S-T-S混合式循环互助教学模式用于少学时“化工原理”课程

［摘 要］ “化工原理”课程是化工及相关专业的专业基础课程，相关专业的学时少，课程难，需重点解决的问题是“三多”“三不愿”“三不明”。针对痛点问题，提出了线上线下混合式循环互助的创新设计思路，包括：教师帮助学生自制课前、课中、课后习题，学生帮助教师反馈真实学习情况，学生帮助学生组团互助学习。问卷调查和评教结果显示，在一定程度上解决了“三多”“三不愿”的问题；通过建立“助教团队”反馈不同层次学生的学习情况，较好地解决了“三不明”的问题。学生的成绩与教改前相比有明显提高。

［关键词］ 线上线下；S-T-S教学模式；化工原理；痛点问题

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）31-0157-04 ［收稿日期］ 2023-08-29

“化工原理”课程是化工相关专业的专业基础课程，是一门综合运用数学、物理、化学等基础知识，分析并解决化工及相关行业生产过程中与动量传递、热量传递和质量传递有关的单元操作问题的工程学科［1-3］。课程目标包括知识目标、能力目标和价值目标。要求学生能识别动量传递、热量传递、质量传递现象，解释主要设备的作用原理，重述单元操作的数学建模过程，计算并分析设计型和操作型问题。除了培养学生解决工程问题的能力，还要培养学生的工匠精神、家国情怀、团队精神。

一、“化工原理”传统课程的痛点问题

以西南石油大学应用化学专业为例，“化工原理”课程的总学时为72学时，学时较少。通过对化工原理传统课堂进行调查，发现学生学习主动性不足，只有极个别学生愿意主动回答问题［4］。通过匿名问卷调查发现，约一半学生预习难、课中听不懂、课后作业不会做，最终导致期末考试成绩不理想。进一步分析并总结“化工原理”课程的痛点问题为“三多”“三不愿”“三不明”。“三多”指每一章的公式多、符号多，以及不同章节相同符号有不同的含义，不同版本教材的参数符号不一致，教材的例题及练习的解题步骤繁多。学生表现为学生课前看不懂书，课中听不懂课，考试看不懂题。“三不愿”指学生课前不愿意主动预习，课中不愿意主动互动，课后不愿意做题。学生表现为课前不看书，课中不听课，考试不会做题。“三不明”指任课教师不明确哪些学生在预习过程中有困难，哪些学生没有掌握课中的主要知识点，哪些学生不能完成课后作业。通常的结果是教师以为学生学懂了，但考试结果很不理想。

二、线上线下混合式循环互助教学设计

为了改进传统课程的教学效果，线上线下混合教学模式已经成为课程教学的一种新选择。目前，“化工原理”课程的混合式教学模式一般通过SPOC平台或慕课平台进行线上自学，通过翻转课堂进行线下讨论、练习及总结［5-7］。现实情况却是化工原理课程本身有一定难度，学生自学非常困难，特别是对于少学时的专业，学生基础薄弱，兴趣不足，自学更加困难［8］。针对传统课程的痛点问题，我们提出了线上线下混合式教学设计新思路。

“三多”问题的解决思路是：课前引导学生重点熟悉相关符号，课中将综合问题进行分解学习，学生通过线上平台进行预习并完成预习作业。课堂教学内容按“知识点+典型例题”重组，进一步明确学习目标，将复杂课堂练习进行分解，提供解题思路，引导学生答题。

“三不愿”问题的解决思路是：改进教学方式，提高学生的学习主动性。采用语音、作业拍照等多种方式完成预习作业，基于雨课堂，课中采用限时答题、弹幕或投稿讨论的方式代替个别学生站起来答题，采用新型的“交叉组队的作业模式”进行组队互助学习。

“三不明”问题的解决思路是：加强教师与学生之间的全面互动与沟通，教师在课前预习作业中收集意见，把握学生学习困难的部分。采用雨课堂结合同伴教学法，让全班学生参与练习和讨论，教师及时掌握全班的作答情况，分章进行集中答疑。建立不同层次学生代表组成的“助教团队”，收集不同层次学生的学习情况，分阶段进行汇报。

