“互联网+”背景下化工原理实验课程教学研究与实践

叶露阳，石清湘，刘秋月，徐 伏，韩永军

（1.平顶山学院 化学与环境工程学院，河南平顶山 467000；2.中国平煤神马集团尼龙科技有限公司，河南平顶山 467000）

21世纪是互联网和信息技术快速发展的时代。“互联网+教育”是当今科学技术不断发展的产物，是互联网科技与教育领域相结合的一种新的教育形式。信息技术正在改变传统的教学模式，正逐步优化教学方式，在提高教学质量、精准施教、激发学生学习兴趣中所起的作用正越来越突显。

《化工原理实验》是化工专业的一门重要的专业基础实验课，涉及流体流动、热量传递、质量传递规律的诸多单元操作的基本原理，是学生将所学理论知识应用于工程实践的一门专业技能课，是培养学生的动手能力、应用能力、工程思维、合作精神和团队意识的一门实践类课程，也是实现立德树人、三全育人的一门重要课程[1]。

为了增强学生工程实践应用能力，提高学生学习主动性、兴趣和教学质量，本课题组结合自身情况和条件，借助网络和信息化技术，精准解决教学过程中存在的问题，对实验教学模式进行了改革和探索。

1 《化工原理实验》教学现状

1.1 教师教学模式

以前的化工原理实验一直采用的是灌输式教学法，实验前由实验指导老师讲解实验目的、实验原理、装置、测试内容、操作步骤和注意事项等，讲完后由学生自行操作。受场地限制，每个实验只有2套实验装置，所以实验只能分组进行。由于学生较多，每组分6名学生，1次来两组，实行大循环。由于每组学生人数较多，导致有的学生能动手操作，有的学生只能在旁边观看，实验效果大打折扣。有时为了完成教学任务，教师全程指挥，甚至亲自操作，变学生的实践技能训练为老师的操作演示[2]。这些当然与学校倡导的培养具有扎实专业技能的综合性应用型人才的教育理念不相符。

1.2 学生学习模式

实验前也要求学生写出预习报告，但这是学生在没见过实验装置、更不清楚装置所用的各种阀、泵、塔、换热器等部件的内部结构的情况下写出来的，多数学生写实验报告就是把实验讲义抄写一遍，流于形式，敷衍了事，没有融入自己的思考和总结，没有真正起到预习的作用。实验时照本操作，没有思考操作背后的理论依据，对实验中产生的问题很少进行思考，也不会主动想办法解决，没起到实验的实际作用。实验后，实验报告的书写就是在预习报告的基础上加上实验数据，没有创新，缺乏对实验的反思、总结。学生自主学习的意识不强，学习热情不高，收获不大，没有达到培养应用型人才的要求[3]。

1.3 课程评价模式

传统的化工原理实验成绩也是只把实验报告成绩作为本学期的实验成绩。预习成绩、课堂表现、实验完成情况由老师自行把控，没有列入实验成绩中去，没有真正成为考察得分项。评价手段单一，考核方式缺乏科学性，既无法公平公正地评定每位学生的成绩，也不能客观反映学生的实际情况，导致学生学习积极性不高，对实验的要求降低，对理论知识和实践技能的掌握达不到人才培养方案的要求[3]。

综上所述，原来的化工原理实验教学模式已经不能满足新版人才培养方案的需要，改革势在必行。教研室启动了本实验课网络课程建设，充分利用“互联网+教育”的优势，综合利用多种网络平台和信息化技术，开展线上线下有机结合的混合式教学，实现了由“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变，提高了教学质量。

2 《化工原理实验》课程教学改革实践

2.1 线上教学资源库建设

为了改革实验教学中的弊端，发挥互联网无与伦比的强大功能，教研室成立了课题组，以学校推出的网络课程平台——学习通为依托，准备、制作线上教学材料，建设化工原理实验网络课程，研究、探索“互联网+”背景下这一新型教学形式。

学习通是一款依托互联网的新型智能教学工具。它功能强大易操作，有电脑、手机两个终端，使用方便，任课老师可根据自己的需要任意设置添加教学内容。网课建设内容包括实验讲义、实验原理、装置流程、模拟操作、实验现象模拟、教学课件等，有思考讨论题、课前测试题、课后测试题，有录制的实验视频、制作的动画，有实验仿真资源。针对一些重要的知识点、学生经常犯疑的地方或者需要特别注意的地方，制成微课放置上去，也可将网上的教学资源如网上的微课、慕课推送上去。丰富的内容、多样的形式使预习变得更直观、生动、有趣，使学生能随时随地学习理论及实验知识。学生也可以将预习报告、实验报告发送到网上供老师评阅，老师即可自己批改，也可发起生生互评。针对学生提出的问题，老师即可发起全班共同讨论，又可发起小组讨论。网络课程资源如图1所示。

