陳霞，王亞琴，金杰

（安徽建筑大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230022）

工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，2016 年6 月，我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認協(xié)議之一《華盛頓協(xié)議》，專業(yè)認證工作在我國進一步快速發(fā)展。工程教育專業(yè)認證堅持“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、質(zhì)量持續(xù)改進”的理念，從學(xué)生角度出發(fā)，以工科專業(yè)畢業(yè)生需達到的既定質(zhì)量標準要求為導(dǎo)向，確定十二點畢業(yè)出口要求，不僅強調(diào)采用各種手段分析、解決問題，還要求創(chuàng)新、溝通、自我學(xué)習(xí)等軟素質(zhì)。圍繞學(xué)生畢業(yè)能力達成，各個學(xué)校均進行課程體系設(shè)計、課程教學(xué)改進、管理模式轉(zhuǎn)變，以促進教育教學(xué)改革持續(xù)深化。

“化學(xué)反應(yīng)工程”是化工類專業(yè)的核心專業(yè)課程，其應(yīng)用遍及石油化工、煤化工、生物化工、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域，是培養(yǎng)學(xué)生分析與解決工程問題能力的重要一環(huán)。其內(nèi)容按照反應(yīng)動力學(xué)到反應(yīng)器設(shè)計的順序，分析和研究了均相、非均相的反應(yīng)動力學(xué)、各類反應(yīng)器；根據(jù)各類反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和操作特點建立其數(shù)學(xué)模型（操作方程），實現(xiàn)反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計和操作，以提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和目標產(chǎn)物選擇性的目的。該課程兼有工程“技術(shù)”與“科學(xué)”的雙重特點，理論性與應(yīng)用性都很強，因此課程內(nèi)容繁雜，理論艱深，學(xué)生學(xué)習(xí)有一定的難度，學(xué)習(xí)積極性不高。

教學(xué)改革初期，學(xué)者多利用現(xiàn)代教育技術(shù)、開設(shè)雙語課程、加強課程教材建設(shè)等手段對提高反應(yīng)工程課程的教學(xué)效果進行了探索與實踐[1-2]。后來逐步地在專業(yè)認證的帶動下，圍繞以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向（OBE 理念）、質(zhì)量持續(xù)改進這三大理念，更多學(xué)者從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣入手，通過教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的革新以實現(xiàn)反應(yīng)工程課程教學(xué)目標[3-5]。而基于“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展而建立起來的一種全新的“線上+線下”混合教學(xué)形式，吸引了學(xué)者的注意。將優(yōu)質(zhì)線上網(wǎng)絡(luò)資源或平臺，如雨課堂、學(xué)習(xí)通、慕課、微課等引入到面對面的線下課堂教學(xué)過程中，形成相輔相成的混合教學(xué)模式，可充分應(yīng)用各種先進網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，實現(xiàn)各類教學(xué)資源之間的合理配置，實現(xiàn)有限課堂教學(xué)的延伸，兩者優(yōu)勢互補，達到以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，有利于學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)探索、創(chuàng)新意識的精神。那么，在工程教育專業(yè)認證背景下，結(jié)合“化學(xué)反應(yīng)工程”課程的工程應(yīng)用特點，進行適用于地方高校的線上+線下混合式反應(yīng)工程教學(xué)研究非常有必要。

1 教學(xué)理念的改變

教學(xué)理念對教學(xué)活動有著極其重要的指導(dǎo)意義，課程教學(xué)改革首先要在教師的教學(xué)理念上進行改革創(chuàng)新。在工程教育專業(yè)認證背景下，各校紛紛啟動一流課程建設(shè)工作，加大網(wǎng)課、平臺等建設(shè)，基于此，教育者進行了線上教學(xué)、線下教學(xué)和混合式教學(xué)的不同模式研究，確立起“以學(xué)生為中心，以教師為主導(dǎo)”“授之以魚，不如授之于漁”的觀念。在確定反應(yīng)工程課程目標時，要從學(xué)生角度出發(fā)，思考“本課程教學(xué)要帶給學(xué)生什么？”不能僅定位在本學(xué)科反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計知識點的掌握上，而忽略學(xué)生整體知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及整體素質(zhì)發(fā)展的要求，并且，在有限的教學(xué)過程中不能過高地估計本學(xué)科的價值，固守書本知識點，按學(xué)分來上課。目前社會知識更新?lián)Q代快，應(yīng)基于教學(xué)本質(zhì)（培養(yǎng)學(xué)生思維能力）來組織教學(xué)活動，利用各類平臺網(wǎng)課技術(shù)進行教學(xué)設(shè)計，幫助老師提升效率，幫助學(xué)生獲取自主學(xué)習(xí)、自我研究和創(chuàng)新、知識過濾的能力，培養(yǎng)其團隊溝通能力，即在具體與反應(yīng)過程課程教授相結(jié)合時，考慮到地方院校的學(xué)情特點，混合式教學(xué)需防止出現(xiàn)“過空”或“過實”的情況，既不能過于寄希望于學(xué)生通過平臺自主學(xué)習(xí)及線下團隊案例分析討論，又不能固守原本的單一教師線上線下“滿堂灌”的教學(xué)方法，以至于偏離設(shè)想的教學(xué)理念，兩者的有機結(jié)合需進行不斷分析調(diào)整。

