化工原理实验四位一体教学模式

上传:yllydyz 2022-08-26 11:20:24 版权声明 举报文章

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[摘要]基于传统化工原理实验教学过程中存在的主要问题,提出了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”教学模式。通过课前的仿真练习和测验强化预习效果和安全意识,引入课前自讲环节强化课堂上学生的参与程度和生师互动,加强教学团队建设实现差异化考评,构建完善的考核制度强化过程考核。“四位一体”教学模式更加切合工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念,有利于推动构建重能力、强创新、差异化的人才培养体系。

[关键词]化工原理实验;工程认证;教学改革;虚拟仿真;成果导向教育

化工行业是国民经济中不可或缺的重要组成部分,培养高素质技术人才对化工行业的绿色可持续发展意义重大。《化工原理》是化工类专业的一门专业核心课,在四大基础化学、高等数学、大学物理等基础课程与化学反应工程、化工分离技术、化工传递等专业课程之间起到承上启下的作用,具有专业性强、应用性强、概念抽象、公式繁琐等特点,与工业生产实际联系紧密[1-2];《化工原理实验》是一门以流体流动、传热、精馏、吸收等相关单元操作过程原理和设备为基础,以处理工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程,是将化工原理理论与实际应用联系起来的重要环节,不仅能够加深学生对于理论知识的理解,还可以培养学生的工程概念和工程意识,这对于培养高素质的应用型化工人才至关重要[3]。高等院校肩负着为我国培养人才的重任,近年来很多教育工作者探索了化工原理实验的教学模式,完成了教学改革的研究工作。在成果导向教育(Outcomes-basedEducation,OBE)理念下,张海洋等从教学组织方式和成绩综合评定等方面完成探索研究[4],曾嵘等从“引入互联网+虚拟仿真实验”、“以结果为导向的理念实施课程改革”方面提出改革措施[5],徐颖等以干燥实验为例、阐述了实验方案的设计思路及其实施过程[6]。李玉等结合教学中遇到的安全问题,论述了安全意识的融入[7]。部分学者结合“双一流”建设、“新工科”人才培养、卓越人才培养的要求,从实验设备、实验内容、仿真平台、师资队伍、教学模式等方面完成改革探索[8-10]。此外,还有学者论述了化工实验大赛对教学改革的积极作用,基于此完成教学体系的改革探索[11-12]。本文基于本校《化工原理实验》教研组的教学经历,总结了教学中存在的主要问题,结合工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念,针对性地提出了“四位一体”混合式教学模式,即将对化学工程与工艺专业本科生进行教学实践。

1化工原理实验教学存在的问题

从中国矿业大学(北京)《化工原理实验》以往的教学实践来看,多数学生能在教师的指导下完成实验课程的基本操作,以及实验数据的分析和处理,但仍存在以下问题:(1)实验目的、原理、步骤等内容的预习环节缺乏,主要靠指导教师在课前讲解和演示,而后学生机械式地模仿完成,导致学生参与度不足,学习的兴趣、热情和积极度不高。(2)教学环节缺乏安全教育,导致学生安全意识缺乏,在实验操作中随意、马虎。(3)实验数据处理和报告撰写独立性差,实验报告的抄袭现象非常严重。(4)课程成绩根据实验报告和期末考试的得分计算,考核方式单一、存在“以偏概全”,不满足工程认证对毕业生独立、可评估的毕业要求。

2“四位一体”混合式教学模式

基于以上四个主要问题,先在新版教学大纲中重新设立了教学目标,包括:(1)掌握实验原理和依据,知悉实验装置中相关设备参数和操作参数的测试方法,能够安全地完成实验操作、获得实验数据,包括排除实验故障、解释故障出现的原因。(2)掌握实验数据的处理方法和实验报告的撰写步骤,知悉Excel、Origin等软件的使用方法和技巧,能够处理实验数据获得实验结果、撰写实验报告。(3)具备实事求是、严肃认真的学习态度和团结一致、勇于承担的工作作风,能够与团队成员沟通、合作完成实验操作任务。根据大纲内容,针对性地提出了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”混合式教学模式。

2.1仿真平台

北京欧倍尔实践教学云平台中包含了“天大版”化工原理实验虚拟仿真软件,与教学过程采用的实验装置完全匹配,因此本专业购买了教学云平台的使用权限。要求学生在课前登陆云平台,自学实验目的、原理、装置和步骤,并完成仿真测验中的实验操作、数据采集和思考题,考虑到实际操作后将处理实验数据,仿真测验不需进行数据处理,通过仿真练习和测验强化预习效果。教师可在软件后台下载测验成绩,评估学生的预习效果。另外,为了强化学生的安全意识,还要求学生在云平台中学习实验室安全常识,包括个人防护知识及化学品洒出、实验室火灾、水银泄露、停水停电等事故场景下的处置流程。

