基于教与学同构化“化工设备机械基础”课程创新与实践*

张 允，牛永生，张 楠，赵 凌，路有昌

(安阳工学院化学与环境工程学院，河南 安阳 455000)

“化工设备机械基础”课程是化工、石油、制药、能源、材料等相关专业的一门专业必修课。课程内容涉及广泛，突出实践性，又有较强的理论性，因此学生既要在理论学习的过程中需要投入较多的精力，又要较好的参与到实践学习过程中。除此之外，如何在课程上引导学生对家国情怀、个人品格和科学观点等的理解是更好深入学习本课程内涵的重要手段和重要授课内容。教与学是一对矛盾，也是一个共同体，如何实现教与学的同构化正是我们所最求的目标。

国内也有学者针对新形势下“化工设备机械基础”课程在课程的教学改革中提出了一些观点和看法。内蒙古科技大学段建国等以教育理念和课程建设结合，建设工程教育理念、鲜明、素质提升的课程教学模式，进而提升学生的专业素养[1]。蚌埠学院石春杰等以案例教学为抓手，通过新的教学模式有效提高学生的工程实践能力和解决问题的能力[2]。另外，还有一些教师以具体案例为基础，尝试对课程进行深入探讨和学习[3-6]。在课程改革大背景下，对如何更好的将内容融入专业教育中，一些老师采用了众多有效的教学改革方法[7-10]。

“化工设备机械基础”课程是一门理论与实用并重的专业必修课，综合性突显，在化工类本科生培养中具有重要作用，其实践和具象化内容突出，相较基础课程更能引起学生对学科应用性的兴趣。对于培养化工类专业学生在化工生产管理、工艺和设备设计、生产项目开发等环境中解决复杂化学工程问题具有重要作用。我们以人文科学素养为串联环节，以教和学双向构建教学案例为实施方法，利用信息化手段推动互动性与实践性，通过构建低、中、高阶认知的教学案例，形成“工程实践与人文科学交融”新的教学模式。实现课程元素与专业知识的共融，使用“教与学同构化法”引导学生进行自主学习和开发学习案例，学生的反馈和成果又纳入课程内容，使教学内容不断迭代优化从而实现教与学的同构化和教学改进的持续化。

1 前期学情分析

“化工设备机械基础”教学团队将平时作业和测试内容按照布鲁姆认知模型，对2012～2021 学年共计 976名学生的完成情况进行了分析，得到相对完成度(得分与满分比值)的情况，如表1所示。

表1 2012-2021学年安阳工学院化工设备机械基础课程相对完成度

本课程在2013 年以前，课程性质为专业选修课，教学过程仅包括课内理论教学和期末考试，课内的项目化内容得分较低导致相对完成度一般(数值为0.77)。2013年课程性质改为为专业必修课，学生的学习态度有了较为明显的提高，增设了课程内的实践教学环节以及相关的课程项目，相对完成度开始逐年上升，综合成绩有了比较明显的提高。从2015年起，对专业必修课进行了升级，课程教学中增加了设计类项目化案例开发，学生的相对完成度稳步提高。从上述三个阶段分析可知，学生对记忆类知识始终掌握的比较好，在引进项目化设计教学后，学生实践能力得到了提升。特别是2019年开始，引入线上线下平台和并引入课程元素后，在利用专业知识进行复杂模型建立、案例分析等方面，能力得到有效的提升，课程为课程树立的良好形象，增加了学生的学习动力，强化了更高阶认知。因此，强化实践教学并融入课程元素，是学生知识结构从低阶到高阶的重要支撑，拓展了学生的创新思维、锻炼了学生的实践能力。但是目前，“化工设备机械基础”课程仍然存在着理论学习难度高、场所化实践训练实施难、课程元素融入方式需要进一步解决等问题。

除了学生考试的分数，根据学生的人文素养、科学素养和素养、团队的写作能力、实践动手能力等方面的评估，再对学习过“化工设备机械基础”学生进行针对性选拔和指导，学生获得的荣誉称号、累计获得各类科技竞赛、创新创业奖项情况有显著提升。教与学同构化是基于直接锻炼学生对知识进行系统整合的能力，让学生深度参与课程内容，加强学生对课程的认知。 另外，学生参与的模型构建，使教师可以把学生反馈的内容整合到教学内容中，实现对教学内容的优化，最后实现 “教与学共同”的构建。基于前期的学情分析和建设基础，项目的可操作性强，可复制推广。

2 课程案例融入方案

团队提出，以课程元素“连接器”，以教学双方共同构建教学案例为方法，强化教学过程中的互动与实践，形成“认知均衡化”的教学范式。另外，课程对知识实施了碎片化，使之在低阶认知层面易于记忆和理解，但不易整合成为一个整体的知识系统来使用。教师现场教学环节核心的作用是带领学生进行碎片化知识的有机整合。而解决知识结构零散，关联性不强的问题，使教师从“讲授者”转变为“表演者”，形成“学生提供素材，教师整合”的课堂模式，这是“教”的构建。使学生从模仿到独立理解再到创新，锻炼学生的知识重组能力，强化学生的认知能力，这是“学”的构建。反馈以后，再整合到教学中，完成“教与学的同构化”。

