“应对变化,塑造未来”——面向后疫情时代的新工科背景下化工原理教学改革思考.pdf

新冠肺炎疫情改变了教育的常态，也带来了探索变革的契机，即尝试改变学生过于单一的教学样态和方式。在后疫情时代的新工科背景下，如何根据教学实践情况进行教学改革并重新形成高等工科教育的“新常态”已成为教学研究的一项重要方向。本文根据全体作者后疫情时期化工原理的实际课堂教学经验，参考其他院校的网络教学经验，对后疫情时期课程中出现的新问题进行了剖析，对课程内容建设、教学模式改革和考核评价标准等多方面进行了架构和设计，以提升课程教学效果，为高等工程教育“新常态 的构建提供一定参考。关键词：新工科；化工原理；教学改革doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2023.06.044中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号:1 0 0 8-1 2 6 7(2 0 2 3)0 6-0 1 4 7-0 3新冠疫情在催生一批数字经济、生命健康、新型材料等战略性新兴产业的同时，进一步推动了人才向多领域、跨行业、智能化方向发展。后疫情时代，立足于“应对变化，塑造未来”，“新工科”教育更应注重学科的实用性、交叉性与综合性。因此，在后疫情时期,如何根据教学实践情况进行教学改革并重新形成中国高等工科教育的“新常态”,已成为教学研究的一项重要方向,具有深远的理论和现实意义。化工原理不仅是化工类及许多相近工科专业必修的基础课程，还是综合应用数学、物理和化学等基础知识，分析研究化工生产过程中各种单元操作的综合工程课程，有较强的专业性和实践性。课程充分发挥从基础到专业、从基础理论到生产工程之间的纽带作用，是介于基础自然科学和生产应用技术之间的“桥梁性”学科，对化工类及相近学科的人才专业素养和工程能力的培养起着举足轻重的作用-3 。本文根据全体作者在疫情时期对化工原理的教学心得，参考其他院校的网络教学经验,对疫情期间教学过程中存在的问题进行了剖析，并对课程内容建设、教学模式改革和考核评价标准等多方面进行架构和设计，以提升课程教学效果，为高等工程教育“新常态”的构建提供一定参考。1疫情期间化工原理课程教学存在的主要问题化工原理作为多学科交叉课程，涵盖的知识面广，内容多、乱而杂，且在各单元操作计算过程中常常要求学生运用大量的经验式、半经验式或准数关联式。学生学习时会感到概念多、物理量多、公式多、方法多且计算过程繁琐，认为课程很难学。具体来讲，主要存在以下问题：1)集中教学时间缩短，对教学计划的执行和效果具有一定影收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 1基金项目：中北大学2 0 2 2 年教学改革创新项目“应对变化，塑造未来”面向后疫情时代的新工科背景下化工原理教学内容重构与创新实践(1 6 3)作者简介：成尚元(1 9 9 2-),女，讲师，博士。148响；2)课堂教学被迫变为网络教学，不论对教师的“教”还是学生的“学”都带来了新的考验，新方式的实践和适应情况未知；3)师生之间的“隔空喊话”方式无法进行有效交流，课堂活跃度不够，不利于教师掌握学生的学习状况和督导，课堂反馈效果不佳；4)市面上的网络资源良不齐，缺乏一个满足不同学情且与各学段学习内容相匹配的完整的资源系统5)传统考核方式不适宜线上进行，学期中的阶段测试难以实现有效小组讨论,期末的考试环节即使是“双机位”监考仍存在严重作弊现象。6)受以往教学方法的影响，部分学生的思维存在严重的机械性、被动性和片面性倾向，缺乏以学生为中心、学习能力培养及学习成效有效评估和持续改进等方面的内容整合。这些问题的存在，使化工原理的教育教学无法实现以学生为中心，不利于提高学生的发散思维、学习能力、分析与解决问题能力、创新思维等综合素质。因此,开展面向后疫情时代新工科背景下的化工原理课程教学改革迫在眉睫。2后疫情时代化工原理课程建设改革化工原理这门课程的综合性较强，涵盖化工设备及生产的全过程，各单元操作过程表面上彼此独立,遵循的基本原理和法则却各不相同。本课程注重工程观点、定量计算和设计能力的培养，强调理论与实际的紧密结合，以提升学生分析问题与解决问题的能力。因此,建立合理的化工原理教学内容及监督体系是后疫情时代化工原理课程建设改革的关键。2.1创建新型化工原理课程学习体系按照知识体系梳理理论知识点，将单元操作按过程共性归类，对当前多杂乱的教学内容进行模块化分割，以培养学生学习能力和方法为主导，构建了新型化工原理课程模块化学习体系，包括情景故事模块、基础理论模块、工程应用模块、前沿科研拓展模块四个梯度。情景故事模块天津化工涵盖名人事迹、知识点来源、情境现象等内容，增加学生的专业学习热情和代人感。基础理论模块包含单元知识点、理论、设备结构和操作等传统教学内容，确保学生掌握专业理论知识。工程应用模块通过实际工程案例,展现工程场景，提取并收集化工单元中典型工程问题、工程观点及常规处理方法，引导学生发现问题、分析问题和解决实际问题，提高学生学以致用的能力。