基于“四化”模式的混合式一流课程“化工原理”改革探索*

张 芳，张景梅，王海龙，蔡晶晶，郭 勤

(新疆理工学院，新疆 阿克苏 843000)

《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》中明确提出[1]，“全面开展一流本科课程建设，树立课程建设新理念，推进课程改革创新，加强对学生课堂内外、线上线下学习的评价，加强线上线下混合式一流课程的建设”。以打造优质一流课程为目标的“化工原理”课程改革，旨在使学生掌握多方位学习模式、养成创新意识、培养自主学习能力，进而实现过程装备与控制工程专业和能源化学工程专业卓越工程师培养目标，提高教学质量、打造“金课”[2，3]。

本课题拟在分析当前传统教学中存在的突出问题及解决思路的基础上，构建基于翻转课堂的“线上线下”混合教学模式[4，5]，包括线上线下混合式教学模式的构建、教学内容的重构、教学设计与实施、教学评价与考核、教学效果及反思，将碎片化的数字教学资源与传统面授相融合，提升“化工原理”课程的教学质量的同时促进学生自主性、创新性思维的培养，进而提升学生内驱力，最终输出高质量的毕业生，实现人才质量提升。同时以一流课程为载体，培养教师能力，孵化一流的教师队伍，建设好一流专业。因此，本项目的实施，对深化应用型本科院校工科专业一流本科课程线上线下混合式课程改革与建设具有重要的理论意义，为相关课程的教学改革起到示范作用。

1 现状分析

1.1 学生学情分析

学生普遍存在以下情况：一是思维活跃、好胜心强、已掌握化学、高数、物理等基础知识；二是自学能力弱、内驱力不足；三是存在畏难情绪、知识归纳总结能力弱；四是思辨能力差、合作意识弱。

1.2 教学“痛点”分析

教学过程中主要存在以下问题：一是教学内容抽象，缺乏企业前沿。“化工原理”教学内容涉及化工生产过程中的各种单元操作，教学内容复杂、抽象，缺少直观示意动画来帮助新知识的内化；学生归纳总结能力不够，无法理清理论知识之间的逻辑关系；教学内容中日常教学融入的企业前沿工艺较少，导致学生理论和实践有脱节[6，7]，对自身学习前景缺乏信心。

二是教学模式单一，学生参与度不够。传统线下课，教师重于理论是否讲清，轻于检测学生学习情况，学生被动接受知识，无法在课前、课中、课后全过程参与到课堂，学习程度无法在课堂实时反馈给教师；教师未建立探究小组，缺少学生自行查阅文献、小组讨论、组长进行任务分工、制作翻转课堂PPT、汇报调研结果等环节，学生综合能力提高较慢。

三是实验设备有限，实践质量不高。实际教学中一名教师同时负责理论和实验教学，实验设备数量较少，班级学生较多，导致教师无法监控到每个学生，学生浑水摸鱼现象严重；实验室仪器除了实验课大部分时间都被闲置，实验室利用率不高。

四是缺乏学习反馈、考核不够量化。教师主要通过布置作业来检测学生学习情况，缺乏细致的具体考核内容、分值和比重，导致学生学习重点不明朗，学习目标不明确，出现“一考定结果”的现象；部分考核只注重结果不注重过程，结果反馈不便于学生准确、快速的找到问题所在。

2 改革内容

本课题以自治区一流专业过程装备与控制工程专业为改革对象，分析了“化工原理”理论教学与实验教学两个方面存在的痛点问题，按照两性一度的要求，以提升学生“抬头率”和“参与率”为导向，着力推进以学生为中心的混合式教学设计。

2.1 教学目标

通过闯关式教学、利用翻转课堂、案例式教学中的互动式学习，激发学生学习的主观内驱力，引起学生对过程性学习的重视，提高学生自我参与度和监控能力；量化各关卡考核指标，形成过程化考核方案，从而提升人才培养质量，最终实现“三环五元一中心”的教学目标，如图1所示。