在学生入学后，实际上对课程的认知培养就已经开始，并不是仅限于本课程人才培养方案所规定的时间段。在大一通识教育阶段，包括政治、历史、文化和科普讲座等知识的普及，实际上已经为文化素养和课程元素的融入奠定了基础。在大二阶段，通过“化工导论”和“化工原理”等课程的学习，为初步了解化工设备提供了更高一阶的工程化知识体系，激发学生对化工生产装置的兴趣和求知欲，大量学生表示对深入了解化工设备的原理和应用表现出浓厚的兴趣。在大三阶段，正式开始并完成本课程的教与学任务，并得到学生的反馈。在大四年级，通过前期的积累，学生已经比较全面的学习和掌握了相关知识，由此可以参加各级各类学科竞赛和毕业设计等活动，可以大大提升学生的工程综合能力。

特别强调的是，在课程学习阶段，教师一定要从单方面的讲授者转变为引导者，形成学生参与提供素材，教师整合资源和接收反馈的良性互动的课堂。使学生从被动模仿到创新的新阶段，从而锻炼学生对知识的整合能力，激发学生的感知能力，这是“学”的构建。反馈总结后，再应用到教学之中，从而完成“教与学的同构化”。强化课程融入的场景化剖析，把繁琐枯燥的知识结合具体的实际应用场景来进行讲授，使高阶认知和低阶认知产生良性互动，提升学生学习主动性和创造性

在课程融入过程中，要求学生要有相对完整的案例，对问题进行分析。这样既可以锻炼学生整合知识的能力，内化学生的认知，又能让学生生如了解案例内涵，从而达到“学”的构建。再者，每个学生对模型的构建往往具有区别性和创新性，使教师可以把学生反馈的内容整合到教学实际中，实现对教学内容的优化从而达到了“教与学共同”的构建。让“教”与“学”充分互动，完成教学闭环，实现教学的耦合，构建成课程融入的应用场景，把枯燥的知识点结合应用场景，提升学习主动性和持续性。

3 课程案例融入目标

课程深度融入人文科学素养，充分挖掘人文元素，优选课程案例，将枯燥的理论知识连接成一个又一个带有情节的故事，激发学生的学习兴趣，培养价值理念，从而强化学习的更高阶认知能力。不断优化更新在线题库资源，建立科学合理的评价体系，对学生作业完成情况进行科学评价、给出合理化建议和学习提示。不断完善实践创新平台，在实践教学中的现场教学、岗位实习、乙酸乙酯热模模型实习实训装置、省级实验教学示范中心等平台下，强化实践认知和动手能力。 师生共同构建案例，实现“同构化”，促使学生利用知识去主动完成较为复杂的整合过程，并采取“学生讲”的方法，引导学生去思考和讲解课程中的内容，这是强化学习过程的关键环节。

教学团队在线下、线上、混合、在线、课程等各方面均有省部级以上的奖项/教改经验作为支撑，教材选用有的放矢，省级本科教学实验中心具备了虚实结合的实验平台，形成6+2 优质教学资源，从而实现精准掌控“教”“学”衔接，实现知识内化重构，如图1所示。

图1 教学资源整合

此外，课程的融入不能改变原有专业课程专业属性，更不能生硬照搬，而是要充分挖掘和发挥专业课程的德育功能，提炼处课程中所蕴含的文化基因和价值，在润物细无声中将其转化为具体化和生动化的教学载体，从而实现在知识学习中自然融入的精神引领，使课堂真正的成为弘扬主旋律和传播正能量的主阵地。

在教学评价过程中，确立以产教融合理念为先导，推广校企合作共建案例化课程，企业和高校全过程参与课程教学工作。逐步完善校企协同的多元评价机制，让校企共同制定课程考核方案。在课程教学中由学生实施自评、互评，教师评价，企业导师评价，最终确定课程成绩。对于学生素质进行综合评价，结合课程目标，以项目为载体采用线上线下相结合的方式对学生个人修养、职业素质、理想信念的养成进行全过程综合评价。

4 结语

参与课程的教学改革班的学生的成绩与前期未参加的普通学生相比，教学改革班的平均分比原来普通班级相对完成度更高。随着教学改革的逐步深化，学生的知识结构不断优化，知识完成度会不断提升，完成教学大纲设定的培养目标情况会有所提升。

我们从课程培养入手，利用虚实结合的方法培养学生的动手能力，利用人文素养建立文化自信和制度自信，实现课程内容与专业内容的协调和统一，利用教与学两个环节进行案例的 “教与学同构化”方法引导学生进行自主学习、主动构建教学案例、主动创新，学生的创新成果又可以纳入课程体系内容，不断促进教学过程的迭代优化。使学生利用专业知识去主动完成较为复杂的整合过程，并采取“学生深度参与”的方法，不断内化学生对的课程的认知，引导学生去思考和理解课程中的相关内容，来强化中阶认知的关键环节，实现对教学内容的优化。而高阶认知和低阶认知良性互动，可以提升学习主动性，从而产生教与学的良性循环和相互促进，实现“教与学的同构化”。

除了学生考试的分数，我们根据学生的人文素养、科学素养、信息化素养、团队写作能力、实践动手能力的评估，会对学习过“化工设备机械基础”学生进行针对性选拔、指导，学生获得的荣誉称号、累计获得各类科技竞赛/创新创业奖项情况或有显著提升。教学模式可操作性强，可推广、可复制，形成良性循环和发展。利用课程融入与教学结合的方法培养学生理解能力和创新能力，利用贯穿始终的人文科学建立自信，激发学生的学习热情，实现内容与专业内容的协调统一，“教与学同构化”方法引导学生自主学习构建案例，学生的创新成果又反哺课程教学内容，促进教学过程的不断迭代优化。引导学生深入思考和理解课程相关内容，来强化认知的关键环节，实现对教学内容的优化。