2 學(xué)情分析

2.1 學(xué)科特點

“化學(xué)反應(yīng)工程”是一門極具綜合理論性和工程實踐性的學(xué)科，其所需的背景知識主要涉及到“高等數(shù)學(xué)”“物理化學(xué)”“化工原理”“化工熱力學(xué)”等各種學(xué)科。其本身以工業(yè)反應(yīng)過程為主要研究對象，以化學(xué)反應(yīng)器原理為主要線索，研究過程速率及其變化規(guī)律、傳遞規(guī)律及其對化學(xué)反應(yīng)的影響，以達到反應(yīng)器的開發(fā)、設(shè)計和放大的目的。在學(xué)習(xí)過程中，由均相、非均相反應(yīng)動力學(xué)到各類反應(yīng)器設(shè)計計算的理論公式推導(dǎo)較多，計算較難；同時，反應(yīng)器設(shè)計又需貼合工程實際應(yīng)用，需掌握一定的工程設(shè)計、穩(wěn)態(tài)操作等實踐基礎(chǔ)。

2.2 學(xué)生現(xiàn)狀

地方型院校學(xué)生基礎(chǔ)相對一般，雖然學(xué)生根據(jù)培養(yǎng)方案學(xué)過上述基礎(chǔ)課程，但各課程知識點的綜合運用能力還有待鍛煉和提高，同時，學(xué)生學(xué)習(xí)中有一定的主觀能動性，但在“化學(xué)反應(yīng)工程”這種較為抽象并且理論性強，需要用到數(shù)學(xué)思維和工程思維的課程中則存在一定的畏難情緒，不愿積極思考問題，另外，合作學(xué)習(xí)協(xié)同性相對較差，且不具備工程實際經(jīng)驗。

2.3 教師情況

教學(xué)團隊中大多年輕教師占比大，年輕教師一般具有較高的學(xué)歷，學(xué)習(xí)能力較好，吸收新事物較快，但是存在教齡短和教學(xué)經(jīng)驗不足等問題，且年輕教師大多教學(xué)任務(wù)繁重，科研壓力大，導(dǎo)致精心備課和教學(xué)研究時間欠缺，教學(xué)水平提高緩慢。另外，目前中青年教師的學(xué)習(xí)工作經(jīng)歷大多是從高校到高校，一線實踐設(shè)計經(jīng)驗不足，則工程設(shè)計基礎(chǔ)知識儲備較少，課堂中關(guān)于具體實際工程經(jīng)驗的教學(xué)內(nèi)容不能很好地體現(xiàn)。

2.4 輔助資源設(shè)備條件

地方型院校在網(wǎng)絡(luò)平臺、課程建設(shè)方面均投入了較大的精力，大多具備超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，教師可以實現(xiàn)混合式教學(xué)、形成性評價、和學(xué)生多通道互動。同時，反應(yīng)工程課程具有中國大學(xué)MOOC、國家級一流課程等網(wǎng)絡(luò)資源，例如國家級精品資源共享課程資源（如華東理工大學(xué)“化學(xué)反應(yīng)工程”、大連理工大學(xué)“化學(xué)反應(yīng)工程”）等，可以加以利用；而且，在網(wǎng)絡(luò)上有各種工程設(shè)計資源可以參考借鑒。線上線下混合式教學(xué)正逐步成為教育新常態(tài)，師生接受度較高。

