基于微视频的化工原理实验教学模式的探索与实践*

刘 丹，李以名

(嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江 嘉兴 314001)

化工原理是化工类及其相近专业的一门重要技术基础课，旨在培养学生综合运用数学、物理、化学等基础理论，分析解决工业生产中单元操作的问题，包括单元操作的基本理论，典型设备的设计方法及过程的操作和调节等[1-2]。化工原理既具有很强的理论性、系统性，又有很强的工程性、实践性。化工原理实验是化工原理课程重要的组成部分，是深化理论知识、培养学生实践能力、工程意识和创新能力的重要实践教学环节，对培养具有工程实践能力和创新精神的化工类及其相近专业的应用型人才具有重要意义[3-6]。针对目前化工原理实验教学中涉及的实验设备复杂、工程性问题难于理解、学生学习兴趣低、教学效果差的问题，利用微视频主题鲜明、短小精炼、互动性强的特点[7-8]，本文设计了基于微视频的化工原理实验教学模式，使微视频贯穿于整个实验教学过程中，以调动学生学习兴趣，培养学生自主学习能力，促进知识的消化吸收，培养和提升学生的工程实践能力和创新意识。

1 化工原理实验教学中存在的问题分析

1.1 课前预习形式单一，预习效果差

课前预习是化工原理实验教学中非常重要的环节。然而，目前在化工原理实验教学中，课前学生主要采取根据实验教材撰写预习报告的形式进行预习，而化工原理实验具有装置结构复杂、实验操作要点多等特点，学生仅通过阅读实验教材文字内容很难完全理解实验内容和实验操作过程。同时，学生对课前预习重视程度不够，而教师也没有采取相应的引导和督促措施，导致很多学生只是照抄实验教材内容撰写预习报告，没有进行独立思考和分析，没有达到实验预习的目的。然而，在实验课堂教学中，教师仅能在有限的教学时间里针对实验相关的重点、难点理论内容进行讲解，并对实验的关键操作步骤进行示范，无法做到系统讲述实验所有相关知识和操作细节，因而，学生预习效果差极大地影响了实验课堂教学效果。

1.2 课上教学手段单一，学生学习积极性差

传统的黑板板书和口头讲述的教学方法费时、枯燥，缺乏可视性与生动性，学生被动接受信息，学习兴趣低，且因化工原理实验仪器设备装置流程复杂，这种“灌输式”的教学方式不利于学生对实验内容的理解和掌握。同时，教师在讲解、示范实验操作时，因实验场地有限，实验设备套数少，学生人数相对较多，很难保证所有学生都能准确接收到教师所传递的信息，影响学生的实验操作。因此，学生仅能在课堂上完成基本的实验操作，没有进行深入思考，课堂教学效果不佳。

1.3 课后缺乏巩固和拓展学习

课后，学生主要根据实验数据记录的结果，通过相关的方程、计算公式，并结合作图等方式，得出实验结论，完成实验报告的撰写。目前的实验教学中缺乏课后复习、巩固环节，不利于学生对实验内容的理解、吸收。同时，化工原理实验具有显著的工程性和应用性，故化工原理实践教学除了用来验证理论知识，并进行综合运用外，还应培养学生的工程意识，锻炼学生的工程思维，目前尚缺少该方面的拓展学习。

2 基于微视频的化工原理实验教学设计

针对目前化工原理实验教学中存在的问题，为调动学生学习积极性，改善实验教学效果，基于微视频，从课前预习环节、课上教学环节和课后巩固拓展环节三个方面对化工原理实验教学过程进行了设计，具体设计方案及学生能力培养情况如图1所示。

