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1、【課程設(shè)計論文】化工原理課程設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐 摘要:為了促進(jìn)化工原理課程設(shè)計的教學(xué)，采用了翻轉(zhuǎn)課堂模式，并在線下課堂中將課程知識分解為若干模塊，每一模塊圍繞一個中心問題開展教學(xué)，使線上線下教學(xué)模式在課程中有機(jī)結(jié)合。此外，基于翻轉(zhuǎn)課堂的特點，優(yōu)化了課程考核評價體系。實踐表明，在化工原理課程設(shè)計教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)課堂模式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性和積極性，促進(jìn)了課程目標(biāo)的達(dá)成。 關(guān)鍵詞:化工原理課程設(shè)計;翻轉(zhuǎn)課堂;線下課堂;課程評價 化工原理課程設(shè)計是化類專業(yè)本科學(xué)生在完成了化工原理課程學(xué)習(xí)后的一門強(qiáng)化實踐課程，主要內(nèi)容是對化工生產(chǎn)過程的單元操作進(jìn)行實踐性設(shè)計

2、［1－2］。通過該實踐課程，不僅可以提高學(xué)生工程計算能力、解決復(fù)雜工程問題的能力和創(chuàng)新能力，而且還可建立學(xué)生的經(jīng)濟(jì)意識，培養(yǎng)團(tuán)隊精神［3］。因此，化工原理課程設(shè)計是工科化類專業(yè)非常重要的本科教學(xué)環(huán)節(jié)?；ぴ碚n程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)與理論教學(xué)脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致許多學(xué)生對要設(shè)計的單元操作計算、公式查閱、標(biāo)準(zhǔn)查閱一知半解、甚至完全脫離國標(biāo)規(guī)范。為提高化工原理課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，我國化工原理課程一線教師進(jìn)行了大量的探索和實踐，并已經(jīng)取得了有益的成果［4－7］。但由于歷史和現(xiàn)實原因，化工原理課程設(shè)計仍然普遍存在學(xué)生積極性不高、參與度差、設(shè)計效果差等問題［8－10］，導(dǎo)致該課程的目標(biāo)達(dá)成度偏低。如何提高化工原理

3、課程設(shè)計的教學(xué)效果，實現(xiàn)課程的目標(biāo)達(dá)成度，是高校有關(guān)老師需要解決的熱點問題。 1翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵及其與化工原理課程設(shè)計的融合點 翻轉(zhuǎn)課堂又稱“顛倒課堂”，其宗旨是將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生。從2007年翻轉(zhuǎn)課堂的概念被正式提出以來，其發(fā)展勢頭如燎原之勢，迅速從美國發(fā)展到全世界，從基礎(chǔ)教育到高等教育領(lǐng)域，成為教學(xué)改革的熱點［11－13］。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式體現(xiàn)了教育的人性化［14］。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)原則是先學(xué)后教，教師主要對學(xué)生進(jìn)行個性化輔導(dǎo)?；ぴ碚n程設(shè)計的特點是分散設(shè)計為主，集中授課為輔，并且注重交流合作，因此翻轉(zhuǎn)課堂模式在教育人性化上與化工原理課程設(shè)計是高度融合的。

4、翻轉(zhuǎn)課堂模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課堂中交流討論、分享知識和思路，從而激發(fā)學(xué)習(xí)的積極主動性［15］。現(xiàn)階段化工原理課程設(shè)計的主要問題之一是學(xué)生參與的積極性不高，因此采用翻轉(zhuǎn)課堂模式能較好彌補(bǔ)化工原理課程設(shè)計的缺點。再次，翻轉(zhuǎn)課堂突破了傳統(tǒng)課堂時間空間的限制，這較好克服了傳統(tǒng)化工原理課程設(shè)計課堂上教師輔導(dǎo)時間短、知識量大的矛盾?；诖?，筆者嘗試在化工原理課程設(shè)計實踐課程中采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，摸索合適的教學(xué)方法和手段，以提高化工原理課程設(shè)計教學(xué)效果，促進(jìn)教學(xué)改革，并引來他山美玉。 2翻轉(zhuǎn)課堂模式在化工原理課程設(shè)計教學(xué)中的具體實施措施 筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗和化工原理課程設(shè)計的

