【課程設計論文】化工原理課程設計翻轉課堂教學實踐

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1、【課程設計論文】化工原理課程設計翻轉課堂教學實踐 摘要:為了促進化工原理課程設計的教學，采用了翻轉課堂模式，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，使線上線下教學模式在課程中有機結合。此外，基于翻轉課堂的特點，優(yōu)化了課程考核評價體系。實踐表明，在化工原理課程設計教學中引入翻轉課堂模式，激發(fā)了學生學習的主體性和積極性，促進了課程目標的達成。 關鍵詞:化工原理課程設計;翻轉課堂;線下課堂;課程評價 化工原理課程設計是化類專業(yè)本科學生在完成了化工原理課程學習后的一門強化實踐課程，主要內(nèi)容是對化工生產(chǎn)過程的單元操作進行實踐性設計

2、［1－2］。通過該實踐課程，不僅可以提高學生工程計算能力、解決復雜工程問題的能力和創(chuàng)新能力，而且還可建立學生的經(jīng)濟意識，培養(yǎng)團隊精神［3］。因此，化工原理課程設計是工科化類專業(yè)非常重要的本科教學環(huán)節(jié)?；ぴ碚n程設計實踐環(huán)節(jié)與理論教學脫節(jié)現(xiàn)象嚴重，導致許多學生對要設計的單元操作計算、公式查閱、標準查閱一知半解、甚至完全脫離國標規(guī)范。為提高化工原理課程設計的教學質量，我國化工原理課程一線教師進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，化工原理課程設計仍然普遍存在學生積極性不高、參與度差、設計效果差等問題［8－10］，導致該課程的目標達成度偏低。如何提高化工原理

3、課程設計的教學效果，實現(xiàn)課程的目標達成度，是高校有關老師需要解決的熱點問題。 1翻轉課堂的內(nèi)涵及其與化工原理課程設計的融合點 翻轉課堂又稱“顛倒課堂”，其宗旨是將學習的主動權交給學生。從2007年翻轉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，從基礎教育到高等教育領域，成為教學改革的熱點［11－13］。翻轉課堂教學模式體現(xiàn)了教育的人性化［14］。翻轉課堂的教學原則是先學后教，教師主要對學生進行個性化輔導。化工原理課程設計的特點是分散設計為主，集中授課為輔，并且注重交流合作，因此翻轉課堂模式在教育人性化上與化工原理課程設計是高度融合的。

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

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

6、者自己還制作了有關塔設備、換熱設備的結構、工藝計算、設備計算的動畫視頻，并上傳至網(wǎng)絡云盤中，供學生在傳統(tǒng)課堂之前進行學習。學生可以根據(jù)自己學習能力自主制定學習計劃和進度，反復學習，加深理解，并重點標識難點和疑問。 2.2課堂集中教學 翻轉課堂要求課中師生之間保持良好互動。筆者在學生完成線上視頻學習后，再根據(jù)化工原理課程設計的課程目標和知識點，將課程內(nèi)容分解，采用基于問題為中心的教學模式。每一部分內(nèi)容都圍繞一個問題展開教學，以學生討論為主，并提出解決方案［16］。如對于換熱系統(tǒng)的設計任務，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構幾大部分。每一部分都設置一個中心問題，并分別安排獨立一個單元時間集中講解，學生在解決迷惑后，再進行分散討論，形成最終的解決方案，保障課程設計的質量。對于學生在線上學習的個別問題，采用一對一的方式在課中解決。在精餾塔設計課程中，筆者在將課程分解為工藝計算、結構計算、機械計算、流體力學性能核算、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生思考討論，在形成自己的解決方案后再進入下一單元的學習。 2.3線下設計 在完成視頻學習、集中講解的基礎上，筆者給每位學生安排了內(nèi)容不同的設計任務。如針對換熱

8、器課程設計，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計任務，使每位學生均有獨立任務，避免相互抄襲。針對精餾塔的設計，筆者給每位學生布置了乙醇－水體系、正戊烷－正己烷體系的分離設計。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。在設計過程中，學生只能互相合作，難以生搬硬套。在共性的設計問題上，要求學生分工協(xié)作，互相討論。如在精餾塔課程設計中，計算內(nèi)容涉及物料衡算、熱量衡算、相平衡關系與傳遞速率、主要設備結構設計與附屬設備選用等，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，因此在設計過程中要求學生采用計算機、練習使用各種計算軟件編程完成設計

9、計算。筆者鼓勵學生之間互相幫助，必要時組成幾個計算小組共同編程完成設計計算。在制圖過程中，為培養(yǎng)學生在今后實際工程設計中的計算機能力，筆者鼓勵學生采用Aspenplus、PROII、AutoCAD軟件繪制設備圖、工藝流程圖和模擬結果。在制圖階段，筆者安排幾位已掌握AutoCAD軟件的學生在課堂上為全體學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+圖紙質量+答辯。如何科學合理評價課程的學習效果，也是提高化工原理課程設計質量的關鍵。在化工原理課程設計采用翻轉課堂模式，有助于建立更為科學的線上

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

11、經(jīng)達成，如果某一部分沒有達成，應該從哪些方面加以完善，從而有目的的加強教學，持續(xù)改進教學效果。 3改革成效與展望 實踐初步證明，在化工原理課程設計中采用基于翻轉課堂的教學模式，并將線上與線下學習有機融合，能在較短時間內(nèi)有效強化和鞏固化工單元設備設計的理論基礎，增強學生的學習主動性，并能充分激發(fā)學生學習的主體性和積極性。近兩年，參與改革的班級學生設計說明書撰寫的規(guī)范性、設計方案的合理性、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、設計解決方案和使用現(xiàn)代工具等方面進行了課程目標達成度分析。在設計解決方案上，課程目標達成度提高了約8%;工程知識上，課程目標

12、達成度提高了約6%。但由于實踐時間有限，此教學改革仍需要進一步完善。下一階段，筆者計劃開發(fā)一門化工單元設備基礎的在線開放課程，并進一步優(yōu)化線下課程知識模塊，重點解決學生學習過程中的疑難點，回歸學生在學習過程中的主體作用，力爭打造化工原理課程設計金課。 參考文獻 ［1］鄭大鋒，王秀軍.團隊展示學習法在化工原理研究型教學中的應用［J］．化工高等教育，2017(6):69－74. ［2］陳婷，路平.《化工原理課程設計》教學改革與探索［J］．廣東化工，2016，43(18):187－188. ［3］張銘，胡達，黃晨，等.化工原理課程設計教

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