基于“SPOC+慕课堂+QQ 群”的化工设计概论课程在线教学模式创新

（常州工学院 化工与材料学院，江苏 常州 213032）

“卓越工程师培养计划2.0”和“新工科”是国家对教育的战略性调整，工程专业认证使工程教育成为我国高等教育的重要组成部分[1].化工设计概论是一门让学生将所学理论知识转化为工程应用的实践性课程.然而，化工设计概论传统的教学模式——教师课堂讲授，学生被动听讲[2]存在一定问题：（1）以知识单向传递的教师讲授为主，教师与学生互动少；（2）学生自主学习动力不足；（3）理论教学与实践脱节等问题[3].因此，化工设计概论教学模式亟需进行改革创新.

常州工学院化工设计概论课程应用“SPOC+慕课堂+QQ 群”进行翻转课堂线上教学，创新了教学模式，运用了多种教学方法，实现了以学生为主体，师生双向互动充分.学生主动学习理论教学，且与实践相结合，取得了良好的效果.教学模式流程见图1.

图1 教学模式流程图

翻转课堂[4]是对传统教学的翻转，学生课前在课外自主学习相关知识，课堂时间通过问题解决、讨论、辩论等形式进行知识的内化.化工设计概论课程教研组采用了翻转课堂使学生成为主角，学生在课前通过观看SPOC 微课视频学习课程内容，准备预设问题答案，掌握课程要点，通过项目化作业形成工程思维，实现了“课前吸收，课堂内化，课后深化”[5]的目标.

1 课前吸收

1.1 预设问题

教师建立课程学习QQ 群，每节课制定详细的课堂内容规划，并发布在QQ 群（见图2a）.同时，把本节课内容要点整理成问题发给学生（见图2b），让学生有目标地学习.

图2 课前发布教学计划及预设问题

详细的课堂内容规划使学生感受到平等与被尊重，也便于学生主动参与教学活动.预设问题除了有对记忆性知识点的考查，也有开放性问题，需要学生查阅文献或调研、总结归纳才可完成，可以促进学生思考，进而得出独到的见解.

1.2 微课视频

教师在中国MOOC 网站建立了独立SPOC，利用各种教学资源制作了PPT 及微课视频，按教学进度通过SPOC 平台向学生逐个推送.上课前，学生通过SPOC 微课视频进行课程内容的学习.微课视频时长5～10 min，为学生创造了精熟（Master Learning）学习的机会[6].微课视频受到学生的欢迎，视频观看完成度100%（见图3a）.学生多次回看SPOC 微课视频（见图3b）.因为学生需要查找预设问题答案，所以学生反复观看视频，翻阅教材，以查找、思考、总结、提炼问题的答案，进而做到了主动学习.

图3 学生视频观看完成度及多次观看SPOC 视频情况

1.3 项目化作业

化工设计概论课程工程特色重、实践性强，因此宜采用项目教学法[7].项目教学法以完成工程设计成品为中心，对教学内容进行重组，可以培养学生的工程实践能力，实现理论教学与实践相结合.课程项目化作业所选的设计题目为“设计一个车间，实现以98%硫酸为原料，稀释生产20 kt/a 30%的硫酸”，要求学生完成初步设计阶段的设计成品.化工厂初步设计阶段的设计成品包括：初步设计说明书、总平面布置图、工艺物料流程图、管道仪表流程图、车间设备布置图、主要设备装配图等.

教师根据设计程序、设计成品完成的先后顺序对教材内容进行重新组合，开展模块化教学.课程以《化工设计概论》（2 版）为教材.该教材共分12 章，其中“第8 章 向非工艺专业提供设计条件”和“第12章 计算机辅助化工设计”2 个章节内容贯穿设计全过程，且第12 章内容已在先导课程——化工软件应用中完成学习，故这2 个章节不单独讲解，而是在第1～10 章穿插讲解或应用.其余10 个章节分成8 个模块，每个模块对应1～2 个项目化作业（见表1）.每个项目化作业对应1～2 个设计成品.学完1 个模块，即需完成相应设计成品的初稿.学生学完全部模块，对所有设计初稿进行改进，汇总后就完成了整个项目的全部设计成品.