图1 基于微视频的化工原理实验教学流程与学生能力培养

2.1 课前基于微视频的预习环节设计

利用微视频和思考题进行深度预习。通过QQ群、超星学习通、雨课堂等网络平台下发实验微视频预习材料，主要包括理论知识讲解微视频、仪器装置介绍微视频和实验操作微视频。理论知识讲解微视频为教师录制的实验项目相关的理论知识的复习视频，主要目的为引导学生做好理论知识与实验内容的衔接，使学生更好地理解实验的原理，同时，实验数据处理过程将涉及大量的理论课程所学的公式、方程等，通过理论知识的回顾，提高学生对实验相关方程、计算公式的理解和灵活运用能力。仪器装置介绍微视频主要为实验项目所采用的仪器、设备的视频资料，也包括相关的设备、仪表等的图片资源，实验操作微视频则为教师将实验内容和实验操作有选地录制的微视频。仪器装置介绍及实验操作微视频主要目的为将实验中所涉及的复杂的仪器设备以及实验流程以视频动画的形式展现，使学生能够对即将开展的实验中所采用的仪器设备与实验过程有直观的认识，有利于学生更好地理解实验内容，激发学生学习的兴趣。预习微视频资料附有配套的预习思考题，可考察学生对每一部分微视频材料的理解与掌握情况，提高学生主动学习、独立思考的能力。通过预习微视频和思考题的设置使学生达到深度预习的目的，为改善课堂教学效果奠定基础。同时，教师可利用超星学习通或雨课堂等平台跟踪学生预习情况，根据预习思考题的完成情况，以及与学生的互动，全面掌握学生的预习效果，为教师课上教学提供依据。

2.2 课上基于微视频的教学过程设计

利用微视频和课件进行答疑式讲解。微视频和课件内容主要为教师针对学生预习中出现的共性问题和相关理论难点，以及实验项目操作的关键点进行制作。利用微视频和课件，辅以主要设备部件拆解视频，以及网络搜索的相关动画素材，通过直观、形象的教学方式将实验中难于理解的设备工作原理和实验操作要点传授给学生，进一步帮助学生梳理实验内容，解决疑难问题，使学生充分理解实验操作过程，并强化实验操作的规范性。基于学生课前充分预习，及微视频、动画素材和多媒体相结合的课上教学方式，可大大缩短课上教师讲授环节，提高课堂教学效率，同时能够为学生的实验操作预留更多的时间，有助于锻炼学生的实践动手能力，充分理解和吸收实验内容，提高课堂教学质量。学生课上操作过程中可利用线上平台随时反复观看实验相关理论微视频及操作视频，对实验过程中出现的问题进行分析，并及时纠正，有利于提高学生分析、解决实际问题的能力。

2.3 课后基于微视频的巩固与拓展教学环节设计

利用理论难点微视频和实验操作微视频进行课后复习巩固，利用企业实际操作视频进行课后拓展。课后学生需根据记录的实验数据，通过公式计算、作图等方式得出实验结论。学生在进行实验数据处理、实验结果分析和回答课后思考题过程中，需对整个实验项目有深入的理解。学生可通过观看线上平台的理论难点微视频和实验操作微视频，基于实验操作经历，进一步巩固、消化、吸收实验相关知识，并更好地与理论知识融合。通过网络搜集工业设备制造、企业实际操作等视频及动画素材，使学生对工业实际采用的设备装置及实际工业操作过程有初步的了解和直观认知，激发学生课程学习的积极性，培养学生的工程意识和创新思维。

3 基于微视频的化工原理实验教学实践

我校开设化工原理实验课程的专业包括化学工程与工艺、应用化学、生物工程、环境工程、制药工程等。化工原理实验课程开设了包括雷诺演示及机械能转换、流体阻力的测定、离心泵特性曲线的测定、传热实验、板框压滤机过滤常数测定、吸收实验、精馏塔的操作及效率测定和干燥实验的8个实验项目。以下以其中的传热实验项目教学为例[9]，阐述基于微视频的实验教学实施过程。

