基于翻转课堂、对分课堂的化学工艺学课程教学方法研究

史瑞欣，彭进松，施连旭，赵晓虹

(东北林业大学 化学化工与资源利用学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

化学工艺学是化工专业的一门专业核心课程，是化工过程研究、开发与设计的理论基础。通过本课程的学习，为学生将来从事化工过程的开发、设计、建设和科学管理打下牢固的工艺学基础。

“翻转课堂”按照范德堡大学教学发展中心给出的定义：翻转课堂是对传统教学的一种翻转，学生首先在课外接触课程即将学习的新材料(通常是阅读文献或观看视频讲座)，然后在课堂时间通过问题解决、讨论或辩论等策略完成知识的内化。翻转课堂实际上是一种“先学后教”模式，就教学目标而言，学生在课外实现的是布卢姆教学目标中的低阶认知目标(知识和理解)，课上时间则在同伴和教师的支持下专注于高阶认知目标(应用、分析、综合和评价)。

“对分课堂”是张学新教授在2014 年，从国内高校课堂的实际情况出发，结合讲授式课堂与讨论式课堂的优点，提出的一种新的教学模式。这种教学模式，类似于传统课堂，强调先教后学，教师讲授在先，学生学习在后。采用这样的方式，能够有效避免对于一些理工类课程，学生在学习中由于缺乏必要的知识储备而无所适从，难以开展有效的自主学习；另一方面，这种教学模式也类似于讨论式课堂，强调生生、师生互动，鼓励学生在学习中深度参与，对知识亲身探索和领会，并根据自己的经验重新建构，有效促进学生隐性知识的获得。

目前，高等教育界一个广为传播的本科生有效教学研究框架由七项原则构成，分别为鼓励师生互动、鼓励学生之间合作、鼓励主动学习、提供及时反馈、强调时间投入、对学生寄予高期望、尊重学生差异和不同的学习方式。翻转课堂和对分课堂正是在有效教学理论指导下致力于促进学生多方面的学习进步和发展，关注学生学习成果的两种新型教学模式。

化学工艺学的课程内容以基本石油化工产品的典型生产工艺为体系，介绍了八类主要的反应单元，此外，还介绍了化学工艺的基础知识和发展方向，聚合物生产工艺基础，生物技术生产大宗化学品及绿色化学化工的基础知识。教学重点放在分析和讨论典型产品生产工艺的化学反应及分离部分的原理、影响因素、确定工艺条件的依据、反应设备的结构特点、流程的组织等，同时，对工艺路线、流程的经济技术指标、能量回收利用、副产物的回收利用及废物处理作一定的评价。从教学内容上来看，存在叙述性强、内容较琐碎，知识点分散的特点。学生在学习该课程时，需要按照“反应原理—热力学—动力学—工艺条件—反应设备—工艺流程”这样一条逻辑主线将课程内容组织起来，进行化工产品生产工艺的科学分析。为了使学生在学习本课程时，能够建立清晰的学习思路，了解化工产品生产工艺开发的主要过程，使学生在学习过程中，不是被动地接受教师对一个又一个化工产品的工艺路线简单、枯燥的介绍，应在学生掌握了上述科学思维方法基础上，让学生对典型案例进行分析与讨论，从而将学生所学的化学与化工基础知识有效地运用到产品工业化的实践中。

因此，翻转课堂和对分课堂适用于化学工艺学课程的教学，但在教学过程中，针对不同的课程内容，应从实际情况出发，而不拘泥于形式，灵活运用不同教学模式，开展相关的教学活动。下面将以三个具有不同特点的教学内容为例，讨论不同教学模式在化学工艺学课程中的具体运用。

一、不同教学模式在化学工艺学课程教学中的运用

(一)翻转课堂

“化学工业发展过程”的内容主要是对化学工业各发展阶段典型事件的介绍，为叙述性内容，没有抽象、难以理解的原理及规律，但如果只是老师站在前面，对这部分内容平铺直叙，学生很快就会失去兴趣，因此这部分内容将采用翻转课堂的方式进行学习，实施方案见表1。