3 線上線下混合式教學(xué)的改進

根據(jù)地方型院校反應(yīng)工程課程的學(xué)情分析，基于工程教育專業(yè)認證背景下以學(xué)生為本的教學(xué)理念，我們進行了“化學(xué)反應(yīng)工程”課程線上線下混合式教學(xué)的研究探索，進行了教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程設(shè)計、評價方法等改進，推動信息化條件下學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等教學(xué)方法改革，提高教師教學(xué)能力，以培養(yǎng)出基礎(chǔ)理論扎實、創(chuàng)新實踐能力強的應(yīng)用型人才。

3.1 教學(xué)目標改進，符合畢業(yè)要求指標點

圍繞學(xué)生學(xué)完本課程所希望達成的最終結(jié)果，對反應(yīng)工程課程的課程目標進行修改。基于此，修改教學(xué)大綱，明確教學(xué)目標與專業(yè)認證畢業(yè)要求指標點之間的支撐關(guān)系，能達到哪些素質(zhì)培養(yǎng)效果，是否具有達成評價的可量化性，由此反向進行之后的教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方案設(shè)計和達成度評價。各課程目標間要具備能力的遞進關(guān)系，例如反應(yīng)工程課程主要可支撐工程知識、問題分析和設(shè)計/開發(fā)解決方案三個畢業(yè)要求：畢業(yè)要求1工程知識中，指標點1.1“能夠正確運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識表述復(fù)雜化工問題”對應(yīng)課程目標1 培養(yǎng)學(xué)生將“物理化學(xué)”“化工原理”“化工熱力學(xué)”等學(xué)科知識用于“化學(xué)反應(yīng)工程”的綜合能力，分析反應(yīng)器內(nèi)流動狀態(tài)等（知識應(yīng)用）；之后指標點1.2“能針對一個系統(tǒng)或過程建立合適的數(shù)學(xué)模型，并利用恰當?shù)倪吔鐥l件求解”對應(yīng)課程目標2 能建立不同類型反應(yīng)器的動力學(xué)模型，對單一反應(yīng)的反應(yīng)速率、復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)物收率和選擇性進行計算（建模）。畢業(yè)要求2 問題分析中，指標點2.1“能夠運用相關(guān)科學(xué)原理，識別和判斷復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)參數(shù)”對應(yīng)課程目標3 分析化工反應(yīng)過程的關(guān)鍵影響因素，識別和判斷三傳對反應(yīng)的影響，如內(nèi)、外擴散，熱穩(wěn)定性等影響（分析）；指標點2.4“能運用基本原理，借助文獻研究，分析化工過程的影響因素，獲得有效結(jié)論”對應(yīng)課程目標4 針對工程實際需要，選擇適宜的反應(yīng)器類型、操作條件、加料方式等（分析）。最后，畢業(yè)要求3 設(shè)計/開發(fā)解決方案中，指標點3.2“能夠針對特定需求，完成化工單元和設(shè)備的設(shè)計”對應(yīng)課程目標5 能夠針對反應(yīng)過程特性和操作條件，進行反應(yīng)器的設(shè)計計算，并進行適當優(yōu)化（設(shè)計）。先描述反應(yīng)動力學(xué)建模，之后分析影響因素，得到有效結(jié)論，最后對反應(yīng)器進行設(shè)計和優(yōu)化，符合知識、能力的逐步提高。

3.2 教學(xué)內(nèi)容更新，提高學(xué)生自學(xué)有效性

依據(jù)課程目標，對教學(xué)內(nèi)容進行仔細斟酌。線下可根據(jù)學(xué)生情況，選擇難易適中的教材；根據(jù)每一個知識點的教學(xué)設(shè)計組織教案和多媒體課件，并轉(zhuǎn)變?yōu)殇浧粱蛞曨l等數(shù)字化教學(xué)材料；注重相關(guān)課程的優(yōu)化銜接，讓“化學(xué)反應(yīng)工程”知識系統(tǒng)化、條理化；建立完整的試題、試卷數(shù)據(jù)庫等，將課程的知識目標、能力目標和育人目標進行結(jié)合。例如，鑒于目前化工類各課程各自為戰(zhàn)、知識碎片化的現(xiàn)狀，可在“反應(yīng)動力學(xué)”講授中和“物理化學(xué)”里對應(yīng)章節(jié)聯(lián)系講解，“反應(yīng)器設(shè)計”可介紹與“化工原理”所學(xué)各設(shè)備的異同點。線上平臺內(nèi)容除了包括上述線下內(nèi)容的電子版外，可對課程中涉及到某一個知識點公式推導(dǎo)，或難于直觀理解的知識點，諸如“多釜串聯(lián)的優(yōu)化”“返混”等，可將其制作為微課片段；也可制作每節(jié)課授課前的引入問題或者預(yù)習(xí)作業(yè)要求的短錄屏等，授課前呈現(xiàn)給學(xué)生；并準備難度及工作量適合學(xué)生的以往科研、競賽案例，綜合應(yīng)用化工原理、反應(yīng)工程、工藝學(xué)的化工設(shè)計等知識，以大作業(yè)帶提綱形式上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺；同時可準備對應(yīng)反應(yīng)器設(shè)計或貼近當時的實時熱點問題及其他慕課或一流課程等的視頻或網(wǎng)絡(luò)鏈接，將最新的科研、教研成果融入課堂教學(xué)。