2.2课前自讲

除了仿真练习和测验外,每次实验课开始时花费约0.5课时,采用实验室配置的多媒体教学系统,以小组为单位、组员轮流讲解实验原理和目的,并且对照实验装置讲解实验步骤,教师主要对其中的细节知识和注意事项做补充和点评,以上“学生主讲、教师主评”环节紧扣工程认证的核心理念“以学生为中心”,充分调动学生课前预习的积极性和主动性,有效提高学生在实验课上的参与程度。为了避免课前预习占用过长时间,课件由教师提供、学生可直接使用或修改后使用,可以抵消学生的畏难情绪。通过课前自讲再次巩固基础知识,为即将进行的实际操作做好铺垫。

2.3实验操作

实验过程中学生以小组的形式完成实验操作,教师通过观察、给出必要的指导和纠错,还会发放实验数据采集表,避免实验数据漏记、错记,实验完成后生师签字确认,实验报告只能基于本小组的数据进行处理和撰写,一定程度上可以防止实验报告互相抄袭。另外,本专业不断加强实验教学团队建设,每次实验课由三名理论课程的任课教师承担、每名教师指导一个实验(即3个小组),每个小组由2~4学生组成,教师数量和学生人数均符合“工程教育认证化工与制药类专业补充标准”,这样每名教师负责不超过12名学生,可以有效督促学生参与实验,在注重个体差异的情况下对学生的实验操作打分,更符合OBE理念强调个性化评定的内涵。

2.4报告撰写+考试

实验课结束后,学生处理实验数据、撰写实验报告,并且完成闭卷考试,教师对报告和试卷进行批改。根据学生在仿真测验、课前自讲、实验操作、实验报告和期末考试的得分情况评定课程成绩,其中前四个环节属于过程性评价,期末考试属于终结性评价,各个环节的具体占比如图4所示。以上考核制度将整个学习过程划为考核范围,使成绩能体现学生的综合实践能力及对知识的掌握程度;且通过强化过程考核,客观地评价课程目标的达成程度、制定持续改进的方法和措施,有利于贯彻工程认证“持续改进”的核心理念。

3结束语

本文探索构建了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”混合式教学模式,借助仿真平台强化课前预习效果和安全意识,引入课前自讲环节强化学生的参与程度和生师互动,降低生师比实现学生的差异化评定,构建完善的考核制度强化过程考核。“四位一体”教学模式可有效解决目前化工原理实验教学中存在的主要问题,更适应工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念。化工原理实验教学模式需持续探索和改革,满足现代化工行业重能力、强创新、差异化的综合型人才培养要求。

参考文献

[1]李果,朱大胜,贾文华,等.“互联网+”背景下精馏原理章节教学改革与探讨[J].广东化工,2019,46(20):176-177.

[2]吕海霞,杨志杰,张艳辉,等.基于应用型人才培养的化工原理实验教改探索与实践[J].化工高等教育,2016,33(1):26-30.

[3]张海洋,郭瑞丽,张建树,等.OBE工程教育理念下化工原理实验教学改革探索[J].教育现代化,2019,6(86):138-140.

[4]曾嵘,任玉,刘建文,等.基于工程认证的化工原理实验教学改革探究[J].山东化工,2021,50(21):210-212.

[5]徐颖,王春虎,郝庆兰.OBE工程教育理念下的化工干燥实验教学改革[J].中国轻工教育,2018,(5):69-73.

[6]李玉,李涛,董贺新,等.大学生安全意识培养在化工原理实验教学中的自然融入[J].河南化工,2021,38(6):62-65.

[7]孟玉兰,张文君,曹晶晶,等.“双一流”背景下化工原理实验教学的改革与探索[J].实验室科学,2021,24(1):117-119.

[8]陈霞,王亚琴,金杰.混合式教学在“化工原理实验”中的应用与探索[J].安徽化工,2021,47(5):126-128.

[9]陈鑫,董亮亮,涂国云,等.基于化工卓越人才培养的化工原理实验教学模式改革与探索[J].大学化学,2021,36(11):156-160.

[10]魏竭,易美桂,程远贵,等.基于化工实验大赛的化工原理实践教学改革探索[J].四川化工,2021,24(5):55-58.

作者:畅志兵 王彩红 曹俊雅 单位:中国矿业大学 化学与环境工程学院