表1 翻转课堂、对分课堂在化学工艺学中应用典型示例教学实施方案

在布置学习任务之前，先对学生进行分组，教学班级人数为30 人，分为6 组，每组5 人，每次小组活动设立1 名组长，由5 人轮流担任。考虑到该年龄段学生的心理特点，为了使小组具有较强凝聚力，从而能够顺利开展学习活动，采取自由组队的方式。教师在课前向学生布置学习任务，共6 个题目，随机向各组布置一个，分别为：(1)无机化工发展过程；(2)煤化工发展过程；(3)石油化工发展过程；(4)现代化学工业的特点和发展方向；(5)我国化学工业发展前景；(6)世界著名化工企业。学生通过阅读教材，参考教师提供的学习资料，上网查阅相关的文字、图片、视频资料，每组制作一份课堂汇报幻灯材料，并选派一名学生在课堂上进行汇报。在各组汇报结束后，由教师进行最后点评和总结，并在线上向学生发放评价表，各组表现由其他组学生进行评价，作为平时成绩的一部分。

在开课初期，安排这样一次翻转课堂，还有另一方面的考虑。正如张学新教授在文献[3]中所分析的，与国外学生所具有的展示自我和注重表达的文化传统不同，中国学生接受的文化传统是规避冲突、言谈审慎，并且，不同的教学班级，往往具有不同的学习风格和班级氛围，而在传统教学模式下，很难在短时间内了解学生特点。通过开课初期，针对较简单内容安排这样一次翻转课堂，可以在此期间通过观察，快速了解本轮开课的教学班级的学生特点，从而有的放矢地对后面的教学活动及时进行调整。

(二)对分课堂

以“加氢过程”为例，这部分内容适于采用对分课堂的教学模式进行教学，实施方案见表1。对分课堂把教学时间分为三个部分，分别为讲授、独学和课堂讨论。与传统教学模式下的讲授相比，对分课堂教学模式下的讲授具有新的特点，马陆艳等将其概括为五个方面，分别为提升学生学习主动性；阐述意义，呈示价值，吸引学生学习的意愿；精讲到位，注重留白，激发学生学习的兴趣；阐释知识框架和逻辑线，呈现路线图，引导学生学习；引导学习过程，注重传授学习方法，帮助学生学会学习。在讲授环节，将对加氢反应的一般规律和合成氨工艺进行精讲。在对合成氨的生产工艺进行分析时，将按照“反应原理—热力学—动力学—工艺条件—反应设备—工艺流程”的逻辑主线，与学生们一起，详细分析影响平衡氨浓度和反应速率的主要因素，并使学生掌握氨合成塔作为一类高温高压反应设备，在结构设计上的特殊要求，以及在工艺流程的设计中，关于冷能的合理利用。

课堂讲授结束后，在学生独学环节，为了使学生能够对课堂讲授的内容更好地内化吸收，布置课后作业：(1)总结温度、压力及惰性气体对氨合成反应的平衡氨浓度及反应速率的影响规律；(2)从节能和提高经济效益的角度出发，氨合成工艺应如何改进？其中，第一个问题需要学生对课堂上教师讲授的重点内容在复习的过程中，通过分析、总结和凝练，才能完成；而第二个问题，则需要学生在较好地理解了第一个问题的基础上，通过独立思考，对原工艺进一步进行评价和质疑，进而利用已学的工艺学知识提出自己的见解。此外，还要给学生布置课堂讨论的课前学习任务，既自学甲醇的合成工艺，并对比合成氨与合成甲醇两个生产工艺有哪些相似之处，又有哪些不同之处。为了完成这个学习任务，学生需要利用教材和教师提供的学习资料，课前独立完成对甲醇合成工艺的学习。由于甲醇的合成与氨的合成同属于加氢反应类型，从反应热效应、热力学特点、动力学特点等方面，都具有一定的相似性，因此学生在自学这部分内容时，会很自然地与刚刚学过的合成氨工艺联系起来，采用类比的方法进行学习，因此，让学生在独学阶段，对两种工艺的异同点进行分析，从认识规律角度来说，也是水到渠成的。