5、課程目標(biāo)，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的特點和優(yōu)勢，將化工原理課程設(shè)計教學(xué)過程分解為以下模塊。 2.1線上教學(xué) 目前有關(guān)化工原理課程的慕課建設(shè)已經(jīng)比較普遍。為了充分利用這些資源，筆者直接引進(jìn)國內(nèi)名校的有關(guān)化工單元操作設(shè)備設(shè)計和計算在線課程作為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源進(jìn)行線上學(xué)習(xí)。如在換熱器設(shè)計和精餾塔設(shè)計部分，筆者選擇了蘭州大學(xué)嚴(yán)世強(qiáng)教授在智慧樹上的開放課程《化學(xué)工程基礎(chǔ)》作為教學(xué)資源供學(xué)生學(xué)習(xí)。嚴(yán)教授授課嚴(yán)禁認(rèn)真、邏輯性強(qiáng)，多媒體課件直觀形象，學(xué)生接受度高。同時，筆者還選擇了天津大學(xué)在中國大學(xué)MOOC上的《化工原理》作為教學(xué)資源。該開放課程適應(yīng)性強(qiáng)，可充分滿足不同專業(yè)學(xué)生的需要。此外，筆

6、者自己還制作了有關(guān)塔設(shè)備、換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工藝計算、設(shè)備計算的動畫視頻，并上傳至網(wǎng)絡(luò)云盤中，供學(xué)生在傳統(tǒng)課堂之前進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生可以根據(jù)自己學(xué)習(xí)能力自主制定學(xué)習(xí)計劃和進(jìn)度，反復(fù)學(xué)習(xí)，加深理解，并重點標(biāo)識難點和疑問。 2.2課堂集中教學(xué) 翻轉(zhuǎn)課堂要求課中師生之間保持良好互動。筆者在學(xué)生完成線上視頻學(xué)習(xí)后，再根據(jù)化工原理課程設(shè)計的課程目標(biāo)和知識點，將課程內(nèi)容分解，采用基于問題為中心的教學(xué)模式。每一部分內(nèi)容都圍繞一個問題展開教學(xué)，以學(xué)生討論為主，并提出解決方案［16］。如對于換熱系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，筆者先將課程內(nèi)容分解為傳熱面積的估算、換熱管長及管數(shù)的計算、殼體內(nèi)徑的計算、

7、組件的選擇、換熱器的核算和換熱器結(jié)構(gòu)幾大部分。每一部分都設(shè)置一個中心問題，并分別安排獨立一個單元時間集中講解，學(xué)生在解決迷惑后，再進(jìn)行分散討論，形成最終的解決方案，保障課程設(shè)計的質(zhì)量。對于學(xué)生在線上學(xué)習(xí)的個別問題，采用一對一的方式在課中解決。在精餾塔設(shè)計課程中，筆者在將課程分解為工藝計算、結(jié)構(gòu)計算、機(jī)械計算、流體力學(xué)性能核算、輔助部件選型等部分。對于每一部分，筆者也都安排獨立單元時間講解，并留出充分時間由學(xué)生思考討論，在形成自己的解決方案后再進(jìn)入下一單元的學(xué)習(xí)。 2.3線下設(shè)計 在完成視頻學(xué)習(xí)、集中講解的基礎(chǔ)上，筆者給每位學(xué)生安排了內(nèi)容不同的設(shè)計任務(wù)。如針對換熱

8、器課程設(shè)計，筆者分別安排了不同原料溫度、不同冷卻溫度、不同流量、不同換熱器形式的設(shè)計任務(wù)，使每位學(xué)生均有獨立任務(wù)，避免相互抄襲。針對精餾塔的設(shè)計，筆者給每位學(xué)生布置了乙醇－水體系、正戊烷－正己烷體系的分離設(shè)計。同一體系要求產(chǎn)品純度不同、產(chǎn)量不同、精餾塔形式不同。在設(shè)計過程中，學(xué)生只能互相合作，難以生搬硬套。在共性的設(shè)計問題上，要求學(xué)生分工協(xié)作，互相討論。如在精餾塔課程設(shè)計中，計算內(nèi)容涉及物料衡算、熱量衡算、相平衡關(guān)系與傳遞速率、主要設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計與附屬設(shè)備選用等，計算量大，往往涉及非線性方程組求解及非平衡級的計算，手算較難完成，因此在設(shè)計過程中要求學(xué)生采用計算機(jī)、練習(xí)使用各種計算軟件編程完成設(shè)計