图1 网络课程资源

建课内容图文并茂、形式多样、方便实用，涵盖了课前、课中、课后每个教学环节，使师生、生生之间的交流互动不再受时间和空间的限制，实现了教与学的角色翻转，使教与学更科学化、个性化，也更加高效、有效[3]。

2.2 课前学生预习方式的改变

课前，老师把需要的学习材料推送至学习通并完善，布置网上预习任务。学生通过平台自主学习，学习实验内容，明确实验的目的、任务，了解实验设备，熟悉主要的实验操作。化工实验仪器设备众多，仪器设备及管路大多采用密闭结构，实验前学生没见过实验设备，更没见过实验设备及所用部件的内部结构，以前预习的时候学生常常感到一头雾水，不知所言。自从有了网课以后，通过观看视频、动画，所用设备连同内部构造和性能都得以展示，增强了预习的趣味性，使预习不再枯燥寡味。微课、慕课解决了学生不少难题，起到了很好的答疑解惑作用；模拟操作使学生对操作步骤的掌握变得得心应手，不像以前预习的时候光看讲义而不知所指；更可贵的是不会的地方可随时随地点开反复观看，学生有无点开视频观看、观看时间长短及次数，后台均可监测到，老师可及时进行督促和提醒。

学生在预习过程中如有疑问或有不解的地方，可随时把问题发给老师，老师可随时给予解答。如果问的同学比较多，老师还可把问题上传到讨论区发起全班共同讨论给予解决。如果没有问题，就可做课前测试题，测试题内容涵盖实验目的、实验内容、实验装置、操作步骤、实验拓展等实验环节中易错的理论知识点及操作注意事项。测试题不超过10道，提交后系统自动打分，同时公布答题详情和正确答案。在教师端，可自动生成学生的成绩单，如果成绩低于预警值，系统将这一预警反馈给学生和老师，老师则发出警告，要求学生带着问题继续预习，直到没有问题为止。最后就是提交预习报告，老师批阅，不合格的打回重写，预习报告成绩纳入实验总成绩。

这种基于互联网+任务驱动的预习方式，形式新颖，提高了学生学习积极性和学习热情，使预习变得更方便、有趣，更有效、可控，更有针对性。首先方便了学生，减轻了学生学习负担，提高了预习效果。学生可利用任一闲暇时间随时随地打开手机预习；视频、动画、模拟操作使预习变得直观，有吸引力；测试题更能检测学生的预习效果，使学生带着问题去预习，加深了课堂上理论知识的理解，促发更深层次的思考。其次也减轻了老师的负担。尽管建课初期，老师任务重、难度大，但是建成以后，轻车熟路，运用自如，方便而有成效。老师通过大数据能及时评估学生的预习效果，又能有效精准地把握学生理论知识的掌握情况，直到每位学生都能达到预习评价目标，实现了课前预习目标达成全覆盖。

2.3 课中学生实践方式的改变

根据学生课前预习评价情况及评价结果，评价达标的学生进入实验室进行实训操作。进入实验室后，学生利用学习通的签到功能进行班级签到，系统自动记录学生上课出勤情况，供期末考核使用。讲解前，一定给予学生一段时间熟悉一下现场装置，将线上的学习与现场的实训装置结合起来。由于预习效果好，讲解时间大为缩短。讲解要在老师的精心设计和引导下进行，内容覆盖实验目的达成、原理与装置的结合、实验设计、生产知识拓展、注意事项等，既可以围绕学生预习过程中疑问较多的地方进行讲解和演示，也可以让学生讲解。要灵活运用多种教学方法，巧妙设疑，要提问到每位学生，每位学生至少有一次回答机会，这是学生课堂表现之一，老师随后要给出提问成绩，计入平时成绩。

学生分组由原来1组6人改为4人，人数设置符合国家最新颁布的工程专业学生实验人数标准要求。1个小组为1个团队，实行团队协作式实验方式。实训过程每个段位都需要有人，去哪个岗位，他们自己选择，也可以协商决定。每个人都有自己的工作，都有自己的具体任务，各司其职。如果遇到问题，他们相互讨论，共同解决。实训过程中，他们还可以互换岗位，所以每个岗位的实训操作，他们都能熟悉并能扎实掌握。实验课，学生是带着问题来的，老师要因势利导，让他们结合线上的教学资源在实训中寻求答案。例如离心泵特性测定实验，老师课前上传有思考讨论题“离心泵安装的高度如何确定”“气缚与气蚀发生的原因与现象有何区别”“离心泵的性能曲线如何确定”。在课堂上，老师要引导学生通过现场观察，发挥团队协作功能进行实际操作，由学生相互讨论给出答案。实验人数减少，老师能有效监管实验全过程，能对每位学生进行现场指导。老师要根据学生的实际表现，就上课表现、实验态度、团队协作给每位同学现场打分（表1）。