以工程应用为导向，授课教师在讲授模块内容前，先布置对应模块的项目化作业，即完成与该模块内容相关的设计成品.如模块一包括第0～2 章，这个模块是讲解化工设计的基础知识以及项目、工程与设计的关系，因此在上课前教师布置了“作业1：对国内外工程公司调研”，调研工程公司的资质、业绩等，使学生了解了工程项目建设全周期，并掌握了化工设计在工程中所处的地位，进而建立起对化工设计的兴趣.接下来，在讲授模块二“第3 章 工艺流程设计”时，预先布置“作业2：对该项目进行工艺流程设计并绘制方框流程图、工艺流程草图”，作业2 是初步设计说明书内的重要内容，也是完成工艺物料流程图以及管道仪表流程图这2 个设计成品的必要条件.在讲授模块三“第4 章 物流衡算与热量衡算”前，课前布置“作业3：对该项目进行物料衡算与热量衡算，制作物料平衡表；作业4：结合作业2 与作业3，绘制该项目的工艺物料流程图”，这符合设计工作顺序.在工艺流程设计（模块二）、工艺计算及设备选型（模块三、模块四）完成后才能进行车间设备布置图的绘制.因为设计成品“厂区总平面图及车间设备布置图”具有诸多相似之处，并且工艺专业在进行车间设备布置时需要与总图专业沟通，以确保车间在厂区总平面图上有相应的位置，因此把“第11 章 工厂选址及总平面布置设计”与“第6 章 车间设备布置”作为一个模块，即模块五进行讲解，并把厂区总平面图与车间设备布置图的绘制作为1 个作业，即作业7.

表1 教学内容重组与项目化作业

3～5名学生形成一个设计小组，以项目化作业为驱动力，在完成作业的过程中做到既分工又合作，有益于训练学生的团队协作能力.项目化作业在课前发给学生，这使设计小组在完成SPOC 微课视频学习的同时思考如何完成设计成品.学生在完成设计时难免会有疑惑，经小组讨论后有些问题得到解决，有些问题需要教师解惑，进而向教师发问.学生经过努力，对所学内容有所明白又有所疑惑时，教师再进行启发与释疑才会有更好的效果，这也是启发式教学的源头.学生通过SPOC 微课视频的观看和教材的查阅，准备预设问题答案，这使学生对所学内容有所明白；项目化作业是所学理论的工程应用，是理论与实践的结合，完成项目化作业的过程使学生又有所疑惑，这时进行启发教学最有成效.

2 课中内化

2.1 慕课堂签到

上课前15 min，开启慕课堂签到，保证学生出勤率.

2.2 互动问答+SPOC 测试

上课时，教师首先讲解重点难点，然后对预设问题进行提问，完成对课程要点的复习.然后，在QQ群预设问题问答环节结束后，教师将提前准备好的测试题在SPOC 平台上发布.这既可督促学生紧跟课堂进度，也做到了课上及时对所复习内容进行测试，以巩固学习成果，并查缺补漏.最后，学生就在完成项目化作业过程中遇到的问题向教师发问，教师针对问题进行答疑解惑.

通过教师提问预设问题，学生给出问题答案，实现了“教师问，学生答”.学生向教师就项目化作业中的疑惑进行提问，实现了“学生问，教师答”.教学的过程本质上就是交往的过程，这个交往就是交流和对话，没有对话就没有交流，没有交流就没有真正的教育[8-9].预设问题问答和项目化作业答疑实现了师生的双向交流和对话，提高了互动率.

2.3 五星评级+抢答+随机点名

在预设问题问答环节，教师采用类似淘宝模式的五星评级制度，根据学生的答案质量给予五星评级.这种评级式的即时反馈给学生正激励，提高了学生的获得感，学生积极参与课堂教学，课堂氛围活跃.在课下，学生通过对SPOC 微课视频及教材的主动学习已掌握大部分问题的答案，所以期望在课上得到展示的机会.

为保证更多学生获得参与课堂的机会，预设问题问答环节采用抢答与慕课堂随机点名相结合的方式.抢答可发挥学生的主观能动性，进而提高学生学习的积极性；慕课堂随机点名让更多的学生有机会参与其中，并鞭策学生能时刻紧跟课堂进度.

3 课后深化

课后，学生对项目化作业进行小组讨论并完善，加深对工程建设的理解，通过将化工设计的理论知识与项目化作业完美结合，使设计成品更完整、规范，制作PPT 及视频展示设计成品，进而提高化工设计能力.教师认真批改作业，对学生的创造性思维给予肯定，保证学生在学习的过程中将知识进行转化，遴选质量较好的作业进行分享.既肯定每一个作业的好，又指出作业中存在的共性问题，并针对这些共性问题录制视频并发布在SPOC 平台，对问题进行分析、拨正，与学生共同探讨，及时对学生的疑问进行解答.通过项目化的作业可以帮助学生进一步巩固所学的知识，实现理论与实践相结合，培养了学生的工程意识.另外，教师将信息技术中的数据运算和图纸分析加入教学内容，帮助学生运用模拟软件开展高效率的工程设计，同时分享化工设计最新进展，供学生选学，以实现设计理念与时俱进.

4 结语

基于“SPOC+慕课堂+QQ 群”的翻转课堂线上教学，通过“课前吸收、课中内化、课后深化”3 步实现了以学生为学习过程的主体，而教师充当引导者、解惑者的角色，开展了模块化教学、项目教学、启发式教学，取得了较好的教学效果.这种新的教学模式通过“预设问题问答+项目化作业答疑”强化了师生互动，提高了学生自主学习的主动性；通过问答环节“五星评级”制度提高了学生学习和参与课堂的积极性；通过“项目化作业”加强了理论与实践的结合.