S-T-S教学模式采用自制的循环互助教学模式，包括以下三个方面。

（一）S-T模式

教师为学生量身定制自制的课前预习题、课中练习题、课后作业题。以西南石油大学应用化学专业的“化工原理”课程为例。课前预习主要是解决课程痛点问题“三多”。传统的预习方式主要包括：学生阅读教材、做一些基础练习题、发放学习资料（如视频、教案等），传统预习比较随意，以学生自主选择性预习为主。针对“三多”问题，学生学习本课程最大的难点是公式符号太多，难记忆且容易混淆。课前预习设计思路包括分层设计和分类设计。分层设计满足不同层次学生需求，包括需要全班学生完成的必做题和部分学有余力的学生选择完成的选做题。分类设计覆盖不同类型知识点，包括填空题、判断题和问答题。填空题主要涉及公式中相关符号的意义及单位，判断题主要涉及易错易混淆的知识点，引导学生思考及注意。问答题涉及问题反馈。学生需要将预习过程中遇到的问题以预习作业的形式及时反馈给任课教师。课前预习的流程为：查阅预习要求（教学目标和预习指南）—阅读教材或浏览教师课件或观看小视频—完成预习题并上传学习通。

教师自制的课中练习题主要解决例题复杂、练习难、参与度低的问题。“化工原理”课程的例题解答过程普遍较复杂，学生理解困难，练习时部分学生无从下手，传统课堂回答问题的学生寥寥无几。基于雨课堂，教师对练习题进行分解，以雨课堂填空题的形式给出解题思路，将一个大问题分解为多个小问题，引导学生思考，有效地解决了学生参与度低、做题难的问题。传统的课后作业基本上都是只有一个问题的计算题，不能全面考核学生对知识点的掌握程度。任课教师基于课本的作业，增加了概念、公式理解、问题分析及文献阅读，理论上达到了引导学生巩固复习的目的，实现了从低阶知识到高阶知识的过渡。

（二）T-S模式

组建包含不同层次学生的“助教团队”，督促学生参与投票，从而反馈学习情况，收集自己和周围同学的课上、课中、课下的学习情况，定期向教师反馈学习情况。（精馏章节学生的反馈情况见表1）。

（三）S-S模式

将不同层次学生进行交叉组队，课堂采用同伴教学法解决综合题及讨论题。按照第一章的作业总成绩进行排名，按照排名顺序依次选择一名队友组队，第二章结束后，按照各组成绩进行排名，依次从后1/3学生中选择一名队友，每3人组成一队。实施同伴教学法后，学生的参与度更高，答题准确度也更高了。教师根据一轮学习情况进行总结并调整教学方案，结合学情分析重新定制自制的课前预习题、课中练习题、课后作业题，再进入下一轮迭代。

三、教学改革创新方案的实施

教学过程包括以下步骤：第一步，学生通过教师发布的电子文本和视频（任选其一），学习本次课需要掌握的基础知识，包括相关概念、参数和公式。第二步，学习通线上完成教师自制的预习题。预习作业包括三部分：本节课要学习的公式中的符号、思考并判断容易混淆的知识点或关键知识点、反馈自己在预习中的问题。第三步，课前五分钟，教师通过雨课堂发布练习，让学生对前面的重要知识点进行回顾，教师对上节课讲解的重要知识点进行复习。第四步，课前导入案例，引出本节课的教学目标。第五步，通过数学建模法推导平壁热传导过程的传热速率方程式。这部分是本次课的重点内容，教师通过黑板板书推导公式。第六步，采用S-T-S循环互助的教学模式进行课中练习，基于雨课堂采用同伴教学法，实现例题和练习的耦合，以适应少学时课堂。为了降低难度，教师给出解题思路，学生根据刚学的知识点独立解答练习题，教师根据实时统计结果分析原因，学生以组队的方式讨论并进行第二次作答，最后教师进行讲解并解答疑问。第七步，知识运用，案例分析：由浅入深讨论课程导入提出的案例。简单的问题以弹幕的方式进行个人回答，复杂问题以组队的形式进行小组讨论，最终结果以投稿的方式回答案例涉及的相关问题。在这个环节，引入课程思政。第八步，课堂延伸。介绍相关文献，引入课程思政，同时也提高学生对科研工作的兴趣。第九步，本节课小结。