前沿科研拓展模块主要围绕前沿科技成果，强调科研成果反哺课堂教学，让学生即使在校园内也可了解生产实践中的最新技术，不断激发学生的科研兴趣，帮助学生掌握化工领域先进理论知识和最新的研究动态，起到拓展视野的作用。如引人膜分离技术、超临界技术、超重力技术等化工技术新内容，帮助学生更好理解传递速率提高的途径。通过讲解新型设备和新工艺的应用，如设备尺寸大幅缩小、生产率大大提高、能耗降低及废弃物排放的减少，加深学生对可持续发展和绿色化工理念的认知。该学习体系可极大提高学生的兴趣,不断激发学生的求知心，使学生在掌握基本化工原理知识的基础上，了解更多化工前沿知识和最新研究动向，达到拓展眼界的效果，把学生的认知需要与社会发展需求相结合，实现学生由认知驱动到自我增强驱动的跨越。2.2构建精品资源共享课网络平台、“学习通”班课平台等在线课程课程组依托学校的网络信息技术与化工综合国家级实验教学示范中心，建立了“中北大学化工原理精品资源共享课平台”。以学生为中心，以适应不同学情的个性化需求为出发点，运用数字化、多媒体技术等现代化的教学手段丰富课堂教学形式，包括教学微视频录像、设备工作视频、文献资料、工程实例等，通过深层次多元混合式教学方法，深人浅出地培养学生的综合能力。具体是将所有的知识点提前录制成教学微视频，上传至课程网络平台，并附相应课件、电子教材、动2023年1 1 月第3 7 卷第6 期成尚元等：“应对变化，塑造未来 面向后疫情时代的新工科背景下化工原理教学改革思考1 4 9画、例题及经典名师课堂实录等，同时设置相应章节的预习导读、辅助自学及水平测试。学生在课下利用课程网站进行基础知识点的学习，课上教师采取抽查、答疑和讨论等方式互动检验并巩固知识点。同时，通过建立“学习通”班课平台，为移动场景下的混合式学习提供相应帮助，实现课堂管理、资源共享、讨论交流等服务。教学资源的共享不仅使学生能够利用碎片时间实现线上反复学习，还方便快速查阅回顾，可满足不同学情的个性化需求。采取线上线下混合式授课，线上以教授基本理论和概念为主，通过过程实验检测学习效果，可通过在线课程实时直播实现与学生的互动。线下以应用、解决工程问题和拓展为主，针对重点单元内容设计工程案例，开展案例剖析提示解决问题的思路，通过布置任务和要求,结合分组讨论模式、翻转课堂模式等对学生进行主观性指导及评价。如在讲授流体流动章节，设计题目为“估算某小区高峰用水量且设计适合的输水管并选型”，然后引导学生估算每人的每天用水量，并折合高峰期用水量，假定适宜的流速后计算管径并进行选型，最后倒着核算流速假设是否正确。通过设计工程案例帮助学生提炼工程问题的解决方法、提出思路和工程观点，辅助学生理解枯燥的理论及公式，强化学生思维和创造思维的培养。总之,现代信息技术的嵌人在丰富课堂资源改善教学效果的同时，又将课堂的空间拓展到课外，一定程度上提升了课堂的时空容量，有利于学生综合能力的培养。2.3优化成绩考核和评价模式以往的化工原理考核方式为期末闭卷考试，教师利用试题考核学生的学习效果。这种方法只关注学生静态复习结果，而不能很好关注学生动态学习情况，因此很难提高学生课堂的积极性，更无法全面考核并评价学生的学习效果。结合平日“学习通”的课前预习、课堂过程测试、线上线下交流、检索和分析文献，检查设计任务完成情况、对知识点的综合应用及课后习题等情况，可全面综合考核学生的学习效果，最终的考核成绩包含学期中的过程评估和学期末的结果评价，既有对学生学习思想的了解、知识掌握的评价，又有对其思想、实际运用和行为的评价，最大限度激发学生学习的主动性和积极性，提升教学评价的科学性。2.4强化综合拓展的引导学习化工原理是一门综合性和实践性较强的专业基础课，仅靠课本知识和实验操作很难真正理解和学好这门课程。除适当介绍前沿新技术、注重科研成果反哺教学、帮助学生掌握化工前沿知识和了解最新研究动向之外，还应加大各级各类科创竞赛的宣传力度。给予学生更大的自由，在激发学生学习与探索热情的同时，引导学生主动参加课外科技活动如科研项目、学科竞赛等，“以赛促教，以做促学”将有利于培养学生创新创造、团队合作和项目管理的综合能力。3总结在后疫情时代新工科背景下从课程内容建设、教学模式改革和考核评价标准等多方面对化工原理教学进行架构和设计，以提升课程教学效果，充分发挥线上线下混合式教学的优势，随时随地与学校教育实现无缝对接，打破学校教育在时间和空间上的局限性,开辟出全时段、全域性的学习视野。真正将“教与学匹配”的“精准教学”理念和“以学优教，以教优学”的“双优”理念融人教学全过程，为培养具有工程理念、实践能力、创新能力和伦理道德的卓越工程新时代人才奠定基础。参考文献：1】李裕,贾广信,赵慧鹏,等.化工原理课程立体化学习体系的构建与实施.化工高等教育，2 0 1 9,3 6(6):2 7-3 1.2】王珺,邓强,涂文锋,等.新工科要求下化工创新人才培养研究以化工原理为例 J.广东化工，2 0 1 9,4 6(2 4):1 0 0,1 0 7.3贾广信,焦纬洲,李裕,等.以项目式教学驱动面向新工科的化工原理实验创新以中北大学为例 J.化工高等教育，2 0 2 1,3 8(4):93-99.