基于立体化教学模式的化工原理课程改革探索与实践

李青飞 李德鲲 赵义(桂林理工大学南宁分校冶金与资源工程系，广西 南宁 530001)

0 引言

“混合式立体化”教学模式，是相对于以传统单向知识传授为主的教学模式提出的，它是以课程为单元，以能力培养为轴心，以教学资源为平台，动用所有教学要素，立体化、全方位地融教学与学习为一体，关注应用与创新的教学体系。它以辩证唯物主义认识论为指导，充分考虑学习者的心理结构，将教学结构与心理结构和谐统一。该模式主要以松绑教育理论和整合教学理论为基础，融入混合式学习之优点，特别强调教学模式的灵活性和综合运用[1]。

1 立体化教学现状

针对化工原理理论课程教学中存在的教学模式老化，理论与实际脱节的弊端，许多教师研究了项目化教学[2,3]、案例化教学[4-6]、类比式教学[7]、启发式教学[8,9]等方式，提高学生的学习兴趣，引导学生进行归纳、总结， 使学生开阔视野， 深入思考，进而增强工程观念，提高分析问题和解决问题的能力。但立体化教学模式在化工原理系列课程上的研究与实践较少。此前，也有许多教师研究了立体化教学模式的内涵及应用。如李浩君等人提出了在工科类专业课程教学中实施立体化教学方法的理论依据[1];黄敏等人在化工类专业基础化学课程教学中实施立体化教学方法[10];唐文武等人研究了立体化教学模式的构建和实践，通过调查发现立体化教学模式是培养学生创新意识和创新能力的有效途径[11];童汉清等人探索构建了化工原理课程体系的立体化教学模式[12]。立体化教学模式不断深入发展和改进，但仍存在诸多问题，如网络课程建设不够完善，实验实训、课程设计方面没有实现信息化教学，还不能真正激发学生的主动性和积极性。为此，本文以化工原理课程三个教学环节为基础，充分结合现代信息化教学技术，数字化学习资源、虚拟化网络空间，以及丰富的第二课堂教学活动，整合教学资源，构建有一定深度和广度的化工原理学习空间，引导学生通过多元化的教学方式，进行自主性、探索式学习，构建化工原理系列课程的立体化教学模式，实现教与学的立体交融。

2 立体化教学模式设计理念

化工原理系列课程一般分为三个部分，即理论课程、实验课程和课程设计。由于化工原理课程已经形成了较为完整的课程体系，因而在教学内容和教学模式上也比较固定，可总结为“重理论，轻实践；重知识，轻方法；重灌输，轻主动”等教学方式。传统单一的教学模式使学生在学习化工原理课程的过程中遇到各种困难，以致严重影响学生的学习兴趣和课程的教学效果。因此在进行立体化教学设计时，以网络教学资源为教学平台，对各教学环节进行了深化改革，理论教学方面以线下授课为主，结合采用多种教学方法进行理论教学；实验教学方面加强了信息化建设，引入了视频演示、仿真实训、实验设计等环节，逐步强化学生实践操作能力；课程设计方面引入工艺流程设计、化工仿真工厂、设计软件的应用等，教学各环节注重学情分析，并建立有效的师生沟通渠道，形成一个“适应—调整—完善—创新”的实践探索过程，并逐渐完善。立体化教学模式框架设计如图1 所示。