对于课堂讨论环节，从目前对学生学情分析的结果来看，是对分课堂的三个环节中需要教师格外重视的。因为很多学生在十几年传统教学模式下学习，早已习惯了单方面听取教师的讲授，讨论学习能力欠缺，甚至对讨论学习是非常陌生的，没有掌握一定的讨论学习方法和策略，简单来说，就是不知道如何讨论，缺乏讨论学习的经验和历练。在这种情况下，教师应在第一次安排的课堂讨论活动中，给予充分的重视和引导，使学生在本次讨论活动中，获得较好的学习体验，从而使学生能够尽快熟悉并适应这种学习方式，使后面的讨论活动开展得更加顺利。

教师可在第一次课堂讨论前，先对学生进行“讨论策略”的指导，如：“发言人如何发言？如何仔细倾听别人的发言？如何评价别人的意见？不同的意见如何质疑、辩论？小组长如何组织组员围绕问题进行讨论？如何集中意见向全班汇报？”在课堂讨论进行过程中，教师要善于使用友好的微笑、热情的鼓励来激发学生智慧的潜能，从而营造出人本主义学习理论所鼓励的以情感为核心的民主、平等、宽松、和谐的教学氛围。美国心理学家罗杰斯认为，“一个人只有心理自由才能使他成为真正的自己，可以完全自由地感觉，才能使他向着凡是能构成他的创造力的一部分的知觉、概念和意义广度地敞开”。

课堂讨论采用小组讨论的形式进行，为了方便组内同学的交流，课堂讨论将使用智慧教室，每组围坐在一个圆桌，这样也方便教师在讨论过程中，在各组间走动、观察、倾听，并给予适当干预与指导。课堂讨论环节中，首先为各组自由讨论时间，由于学生在课前已经对讨论的主题有了自己比较充分的准备，因此，自由讨论过程实际上主要是组员间分享自己的思考结果，并对其中存在分歧的地方进行讨论，最终达成一致。讨论结束后，由各组组长代表本组发言。对各组存在的亮点及问题，教师应及时进行点评。所有组都完成汇报后，再由教师做总结，着重解决大家存在的一些共性问题。课堂讨论结束后，由教师发放本次讨论每位学生表现的评价表，由本组其他成员进行填写，并汇总到教师。

(三)其他教学模式

在化学工艺学课程中，化学工艺基础知识部分是非常重要的内容，其知识结构框架图如图1 所示。学生在接触具体案例之前，需要学习如何将化工专业的其他专业课程，例如物理化学、化工原理、化工热力学、分离工程等的重要规律运用到化工产品生产工艺的设计与优化中来，这也是对化工专业学生利用所学知识“解决复杂工程问题”的要求。为了更好地实现学生对已学专业知识的成功迁移，这部分内容教师将主要采用“启发式”教学模式开展课堂教学，并且要“精讲多练”。在课堂教学结束后，学生要自己绘制思维导图，通过独立思考，重新梳理、内化课堂上所学的重要内容。教师通过布置综合性练习题，使学生进一步练习运用相关规律解决实际问题。

图1 化学工艺学基础知识结构框架图

二、结束语

本文对翻转课堂与对分课堂这两种教学模式在化学工艺学课程中的应用进行了探讨，从化学工艺学的课程内容特点来看，该课程具备运用翻转课堂与对分课堂的条件。并且，通过将这些新的教学模式与传统教学模式按照课程内容的实际需要，灵活运用于课程中，能够有效“激活”学生课前预习与课后复习两个重要的学习环节，与课堂学习环节一起，在教师的引导下，完成学生对课程知识的自我建构。学生不仅在学科专属知识与技能方面完成主动的知识建构，在人际交流、领导、组织和语言能力等软素质方面也获得有效的训练，在提升化工专业人才培养质量方面起到重要作用。