葉菁睿，何光裕，陳海群

(常州大學(xué) 石油化工學(xué)院，江蘇 常州 213164)

《化工原理》是常州大學(xué)化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、制藥工程、食品科學(xué)與工程、能源化工、材料化學(xué)、生物工程和資源與環(huán)境等化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，在工程學(xué)習(xí)中占據(jù)著重要地位[1]?！痘ぴ怼芬曰どa(chǎn)中常見的單元操作為主要研究對象，以三傳一反(動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)過程)為理論基礎(chǔ)，重點講述各個單元操作中的基本原理、工藝計算、設(shè)備結(jié)構(gòu)及選型等內(nèi)容。作為化工相關(guān)專業(yè)體系中的重要一環(huán)，《化工原理》是連接基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的重要橋梁，是在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和物理化學(xué)的基礎(chǔ)上進行工程知識學(xué)習(xí)的必由之路[2]。因此，長期以來化工原理課程一直是化工相關(guān)專業(yè)的重點課程。

為應(yīng)對疫情形勢，保障高校師生的身體健康安全，多所高校都制定了相應(yīng)的線上教學(xué)措施，由任課教師通過線上教學(xué)平臺進行授課。以常州大學(xué)為例，在2021—2022學(xué)期，共經(jīng)歷三段線上教學(xué)時間：一是于2021年9月份在新學(xué)期返校之際開展為期4周的線上教學(xué)；二是于2022年11月份鑒于疫情勢態(tài)開展1～2周的線上教學(xué)；三是于2022年3月份在新學(xué)期返校之際，根據(jù)省教育廳及學(xué)校疫情防控要求開展長達數(shù)月之久的線上教學(xué)。針對常州大學(xué)2019級生物工程專業(yè)在線學(xué)習(xí)的不利因素進行問卷調(diào)查，結(jié)果如圖1所示。其中，36.7%學(xué)生反映，教學(xué)平臺使用不方便。由此可見，為了應(yīng)對疫情常態(tài)化防控新局面，搭建功能結(jié)構(gòu)完整的在線教學(xué)平臺，保障教師線上授課質(zhì)量及學(xué)生線上學(xué)習(xí)效果，具有十分重要的意義。

圖1 線上授課的不利因素

1 現(xiàn)有教學(xué)平臺的優(yōu)勢及不足

根據(jù)教師授課方式(錄課型或直播型)，可將現(xiàn)有的線上教學(xué)平臺分為兩種類型：一是具備教學(xué)輔助模塊的錄課型平臺。如由網(wǎng)易與高教社攜手推出的在線教育平臺“中國大學(xué)MOOC”，該平臺承接教育部國家精品開放課程任務(wù)，面向大眾開放優(yōu)秀教學(xué)資源。但同時需要注意的是，MOOC上的課程強調(diào)精品性，面向全體平臺用戶，需要耗費較多時間、精力來構(gòu)建一門課程，且課程往往以教師提前錄制視頻，學(xué)生觀看視頻為主，互動性較低。此外，還有如教師自主建立班級并實現(xiàn)跟蹤管理的學(xué)堂在線和超星學(xué)習(xí)通等錄課型平臺。授課教師可提前上傳課程視頻，并在指定時間通知學(xué)生在線觀看，上傳習(xí)題資料供學(xué)生查閱作答，同時，此類平臺一般為教師提供查看學(xué)習(xí)進度和答題情況等教學(xué)輔助功能，但學(xué)習(xí)進度只以學(xué)生觀看視頻時長為準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)較為單一，且仍然存在互動性較低的缺點。二是不具備教學(xué)輔助模塊的直播型平臺，如騰訊會議和QQ群課堂等。此類平臺要求教師在線實時面對學(xué)生授課，通過屏幕共享放映PPT。相對于另一類平臺來說，此類平臺互動性較強，可實時與學(xué)生交流，實現(xiàn)教師在線提問和學(xué)生在線作答。但需要注意的是，此類平臺并非出于教學(xué)目的而建立，功能較為單一，缺乏下發(fā)測試習(xí)題等教學(xué)必備模塊。

出于以上考慮，本文以線上教學(xué)需求為出發(fā)點，以化工原理課程授課特點為基礎(chǔ)，討論線上教學(xué)平臺亟需增加的功能模塊，從而進行優(yōu)勢化開發(fā)，旨在提高線上教學(xué)中教師的授課質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2 線上教學(xué)平臺的功能優(yōu)化設(shè)計