图1 教学目标

2.2 教学设计理念

以学生为中心、以翻转课堂为平台、以智慧课堂为载体、以进阶式能力培养为目标、以互动式教学为抓手，体现以学生为中心的教学改革理念。

2.3 教学设计思路

按照教学大纲要求，分析学生学情，重构教学内容。通过教学内容模块化、教学模式混合化、组织实施多元化、考评反馈过程化，利用翻转课堂、线上线下混合式教学，在课前、课中、课后三个阶段组织实施多元化，充分发挥基层教学组织的作用，聚焦教学痛点，提高教学创新性和挑战度，从而实现教学目标。

2.3.1 一化：教学内容模块化

“化工原理”具有抽象程度高、理论跨度大、行业导向强的课程属性，针对该课程属性将教学内容模块化，分解为动量传递模块、热量传递模块、质量传递模块、热质传递模块，同时根据毕业要求，引导学生重视理论和实践知识的重难点。

2.3.2 二化：教学模式混合化

利用雨课堂、智慧树建立预习机制，以学生为中心，采用互动式教学，案例式教学。借助雨课堂、智慧树平台采取线上线下混合式，四段式翻转课堂等教学模式(图2)，实现学生内驱力的提升。

图2 四段式翻转课堂

2.3.3 三化：组织实施多元化

针对“学生参与度不够”的问题，通过组织实施多元化，提高学生“参与率”。在学生上化工原理课前，发布教学内容具体环节及要求，将教学环节设置为课前、课中、课后三个阶段，各环节环环相扣。建立设备动画库、习题库，借助思维导图、虚拟仿真实验平台，通过单元检测、企业实践锻炼等手段，实现闭环式育人目标。

2.3.4 四化：考评方式过程化

日常教学中，主要通过课后统一布置作业来检测学生学习情况，从教师改完作业到反馈到学生手中，需要很长时间，这不利于学生及时掌握自己的学习情况，无法及时调整学习计划；有效的错题集能快速帮助学生找到自己的不足。在教学的众多方面缺乏细致的考核内容、考核分值和比重，导致学生学习重点不明朗，学习目标不明确，考核只注重结果不注重过程，出现“一考定结果”的现象。本课题加大了过程化考核比重，结合结果性考试，考核范围包含从基础知识理解、到综合性习题掌握、团队协作和创新力提高的各个方面。

3 实施方案

3.1 改善教学环境

针对教学班规模，采取分组教学的模式进行授课；在硬件环境方面，学校建设了多媒体教室、讨论教室；对于教学授课平台，学校与智慧树、雨课堂等智慧化教学平台建立了合作关系，授课教师可在相关网络平台进行授课。

3.2 重构教学团队、创新教学方式

发挥教师团队的年轻优势，集体备课，团队教师实行分板块教学。整合教师时间，发挥教师个人特长、针对性教学、集中精力做好课堂建设，不断优化改革各个环节。

3.3 丰富理论与实践教学内容和方式

理论：教学内容加入线上学习模块，并做好学习后的检测与反馈，严格落实过程化考核；以班级为单位，形成4～5人为1个小组，实行四段式翻转课堂学习模式；通过知识思维导图，实现内容的简化，注重学生合作能力、领导力、系统性学习能力的提升；建立练习和考核习题库，加大过程性考核占比。

实验：开放实验室、让高年级实践能力强的学生指导学习的低年级学生操作相应设备；在实验教学中，加入团队合作，如开启一台大型环节较多且复杂的设备，在最短时间完成者，实验操作成绩分数最高；智能平台随机提问操作环节问题，调动学生实践操作积极性；通过化工设计大赛促进学生实践能力的巩固和提高，虚拟仿真实验实现理论联系实际，增加学生独立操作可能性，加强学生工程视野。

3.4 细化教学过程并开展实施

以学生为中心，教师为指导，以师生间、学生间互动的形式开展教学活动。采取线上线下学习、四段式的类翻转课堂、绘制思维导图、章节单元检测的方式，对学生进行全过程培养。在课程结束后，将班级输送至合盛硅业公司，不仅让学生及时与企业前沿接轨，到企业一线真接触、真感受，而且对“化工原理”课程的有效内化具有实际意义。教学组织过程如图3所示。

