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线上教学经验分享系列之二十——化工原理实验课线上线下混合式教学新模式探讨
发布时间:2020-03-25

化工原理实验课是化工原理课程中理论与实践相联系相结合的重要环节之一,其基本任务是巩固和加深对化工原理课程中基本理论知识的理解,通过实验操作和实验现象的观察,使学生掌握一定的基本知识技能。培养学生严谨的科学态度和工程观念、分析问题和解决问题的能力,提高学生的独立思考能力和创新能力。因此,化工原理实验是实践课程体系中十分重要的技术基础实践课程。

新型冠状病毒肺炎爆发,为了控制住病毒传播,取得防疫战的全面胜利,国家启动了重大突发公共卫生事件Ⅰ级响应,采取全民居家隔离措施。全国学校延期开学,严重的打乱了正常的教学安排。疫情之前,化工原理实验课在特定实验室进行。课堂上教师首先点评学生的预习报告,讲解实验项目的工程意义,强调实验过程安全用水、用电、化学品使用以及设备操作等事项,然后根据预先制订的实验方案进行设备操作,记录处理数据,书写及完善实验报告。在特殊时期,为了完成学生的培养计划,不耽搁学业,响应国家“停课不停学”的号召,化工原理实验课题组在前期探索的基础上开展了线上线下混合式教学新模式,即线上预习引导+方案制订+虚拟仿真+思考提升、线下实际操作+完善报告。

化工原理实验课线上线下混合式教学新模式线上教学基于超星网学习通和欧倍尔云课堂两个平台展开。在超星网学习通平台上,教师做好教案,引导学生预习、制订实验方案,限定时间内学生及时提交思考题及方案,然后教师批阅和反馈问题,学生再完善并确定方案;利用欧倍尔云课堂平台完成相应实验项目的远程虚拟设备操作,记录原始数据,完成数据处理。仿真教学结束后,学生及时总结,查漏补缺,根据遇到的问题修正实验方案,为线下教学做好基础准备。线下教学依托化工原理实验室大型设备和分析仪器进行。学生熟悉真实化工设备和分析仪器,依据制定好的实验方案进行操作,同时记录原始数据。实验结束后进行数据处理,完善实验报告。现以化工原理实验项目“换热器传热系数的测定”为例详细阐述实验教学新模式。整个教学过程分四个部分。

一、制作教案,引导预习

分实验项目制作教案,不要一次制作多个项目,这样能够提高学生的专注力和高效性。教案内容主要包含实验目的、实验内容、实验原理和实验装置。实验目的告诉学生哪些内容是需要掌握的,哪些是需要熟悉的,哪些内容是需要了解的;实验内容体现要做什么,怎么做;实验原理是实验的依据,熟知原理才能够理解实验的内容和制订合理的实验方案;实验装置是实操的重要设备,要求学生熟知设备结构以及重要器件的作用和使用。教案中一定要针对需要掌握和熟知的知识点列出思考题,让学生提交预习报告时一同上交。在资料栏上传实验讲义和操作视频,让学生利用两份文件充分预习。

1 线上教案示范

二、制订方案,批改完善

预习完毕后,要求书写预习报告,制订实验方案。实验以小组为单位进行,每个小组5-6人,组员轮流担当小组长(以实验项目设定)。由组长组织讨论,解决预习遇到的问题,完成思考题作答,制订实验方案。实验方案是整个实验的关键环节,方案合理与否关系着实验的成败。思考题、预习报告和实验方案在规定的时间内完成后作为单独的文件上传。

教师收到上传的文件后开始批阅。学生思考题作答是否正确,预习报告书写结构是否完整、内容是否正确,实验方案制订的是否合理可行。对存在的问题,教师一一指出,写出修改建议,反馈给学生。学生依据建议再次商定修改,最终完成方案定稿。

2 问题作答、实验方案及预习报告线上批阅

三、虚拟仿真,思考提升

学生依据实验方案,远程登录欧倍尔云课堂选择“换热器传热系数的测定”进行仿真操作。仿真环境与现实实验室非常相近,仿真中的实验设备和分析仪器都是仿照现实中设备制作。测量仪表读数随着阀门和设备参数的调动而实时变化,响应快速,并且变化阈值是对10多年化工原理实验室积累数据的统计而来,具有现实意义。

实验过程中,可以在线记录实验参数和数据,然后线下进行数据处理,绘制线图,考察不同参数对换热器性能的影响,评价换热器的好坏。经过仿真操作,学生熟悉了实验装置、掌握了操作流程,最后对实验进行总结,找出不足,加以改进和完善实验方案,为实操做好了充分准备。

3 仿真环境及实验设备

四、实地操作,完成报告

依靠互联网完成线上教学后,学生来到实验室进行实地操作,与实验设备及分析仪器零距离接触,进一步增加认识,深刻掌握实验内容,提高操作技能。依据预习和仿真操作后制定的实验方案进行实操,记录数据,数据处理,完成实验报告。

线上线下混合式教学模式突出特点:(1)丰富了课堂教学形式。线上教学的出现不会再出现实验无法完成和只靠教师一张嘴进行讲解的情况。它突破了实验教学对客观条件的依赖性,满足实际的课堂教学需要,逐步成为老师得力的实验助手;(2)增强课堂趣味性。借助多媒体、虚拟仿真、传感等技术构建了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境,使同学身临其境,实现互动教学,能最大激发学生的自主实验兴趣,有助于发展学生的构建思维;(3)完成不可能的实验,提升教学效果。辅助教师进行课堂演示实验,如了解实验装置构造,现实环境中没有时间或能力去拆卸设备,逐一认识各单元,但是线上虚拟仿真完全可以实现拆装。有些因设备缺乏或危险系数高但又比较实用的实验无法在现实实验室中开展,采用线上教学就能够出色完成并取得优良效果。总之,化工原理实验课线上线下混合式教学模式增加了实验课堂的趣味性,加深了学生对实验项目的理解和掌握,提高了学生自主学习和设计实验的能力,解决了现实实验室设备缺少、空间不足、无法进入实验室等客观条件的限制。这种新模式是实验教学的一种高效补充。

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