最后，学习反馈。基于课后练习题，教师自制了综合型作业，增加了基础知识复习和高阶知识的运用，以达到学生全面巩固和复习的目的。助教团队总结不同学生的学习情况，以文档形式向教师反馈。课前预习作业反馈预习中的问题，课中采用雨课堂实时弹幕及留言，教师课间进行答疑、课下采用雨课堂咨询问题、每章结束后采用腾讯会议集中答疑。

四、课程评价

如图1所示，自制了新型的“交叉组队考核模式”进行平时成绩评定，对学生的平时表现进行过程性考核，包括课前、课中、课后表现，并将团队考核纳入个人考核中。根据排名进行三次组团，构建含有不同层次学生的学习小组，每次课评定一次成绩，学生获得一次积分，团队获得一次平均积分。课程结束后，根据每次课成绩得到个人累计分和团队累计分。平时成绩包括小组翻转课堂作品汇报（20%）、团队累积分（20%）、个人累积分（60%）。期末总成绩包括平时成绩（40%）和期末考试成绩（60%）。

五、改革成效

实施混合式教学后，教师自制课前、课中、课后作业结合同伴教学法、雨课堂软件提高了课堂的参与度，促进了学生之间的互助和交流。以西南石油大学应用化学专业为例，实施教学改革后，任课教师得到了同事和专家的认可。任课教师的教学被考评为优秀，获得第八届西浦全国教学创新大赛三等奖。学生评教结合问卷调查显示学生的满意度和参与度增强，期末考试成绩显示学生的成绩提高，补考率下降。结果表明，在一定程度上解决了“三多、三不愿、三不明”的问题。

结语

新型的线上线下S-T-S互助式教学模式应用于“化工原理”课程的教学，融入学生帮助教师改进教学的思路，通过不同层次的学生代表反馈真实的教学效果，在一定程度上促进了教学相长。在课中均运用了同伴教学法，强化了学生之间的互助学习，教师为学生量身定制专属的课前预习题、课中综合练习题、课后综合作业题，全面考核了与问题相关的概念、计算和分析，帮助学生完成了从低阶知识到高阶知识的过渡与应用。

参考文献

［1］潘鹤林，张辉，齐鸣斋，等.化工原理（少学时）课程启发式教学方法探索［J］.化工高等教育，2015，32（1）：47-51.

［2］廖益强，范立维，卢泽湘，等.线上线下混合式教学在《化工原理》课程教学中的应用［J］.教育现代化，2020，7（13）：122-123.

［3］杨向平，田晓玲，李军.关于化工原理教学改进的探究［J］.化工高等教育，2017，34（1）：68-71.

［4］吕玲，王志红，姚伟宁，等.专业认证背景下少学时化工原理课程教学改进的思考［J］.化工高等教育，2020，37（4）：93-96.

［5］刘慧婷，郝一成，李鹏程，等.线上线下混合式教学模式下学生学习适应性调研和问题分析：以化工原理A2课程为例［J］.化工高等教育，2022，39（4）：127-132.

［6］王雪莹.线上线下混合式教学模式在化工原理课程中的应用：以锦州师范高等专科学校为例［J］.辽宁师专学报（自然科学版），2022，24（1）：15-18+77.

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［8］吕玲，姚伟宁.在工程认证背景下持续提高化工原理课堂的兴趣并培养学生的综合素养［J］.教育教学论坛，2020（6）：220-221.

S-T-S Hybrid and Cyclic， Mutual Assistance Teaching Mode Used to Solve the Pain Points of Chemical Engineering Principle Course in Short Class Hours

Abstract： The principles of chemical engineering is the basic course of chemical engineering and related majors. It has less class hours and is more difficult than related majors， and the key problems should to be solved in this course are “three many” “three unwilling” and “three unknown”. To solve these problems， an innovative design idea of online and offline， cyclic and assistance mode was proposed. It included： teachers helped students make their own exercises before， during and after class， students helped teachers feedback the real learning situation， and students helped students form groups to learn. The results of questionnaire survey and teaching evaluation showed that the problems of “three many” and “three unwilling” were solved to a certain extent. Through the establishment of a “teaching assistant team” to feedback the learning of students at different levels， the problem of “three unknown” was solved. The results showed the students’ scores were significantly improved compared with those before the teaching reform.

Key words： online and offline; S-T-S teaching model; chemical principle; pain point problem