外，還有如系統(tǒng)隨機(jī)選人回答問題等多種方式和學(xué)生互動(dòng)。針對(duì)一些綜合性強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)可在討論區(qū)設(shè)置討論主題，學(xué)生進(jìn)行跟帖討論[7]。這些新穎的互動(dòng)方式充分吸引了學(xué)生的注意力，很好地解決了傳統(tǒng)課堂教師手段單一和理工科課堂氣氛難以調(diào)動(dòng)等問題。所有課堂活動(dòng)如隨堂練習(xí)、課堂投稿和隨機(jī)點(diǎn)名提問等都會(huì)有數(shù)據(jù)記錄，便于分析學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)效果，進(jìn)行教學(xué)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，這是相較于傳統(tǒng)課堂較為突出的優(yōu)勢。每個(gè)教學(xué)活動(dòng)都有宏觀的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如圖2例所示。圖2（a）可以反映全班學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)整體的掌握程度，也可以查看每個(gè)教學(xué)活動(dòng)的微觀數(shù)據(jù)，即每個(gè)學(xué)生在每個(gè)教學(xué)活動(dòng)中的表現(xiàn)情況；圖2（b）所示為每一個(gè)單選題的答題情況，每個(gè)學(xué)生選擇的選項(xiàng)都會(huì)被快速的統(tǒng)計(jì)出來，便于教師課后深度分析學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，并及時(shí)給出相應(yīng)的干預(yù)。雨課堂系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出課堂表現(xiàn)優(yōu)異的和需要預(yù)警的學(xué)生情況，如圖2（c），提醒教師針對(duì)不同的學(xué)生給出相應(yīng)的措施，從而整體提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

圖2 雨課堂智慧教學(xué)過程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

綜上所述，我們?cè)诨ぴ斫虒W(xué)實(shí)踐中結(jié)合“雨課堂”、“慕課”和“慕課堂”等智慧教學(xué)平臺(tái)，開展了線上線下混合式智慧教學(xué)?；谶@樣的“課前、課中、課后”線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)，充分利用線上豐富的教學(xué)資源，增加了課程的信息量，并可實(shí)時(shí)監(jiān)管學(xué)生學(xué)習(xí)情況，提高了課前課后教學(xué)活動(dòng)的實(shí)效性。在課堂線下教學(xué)活動(dòng)中，恰當(dāng)應(yīng)用雨課堂等智慧平臺(tái)，增強(qiáng)了教學(xué)互動(dòng)，改變了傳統(tǒng)工科課程生硬、刻板的教學(xué)模式。智慧平臺(tái)的“云技術(shù)”以詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄了每個(gè)學(xué)生整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)過程，有助于教學(xué)監(jiān)管和多維度考核學(xué)生學(xué)習(xí)情況，全過程的考核解決了學(xué)生平時(shí)成績?cè)u(píng)價(jià)的困難，使得考核結(jié)果更加客觀。我們?cè)?7級(jí)三班兩個(gè)學(xué)期的化工原理教學(xué)中實(shí)施了該智慧教學(xué)模式，整體不及格率較一班和二班均低了15%以上，說明采用混合式智慧教學(xué)模式取得了較好的教學(xué)效果。