表1 平时成绩构成及权重分配表

团队协作式实验方式不仅提高了学生动手能力、分析问题和解决问题能力，还使每位同学都能参与其中得到有效锻炼，培养了学生工程思维与安全意识，锻炼了学生团队协作能力和沟通交流能力，这些都充分体现了团队协作、理论应用于实践、以学生为中心的实验应用能力的培养初衷，实践效果良好。

2.4 评价方式的改变

对于有效完成实验操作的学生，要求做线上的课后测试题。课后测试题要有代表性和针对性，可以围绕实操中常犯的错误、注意事项和容易混淆的理论知识出题，以强化学生的认知和对易混淆知识的辨别和理解。课后测试题成绩要计入实验总成绩。最后正确写出实验报告，并上传到网络平台供老师评阅。其中实验报告的书写内容除了实验目的、原理、步骤、注意事项等这些常规项目要有外，实验时观察到的实验装置，要求绘制出装置图；记录的实验数据要求以表格形式列出，用专业软件绘制出数据曲线，描绘数据规律；要求有误差分析、结果分析；有小结体会以及实验与未来工程的内容、安全、环保等方面的联系等内容。对实验报告的评价方式更细致、更具体。对实验报告的评阅更注重对学生数据分析处理能力和综合应用知识能力的考察。

改革后，化工原理实验成绩采用了多维度评价方式，包括平时成绩、课后测试成绩、实验报告和期末实操测试成绩。期中期末实操测试成绩分为理论和实操两项考评测试成绩，测试设置6个平时做过的实验项目，2人一组，成员组合及实验项目随机抽取，监考老师不能给任何提示，根据学生理论知识回答情况和操作情况，依据评分标准进行打分（表2）。

表2 期末实验总成绩构成及权重分配表

教学模式的改变带来了考核方式的改变，结合学生的预习情况、课堂表现、课后测试、实验报告、实操考核，形成了以过程性评价和形成性评价为主，总结性评价为辅的评价策略。多元化评价模式更全面、具体，更科学，能更客观、更准确地反映学生的学习过程，克服了传统评价模式导致学生不注重过程、临时突击的弊端，使学生更注重平时的学习和知识的积累，调动了学生的学习积极性和主动性，使教学质量大为改观。

3 化工原理实验课新教学模式改革成效

新的实验教学模式彻底改变了化工专业学生在没见到实验装置的情况下预习的现状，化抽象为直观，用动态的画面，自然而然把学生吸引到实验教学的预习和学习当中，明确了实验目的，学习了理论知识，提前熟悉了装置和流程，改变了以往预习时那种枯燥乏味、不知所云的感觉，提升了学习的趣味性。互联网平台的运用使预习变得可测可控，视频观看的次数及时长、测试的成绩、作业提交及出勤情况、讨论及互评参与程度，老师通过大数据均可监控到，提高了学生参与度，提升了学生学习的积极性和自觉性。平台的使用也满足了学生随时学习的需求，遇到问题时可随时上传给老师，老师能随时随地答疑解惑，让学习延伸到学生的碎片化课余时间，学生的自主学习能力显著提升[4]。

线上大量教学资源的运用也培养了学生的信息意识，提高了学生利用互联网和信息化技术进行自主学习和探究的能力，实现了理论与实践、原理与装置的完美结合，既强化了学生基础实验的实操能力，又使学生的动手能力、分析问题、解决问题能力和团队协作能力获得了提升。同时，线上资源库的建设及信息化教学手段的使用，也使师生角色关系发生了根本性的转变，实现了“以学生为中心”的教学理念，把学习和课堂还给学生，让学生成为学习的主人。经过线上线下学习及线下科学严谨的实训后，学生的学习能力得到了有效锻炼，学生理论应用于实践的能力及创新能力得到了很大提升[3]。本专业学生连续三年参加省化工原理实验大赛均取得优异成绩，实践证明，学生的实验综合能力获得了明显提升。

当然，教学模式的变革也带来了考核模式的变革，改变了以往以总结性评价为主的局面，形成了以过程性评价和形成性评价为主，总结性评价为辅的新的评价体系。新的评价体系更注重学生在学习过程中所做的努力以及学生综合能力的提升，评价体系变得更全面、更科学，学生成绩及教学效果明显提高。

4 结束语

随着互联网的普及和信息化技术的广泛应用，“互联网+教育”是大势所趋。在此背景下，化工原理实验教学也迎来了新的机遇和挑战。线上教学资源建设和教学平台建设既迎合了新时代大学生乐于接受新事物、善于运用现代科技手段进行学习的特点[5]，又为学生提供了自主学习平台和交流探讨平台。实践证明，线上教学资源建设，能够以学生为中心，在丰富学生知识、开阔学生视野的同时，能够激发他们的学习兴趣和学习自主性，培养他们自我构建知识能力、工程实践能力和创新思维能力。当然，新的教学模式还在不断完善和探索之中，希望以后取得更大的成绩，为学校在培养高素质、技能型、应用型人才的过程中发挥更大的作用。