图3 教学组织过程

3.5 课程成绩评定方式

采取过程性考核与结果性考核有机结合的评价方式，课程考核方式及成绩评定见表1。从学生自评、小组互评、组长评价、教师评价、各环节得分、期末考试等进行累计。

表1 课程考核方式及成绩评定

3.6 形成高质量混合式教学方案和动态改进机制

根据实施过程中学生反馈、教师反思和专家同行意见，形成切实可行、符合学校办学定位、符合学校教师情况、学生情况的混合式教学方案，建立学生学习情况动态反馈机制。

4 改革成效

基于“四化”模式的混合式一流课程“化工原理”建设对学生质量和教师水平均有促进作用。

4.1 提升了学生内驱力、形成有效的人才培养过程化考核方案

通过混合式教学、利用翻转课堂、案例式教学中的互动式学习，激发学生学习的主观内驱力，引起学生对过程性学习的重视，提高学生自我参与度和监控能力；增加学生企业一线实践学习经历、提高了学生对信息化技术手段和化工类创新大赛的兴趣；量化各环节考核指标，形成过程化考核方案，从而提升人才培养质量。

4.2 教师教学研究水平显著提高

提高了化工原理教学团队教师教学水平、教学组织能力，为建设优质一流课程奠定基础。团队教学水平不断提高，笔者获得首届全国高校教师教学创新大赛新疆赛区优秀奖和校级教师技能大赛二等奖；“化工原理”获批自治区一流课程(主讲人)；立项省部级教改项目一项(负责人)；获批教育部产学研教改项目一项(负责人)；本人和团队教师已发表课程教改论文5篇。

4.3 学生进步显著

通过教学改革，激发学生创新能力，学生参与专业竞赛的人数增多，获奖人数增加，实现高阶性培养；学生团队合作能力强，参与2021～2022 年在“天正设计杯”第十五届、十六届全国大学生化工设计竞赛，在西北赛区决赛中表现优异，荣获全国二等奖2项、赛区三等奖1项。2023届毕业生考研上线率达30%，上线学校中211院校占50%以上，专业课考试中“化工原理”是必考科目。过程控制专业20级相较于过程控制专业18和19级班化工原理考试成绩及格率和优秀率显著提高。同时学生文献阅读能力、文献汇报能力有较大进步，实验室利用率显著提高。

5 课程教学改革反思与改进

5.1 教学组织的互动性和结构化有待增强

课堂教学过程中，不同知识内容间的师生互动、生生互动的程度和水平不一，这与学生的知识结构、 学习兴趣，教学内容的难易程度和导入形式密切相关。

5.2 教学资源的丰富性和操作化有待提升

本课程涉及领域广泛、内容庞杂，具有较强的综合性和实践性。目前课程的学时安排、学习内容和师资结构难以较好满足教学需求。需要进行完善和充实的内容如下：第一，需开设不同类型的实验，设计、充实实验教学内容，逐步增加设计性实验项目数量，适当开设研究型实验内容，培养学生的创新思维和科研能力。第二，课程需进一步优化教学安排、丰富教学资源、如培养校内企业双师型教师和引进行业师资等手段弥补教学短板。

5.3 教学评价的连贯性和系统化有待完善

当前课程教学评价体系已趋于成型，对学生的学习行为起到了较好的评价和督促作用，具有较强的推广和复制空间。但在教学运用过程中，仍存在部分评价指标重复评价、效度偏低，观测内容不易获得等问题。比如缺乏用人单位对学生的可靠性评价模式，需进一步完善教学评价指标体系，不断提升指标体系的信度和效度水平。

6 结语

课题改革探索中，在混合式教学中融入互动式教学、案例探究式、翻转课堂等教学模式，利用信息化平台闭环式考查学生，同时建立学科前沿知识补充体系，建立学生成果展示的平台，注重个性化培养，增加学生企业一线实践学习经历、提高学生对信息化技术手段和化工类创新大赛的兴趣。制定了符合我校师资现状的分板块教学方式，发挥教师特长，集中力量关注课堂改革，形成高质量的混合式教学教案、建立了符合教学大纲要求的考核习题库和学生学习情况动态反馈机制。