3.1 基于微视频的课前预习教学环节的实施

教学目的：明确传热实验目的、任务、要求等，了解传热实验操作过程和数据处理方法。

学生能力培养目标：调动学生学习的积极性，提高学生自主学习和独立思考能力。

教学实施过程：教师借助超星学习通下发实验任务、预习微视频材料及配套思考题。

(1)实验任务：传热膜系数测定实验。

(2)传热理论知识讲解微视频及课件。

思考题：冷热流体通过间壁进行换热的原理是什么？对流传热系数经验关联式中各无量纲数的表达式及其物理意义是什么？总传热速率方程的表达式是什么？等。

(3)套管式换热器仪器装置微视频及图片。

思考题：间壁式换热器主要有哪几种形式？各有什么特点？套管式换热器的工作原理是什么？等。

(4)部分实验内容讲解与实验操作微视频。

思考题：传热实验的操作步骤是什么？有哪些注意事项？如何根据实验记录的数据计算传热膜系数？等。

3.2 基于微视频的课上教学环节的实施

教学目的：掌握传热膜系数测定的方法，完成传热实验操作。

学生能力培养目标：锻炼学生实践动手能力和独立思考能力，提高学生分析解决传热实验过程中实际问题的能力。

教学实施过程：通过提问、小组讨论等方式，了解学生对实验内容的理解程度，进行答疑式讲解。利用课件讲解传热实验涉及的理论内容的难点。利用网络搜集的套管式换热器的工作原理的动画素材，与学生探讨管内空气和环隙中水蒸气的换热原理和过程。利用实验操作微视频讲解传热实验操作要点和注意事项，针对操作难点进行示范。学生进行传热实验操作，记录实验数据。教师进行全程监督、答疑指导。

3.3 基于微视频的课后巩固拓展教学环节的实施

教学目的：巩固、吸收传热实验知识，完成实验报告的撰写；了解工业传热设备的制造过程，了解化工企业传热设备的实际操作过程，拓展传热相关知识。

学生能力培养目标：锻炼学生传热知识综合运用能力，培养学生的工程意识和创新思维。

教学实施过程：学生利用传热理论难点微视频和传热实验操作微视频对实验内容进行复习、巩固。根据传热实验数据记录结果，利用热量平衡方程、总传热速率方程、总传热系数计算公式等，通过公式计算、作图的方法，得出传热膜系数的半经验关联式。通过实验思考题的分析解答，进一步理解、吸收传热实验相关知识，对传热实验进行总结，完成实验报告的撰写。教师通过线上平台，与学生进行互动，通过学生反馈，答疑解惑。教师通过网络搜集工业传热设备(如套管式换热器、列管式换热器、夹套式换热器、板翅式换热器等)的制造、化工企业传热设备的实际操作等视频素材，学生通过观看视频，进行拓展学习。

4 基于微视频的化工原理实验教学效果分析

在基于微视频的化工原理实验教学模式中，通过微视频的引入和教学过程设计，从课前、课上和课后三个教学环节中逐步引导学生积极参与，主动学习。微视频的引入对学生知识的内化、实践能力和工程观念的培养均起到了很好的效果。利用课前微视频预习资料及思考题，引导学生课前做好理论知识与实验内容的衔接、熟悉仪器设备、了解实验操作过程与方法，并对实验结果进行预判，培养了学生自主学习、主动思考和分析问题的能力，有效地提高了学生课前实验预习效果。基于微视频、动画素材形象直观、互动性好、主题性强的特点，提高了教师课上授课效率，激发了学生学习积极性，促进了学生对实验原理、设备工作原理及实验操作要点的理解和掌握。微视频易于反复播放的特点，为学生课上高效、高质量地完成实验操作起到了很好的辅助作用，并有助于学生分析实验中遇到的问题，对学生分析和解决实际问题的能力。基于微视频的课后巩固、拓展环节促进了学生对理论及实验知识的进一步理解、消化、吸收，并有助于学生从理论、实验到工程思维的过渡，增强了学生的工程意识。

5 结 语

化工原理实验课程具有典型的工程性和实践性特点，该课程在化工类及相近专业的应用型人才培养中发挥着重要作用。基于微视频的化工原理实验教学模式，能够克服传统化工原理实验教学中，因涉及大量抽象的理论、过程机理以及复杂的设备装置导致学习难度大、学生兴趣不足、教学效果差的问题。利用微视频形象生动、短小灵活、互动性好的特点，对实验教学过程进行合理设计，能够有效提高学生对知识的理解和吸收，提高知识的综合运用能力，提高实践动手能力，有助于培养学生的工程意识和创新思维，对培养具有扎实理论基础、较强工程实践能力和创新能力的化工类应用型人才具有重要意义。基于微视频的实验教学模式为其他工程性较强的实验/实训课程的教学提供了思路与借鉴，对改善该类实践课程的教学效果，培养和提高学生的工程实践能力具有重要意义。