2.1 人形檢測模塊

對于線上教學(xué)，首先需要保障學(xué)生的出勤率及參與度。在線下授課時，通過點名和隨堂小測等方式確認(rèn)學(xué)生出勤率，同時在授課過程中觀察學(xué)生面部表情及肢體動作確認(rèn)課堂參與度，但在線上教學(xué)時實現(xiàn)這兩點較為困難。目前對于錄課型授課方式，只可觀察學(xué)生的視頻播放進度，無法確定學(xué)生是否真正觀看授課視頻。對于直播型授課，一般不要求學(xué)生開啟攝像頭，且即使開啟攝像頭，教師屏幕主體一般為PPT畫面，難以及時觀察到所有學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。因此，在線上教學(xué)時增加有效的監(jiān)督措施是十分必要的。具體操作是教學(xué)平臺通過增加人形識別模塊檢測學(xué)生在線情況，在觀看視頻或直播時由系統(tǒng)自動對學(xué)生是否在線學(xué)習(xí)進行自動監(jiān)督和記錄。人形識別是以人的體型、動作等形態(tài)信息作為標(biāo)準(zhǔn)識別圖片或視頻中個體的在線或離線。在教學(xué)平臺中增加人形識別模塊捕捉攝像頭中的形態(tài)信息，系統(tǒng)自動判斷學(xué)生此時是否在屏幕前觀看錄課視頻或者直播授課，在檢測不到人形時可自動發(fā)送提醒給教師和學(xué)生。合理設(shè)計并使用人形檢測模塊可以有效幫助教師掌握學(xué)生出勤率及參與度，從而對學(xué)生學(xué)習(xí)進度進行有效跟蹤。

2.2 隨堂問答及小測模塊

線下授課中隨堂問答及小測是提高學(xué)生注意力、檢測學(xué)生學(xué)習(xí)進度及教學(xué)效果的有效工具，目前部分線上教學(xué)平臺也提供此類教學(xué)輔助功能。以超星學(xué)習(xí)通為例，可在上傳課程視頻的同時提供習(xí)題資料，在學(xué)生觀看課程視頻完畢后進行作答。但是這類習(xí)題模塊往往是單獨存在，與實時授課過程不能很好的結(jié)合在一起，無法體現(xiàn)隨堂問答及小測的機動性及靈活性。因此線上平臺通過增加隨堂問答及小測模塊可以進一步提高線上授課時學(xué)生的注意力。針對隨堂問答，由老師在授課視頻中或直播時提出問題，此時系統(tǒng)隨機生出一個數(shù)字(例如本班級學(xué)號尾數(shù)為1～60，則此隨機數(shù)字范圍應(yīng)設(shè)為1～60)，由對應(yīng)學(xué)號的學(xué)生進行作答。錄課型授課情況下，學(xué)生在系統(tǒng)所給出的答題框中進行作答。直播型授課情況下，學(xué)生打開麥克風(fēng)進行實時作答。針對隨堂小測，參考“云考場”系統(tǒng)中的“下發(fā)試卷”模塊，在系統(tǒng)中提前上傳習(xí)題材料并合理編輯為試卷形式，在合適時間選擇下發(fā)試卷即可讓學(xué)生在線答題，最后點擊提交匯總至教師處評閱。合理設(shè)計并使用隨堂問答及小測模塊能夠最大程度還原線下課堂氣氛，為學(xué)生營造學(xué)習(xí)動力。