3.3 教學(xué)過程設(shè)計，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在有限的教學(xué)課時內(nèi)想完成課程目標，每次課的教學(xué)設(shè)計至關(guān)重要，可從課前、課中和課后進行線上線下混合教學(xué)設(shè)計。課前通過短視頻引入每次課要進行的知識點主要內(nèi)容，并布置簡單的預(yù)習(xí)作業(yè)，讓學(xué)生在課前通過短視頻，以及自己查閱的資料學(xué)習(xí)這些知識點，教師批改后進行即時反饋，讓學(xué)生帶著問題和思考進課堂；課中則需面對大部分學(xué)生的需求，針對不同章節(jié)，可分別采用不同的方式，例如講釜式和管式反應(yīng)器公式對比可采用傳統(tǒng)板書推導(dǎo)，以便學(xué)生更深入理解公式推導(dǎo)的來龍去脈，使內(nèi)容銜接緊密；講授反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和附件等設(shè)計可結(jié)合多媒體教學(xué)等，使課程內(nèi)容生動形象，讓學(xué)生更加清楚地了解設(shè)計過程的各影響因素；或者通過大作業(yè)形式在課堂上讓同學(xué)分組進行案例分析，以翻轉(zhuǎn)課堂形式學(xué)習(xí)不同換熱方式固定床反應(yīng)器的設(shè)計。總之線上線下互補融合，從學(xué)生角度考慮不同知識點的吸收，消除課容量小、課時限制、學(xué)生走馬觀花等困難；課后則通過平臺進行對應(yīng)習(xí)題或單元測試，對所學(xué)知識進行實際應(yīng)用，使學(xué)生的課程學(xué)習(xí)達成度完整。

3.4 完善考核手段，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、協(xié)作意識

傳統(tǒng)課程考核手段相對單一，70%來自最后一次課程考試，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)的階段性考查和持續(xù)性發(fā)展。采用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)，可以改變以往的考核方式，通過課堂練習(xí)、作業(yè)、單元測驗和考試等多種方式綜合評價學(xué)生對課程知識的掌握情況和能力的提高程度，并將評價結(jié)果按比例進行量化統(tǒng)計。按照能力培養(yǎng)的不同方面和課程目標，本課程設(shè)計了不同類型的考查途徑，例如針對課程目標2，通過作業(yè)和單元測試讓學(xué)生推導(dǎo)建立不同尺度的反應(yīng)器物料衡算方程等，并進行積分求解來考查；針對目標3～5，除了作業(yè)還可通過翻轉(zhuǎn)課堂進行以往設(shè)計案例分析考查，使學(xué)生掌握反應(yīng)器選型比較、設(shè)計滿足要求的反應(yīng)器系統(tǒng)和選擇適宜的加料方式，掌握工業(yè)反應(yīng)器評價指標優(yōu)化方法。

4 結(jié)束語

基于工程教育認證的要求，結(jié)合地方院校專業(yè)特色和學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，通過線上線下混合式教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計教學(xué)過程和改善考核機制，有利于提高課程教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生進行反應(yīng)器設(shè)計和優(yōu)化等實際問題的工程實踐能力、創(chuàng)新思維與系統(tǒng)思維能力。再根據(jù)每個課程目標和總達成度分析，給出持續(xù)改進的措施。該教學(xué)改革取得了良好的教學(xué)效果，不過在完善學(xué)生反應(yīng)器設(shè)計計算、綜合應(yīng)用能力提高方面還需要進一步探索。