9、計算。筆者鼓勵學(xué)生之間互相幫助，必要時組成幾個計算小組共同編程完成設(shè)計計算。在制圖過程中，為培養(yǎng)學(xué)生在今后實際工程設(shè)計中的計算機(jī)能力，筆者鼓勵學(xué)生采用Aspenplus、PROII、AutoCAD軟件繪制設(shè)備圖、工藝流程圖和模擬結(jié)果。在制圖階段，筆者安排幾位已掌握AutoCAD軟件的學(xué)生在課堂上為全體學(xué)生講解該軟件的使用方法和竅門。 2.4課后評價和反思 化工原理課程設(shè)計是考查課程，目前常用的考核方法是平時表現(xiàn)+說明書+圖紙質(zhì)量+答辯。如何科學(xué)合理評價課程的學(xué)習(xí)效果，也是提高化工原理課程設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵。在化工原理課程設(shè)計采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，有助于建立更為科學(xué)的線上

10、與線下相結(jié)合的考核體系。利用線上平臺，可以客觀、高效反映學(xué)生線上學(xué)習(xí)的情況，為更合理評價學(xué)生的平時表現(xiàn)提供了科學(xué)依據(jù)。同時，線上平臺可以實現(xiàn)自我評價、生生互評、教師點評，構(gòu)建多元的綜合評價體系，改革傳統(tǒng)的化工原理課程設(shè)計考核系統(tǒng)。線下評價仍然是必要的考核手段。結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂和信息化輔助教學(xué)手段的應(yīng)用，筆者增加了計算機(jī)應(yīng)用能力考核。如在裝配圖和流程圖繪制中，筆者鼓勵學(xué)生采用Aspenplus、PROII、AutoCAD軟件繪制。課后反思，持續(xù)改進(jìn)是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的特點。根據(jù)課程評價結(jié)果，學(xué)生可以反思是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果，探索原因，提升學(xué)習(xí)能力。教師也可以根據(jù)課程總的考核結(jié)果，反思課程目標(biāo)是否已

11、經(jīng)達(dá)成，如果某一部分沒有達(dá)成，應(yīng)該從哪些方面加以完善，從而有目的的加強(qiáng)教學(xué)，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)效果。 3改革成效與展望 實踐初步證明，在化工原理課程設(shè)計中采用基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，并將線上與線下學(xué)習(xí)有機(jī)融合，能在較短時間內(nèi)有效強(qiáng)化和鞏固化工單元設(shè)備設(shè)計的理論基礎(chǔ)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，并能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性和積極性。近兩年，參與改革的班級學(xué)生設(shè)計說明書撰寫的規(guī)范性、設(shè)計方案的合理性、工藝計算的正確性方面比改革之前有所改善。筆者從工程知識、設(shè)計解決方案和使用現(xiàn)代工具等方面進(jìn)行了課程目標(biāo)達(dá)成度分析。在設(shè)計解決方案上，課程目標(biāo)達(dá)成度提高了約8%;工程知識上，課程目標(biāo)

12、達(dá)成度提高了約6%。但由于實踐時間有限，此教學(xué)改革仍需要進(jìn)一步完善。下一階段，筆者計劃開發(fā)一門化工單元設(shè)備基礎(chǔ)的在線開放課程，并進(jìn)一步優(yōu)化線下課程知識模塊，重點解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的疑難點，回歸學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用，力爭打造化工原理課程設(shè)計金課。 參考文獻(xiàn) ［1］鄭大鋒，王秀軍.團(tuán)隊展示學(xué)習(xí)法在化工原理研究型教學(xué)中的應(yīng)用［J］．化工高等教育，2017(6):69－74. ［2］陳婷，路平.《化工原理課程設(shè)計》教學(xué)改革與探索［J］．廣東化工，2016，43(18):187－188. ［3］張銘，胡達(dá)，黃晨，等.化工原理課程設(shè)計教

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