2.3 虛擬黑板模塊

板書又稱為教學(xué)書面語言，是指教師授課時在黑板上所書寫的文字、符號及示意圖等信息。優(yōu)秀的板書在教學(xué)過程中幫助教師更生動、形象地傳遞信息，并幫助學(xué)生更充分地理解所授知識，強化重點記憶。隨著教學(xué)工具的更新?lián)Q代，目前部分學(xué)校已經(jīng)可以實現(xiàn)數(shù)字化板書，但是往往需要專用硬件才能發(fā)揮作用。而目前面對普通用戶的線上教學(xué)平臺仍然缺乏相應(yīng)的虛擬黑板功能，一般都是教師在自己電腦中新建空白頁面用于書寫內(nèi)容。這種情況下，PPT的顯示效果將受到影響，特別是在直播授課時，板書內(nèi)容與PPT畫面無法有效結(jié)合，使得板書所傳達的信息較為單調(diào)。因此，通過線上平臺增加虛擬黑板功可推進PPT與板書相結(jié)合。具體操作是在系統(tǒng)中增加一塊自由移動并自由編輯內(nèi)容的空白文檔，類似于Windows系統(tǒng)中自帶的“便箋”組件。虛擬黑板在PPT上層顯示，教師在使用虛擬黑板模塊時無需最小化PPT。通過在虛擬黑板上自由編輯(包括輸入字符、公式及自由繪圖等)補充并強調(diào)PPT中的內(nèi)容，向?qū)W生傳達更為凝練的信息。并且對于公式推導(dǎo)類教學(xué)內(nèi)容，將虛擬黑板與PPT相結(jié)合可以更好地呈現(xiàn)知識脈絡(luò)和邏輯結(jié)構(gòu)，強化學(xué)生對公式的記憶和使用。合理設(shè)計并使用虛擬黑板模塊能夠?qū)崿F(xiàn)板書與多媒體內(nèi)容的相輔相成，呈現(xiàn)出更好的教學(xué)效果。

2.4 小組討論模塊

與單一講授式教學(xué)方法相比，小組討論更能活躍學(xué)生的思維，吸引學(xué)生的注意力，是現(xiàn)代教學(xué)方法的重要組成部分。以化工原理課程體系為例，在化工原理課程設(shè)計和化工原理實驗等課程的教學(xué)過程中，需要將學(xué)生分為數(shù)個小組，通過小組討論環(huán)節(jié)完成指定學(xué)習(xí)任務(wù)。線下教學(xué)時，各個小組在教室內(nèi)進行自由討論，并針對難點、薄弱點實時向教師尋求指導(dǎo)[3]。教師通過旁聽和問答了解各小組討論內(nèi)容和進度，從而掌控課堂節(jié)奏。線上授課時小組討論操作較為不便，因此往往在教學(xué)過程中受到忽視。常見方式是由學(xué)生在課堂外通過社交軟件聯(lián)系，無法接收教師的監(jiān)督和指導(dǎo)。通過在線上教學(xué)平臺中增加小組討論模塊可改變這一情況，從而有效活躍課堂氣氛，提高學(xué)生積極性。具體操作是由教師發(fā)出小組討論指令后，根據(jù)小組數(shù)量，系統(tǒng)生成指定數(shù)量的聊天房間，由學(xué)生申請進入，在房間人數(shù)達到要求后不再受理申請。教師具有進入所有聊天房間旁聽并發(fā)言的權(quán)限，可隨時了解各小組的討論進度并有效督促學(xué)生專心進行相關(guān)討論。合理設(shè)計并使用小組討論模塊能夠打破線上教學(xué)的僵化現(xiàn)象，活躍課堂氣氛并提高學(xué)生團隊合作能力。

2.5 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模塊

翻轉(zhuǎn)課堂又稱顛倒課堂，目的是使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)角色[4]。傳統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)課堂一般是指學(xué)生在課外通過觀看授課視頻、查閱資料等方式完成學(xué)習(xí)，而在課堂上則通過教師設(shè)問、針對性講解和引導(dǎo)討論等方式強化學(xué)習(xí)效果。線上教學(xué)存在固定的學(xué)生自主學(xué)習(xí)時間，強化了學(xué)生自主學(xué)習(xí)角色，因此為翻轉(zhuǎn)課堂提供十分切合的應(yīng)用場景。將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式與線上教學(xué)相結(jié)合，能夠優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)、精簡教學(xué)內(nèi)容、提升教學(xué)效率。具體操作是由教師提前上傳授課視頻或其他優(yōu)秀教學(xué)資源并布置課后習(xí)題，由學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)提示進行觀看和學(xué)習(xí)，之后完成相應(yīng)測試。系統(tǒng)自動統(tǒng)計習(xí)題完成度及錯題分布反饋給教師，從而協(xié)助教師開展有針對性的內(nèi)容講解。其中最重要的一環(huán)即是系統(tǒng)收集信息并進行大數(shù)據(jù)分析，這也是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模塊設(shè)計的重點所在。合理設(shè)計并使用翻轉(zhuǎn)課堂模塊可以關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)中的薄弱環(huán)節(jié)，協(xié)助教師提高教學(xué)質(zhì)量。