3 立体化教学模式设计

3.1 理论课程设计

理论教学方面，当前《化工原理》课程理论教学模式仍偏重于理论知识讲授，忽视知识点特征和多种教学方式综合运用效果；其次是与工程实际脱节，学生的实践能力普遍不强；再是教学过程中缺乏师生间的交流和学生间的协作，存在着学生被动接受、教学过程交互性弱等缺点。为此，在理论教学上，笔者结合知识点的特征与学生学习的主观能动性，探索采用讨论式、启发式、现场式、案例式等教学方法，改变传统单一的讲授教学方式，激发学生的学习兴趣，活化课堂气氛。同时在网络教学平台构建知识点学习区，对于难于理解的知识点，设置课前导学，启发牵引学生对知识点的深入理解，并将重点、难点在平台上进行总结梳理，以便学生随时查看。平台上还设有互动交流区，学生在学习过程中遇到的困难和问题可随时与老师沟通交流，学习的方式方法更加灵活有效。除此之外，教学平台上还配有相应知识点的练习及试题库，学生在学习阅读相关知识内容后，可在线测试，随时检验对知识的理解和掌握程度。对于实践性较强的内容，如离心泵内容的讲述，可以采用现场教学的方法，现场拆装和运行离心泵，介绍泵的结构及其工作原理，形象直观，更易于学生理解和接收。

图1 化工原理立体化教学模式框架示意图

3.2 实验课程设计

实验教学方面，目前教学模式较为僵化，实验内容多是验证性实验，创新型实验少。再者，校内实训设备台数不多的情况下，学生通常无法长时间亲自动手操作；此外鉴于化工企业对设备安全管理的需要，致使岗位实习或带岗实习的参与度低、实习效果差和“实习动手难”的问题尤为突出，学生的工程实践能力无法得到锻炼。笔者认为化工原理实验课是让学生深入地理解和应用化工原理理论知识，初步掌握化工生产中典型单元操作的操作技能和方法，同时培养学生的动手操作、实验方案设计、解决实际问题、数据分析处理等方面的能力，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。在实验模块中，笔者从三个方面进行设计：一是实验演示环节，演示环节起到预习导入和辅助性指导作用，通过观看实验操作视频，学生可全面理解实验的目的、意义、操作步骤、规范等，有助于学生对实验的正确认识和开展；二是仿真实训环节，通过仿真软件进行模拟训练，让学生进一步了解实验的具体内容、操作步骤及设备结构性能，为实验实践操作奠定基础；三是实验操作环节，依托化工单元操作时实训中心、化工虚拟仿真工厂，并结合现有的实验装置自行设计实验方案，而后完成实验，突破了单一式、循环式的实验过程，体现了过程的实验创新，而且充分调动了学生的参与度。

3.3 实践课程设计

课程设计方面，化工原理课程设计的题目比较单一，选题往往和以前的题目相似，学生容易抄袭，设计效果较差；再加上学生进行课程设计前对生产工艺和设备缺乏深入的了解，且设计计算量大，时间紧迫，使得大多数设计只能是给定条件下的验证性设计，学生无法综合分析和优化设计方案，设计出来的内容也缺乏新颖性或与实践脱节。为此，在课程设计中，笔者更加注重设计与实践相结合，引入实验设备模型及虚拟仿真工厂等元素，让学生对所设计的设备、工艺有更深入的认识。对于题目的设定，可结合典型化工产品简单工艺流程进行任务设计，例如乙酸乙酯的生产工艺，产品的生产工艺方法较多，且主体设备的设计、选用形式不一，学生在设计过程中可结合不同的工艺流程灵活选择，体现设计创新；再者，学生可以以分组的形式进行设计，较多的工艺过程可促使学生间有明确的分工，共同探讨分析解决问题，在增进学生间团结互助的同时，增强学生的分工、协作及组织能力；此外，不同的团队也可促使团队间产生竞争意识，可有效避免抄袭的现象。对于设计过程分析，可结合Aspen Plus 等设计软件进行合理优化，以提高设计质量。

4 结语

综上所述，化工原理立体化教学模式结合了现代信息化教学技术，有效地将三个内容模块进行整合，使化工原理知识内容更加系统、整体，学生可以通过网络平台随时查看、调用，超时间空间对象进行学习，同时创新的模块设计及教学方法的应用，能有效的促进学生的自主学习和过程创新，增进了学生的学习效果，是值得深究和推广的教学模式。