2.6 課程網(wǎng)絡(luò)模塊

作為化工相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)課，化工原理是高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理化學(xué)等課程的后繼課程，同時是開啟化工設(shè)計、化工設(shè)備和化工技術(shù)經(jīng)濟等專業(yè)課學(xué)習(xí)的前繼課程。為了讓學(xué)生建立牢固的知識框架，形成完備的化工知識體系，梳理各相關(guān)課程脈絡(luò)，建立清晰的課程網(wǎng)絡(luò)是十分必要的。相比于線下教學(xué)，線上教學(xué)在建立課程網(wǎng)絡(luò)方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，可通過網(wǎng)絡(luò)鏈接便捷地找到所需的前備知識。具體操作是在與其他課程內(nèi)容相關(guān)的章節(jié)部分附上其他課程的學(xué)習(xí)網(wǎng)址并標(biāo)出對應(yīng)學(xué)習(xí)需求，由學(xué)生自行進行回顧或預(yù)習(xí)。進一步可由多名不同課程的授課教師聯(lián)合梳理出課程脈絡(luò)，將各課程之間有關(guān)聯(lián)的部分連接起來，有助于學(xué)生理清課程邏輯。合理設(shè)計并使用課程網(wǎng)絡(luò)模塊可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

2.7 在線仿真實驗平臺

化工原理實驗在化工原理課程體系中占據(jù)十分重要的地位，但是隨著線上教學(xué)的開啟，實驗類課程逐漸成為教學(xué)的一大難題。通過增加在線仿真實驗平臺一定程度上可以幫助學(xué)生熟悉實驗操作技巧，提高實驗技能并鞏固實驗理論知識[5]。目前已有學(xué)校(如華中師范大學(xué))提供此類虛擬仿真實驗平臺開展線上實驗教學(xué)，由學(xué)生通過鼠標(biāo)鍵盤進行實驗操作，實現(xiàn)沉浸式、互動式的操作體驗。但是這一功能的實現(xiàn)較為困難，需要授課教師、實驗中心和專業(yè)軟件團隊付出大量時間和努力，并非一蹴而就。理想情況是在進行實驗課程規(guī)劃、實驗室設(shè)計和實驗設(shè)備搭建時同步創(chuàng)建在線仿真實驗平臺，構(gòu)建兼?zhèn)渚€上線下的新實驗類課程的教學(xué)體系。合理設(shè)計并使用在線仿真實驗平臺能夠突破教學(xué)時間、空間限制，幫助學(xué)生掌握實驗操作知識。

2.8 企業(yè)在線直播模塊

對于工科專業(yè)學(xué)生來說，認(rèn)識實習(xí)(包括企業(yè)參觀、實習(xí)等活動)的目的是幫助學(xué)生將專業(yè)理論學(xué)習(xí)與企業(yè)實踐行為相結(jié)合，從而為理論知識奠定實踐基礎(chǔ)，做到學(xué)以致用、知行合一。然而，目前大規(guī)模線下聚集活動較為不便，對此可通過企業(yè)在線直播幫助學(xué)生了解實際生產(chǎn)情況，從而在實踐中進一步鞏固專業(yè)知識。具體操作是與指定企業(yè)進行合作，由負(fù)責(zé)人員與老師協(xié)調(diào)并確定直播內(nèi)容(如廠區(qū)情況、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的基本流程)，之后通過在線教學(xué)平臺進行相應(yīng)直播。在直播過程中，學(xué)生與企業(yè)負(fù)責(zé)人員進行自由交流。合理設(shè)計并使用企業(yè)在線直播模塊有助于擴寬學(xué)生視野，加深理論知識與生產(chǎn)實踐相聯(lián)系的認(rèn)知。

3 結(jié)語

積極做好線上教學(xué)準(zhǔn)備，搭建更為成熟的教學(xué)平臺具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文分析了現(xiàn)存教學(xué)平臺的優(yōu)勢與不足，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化模塊設(shè)計，希望可以為提高線上教學(xué)質(zhì)量及效率提供有效建議。