信息技術(shù)條件下基于“工學(xué)融合”理念的案例教學(xué)應(yīng)用
——以《醋酸精制工藝》為例設(shè)計(jì)教學(xué)

李 麗

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院（鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校），江蘇鎮(zhèn)江212016)

《化學(xué)工藝》課程是培養(yǎng)學(xué)生采用化學(xué)和物理措施，完成化工生產(chǎn)中從原料到產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)的學(xué)科。醋酸精制工藝是化學(xué)工藝課程的典型項(xiàng)目，通常采用“工學(xué)結(jié)合”的教學(xué)模式，即先理論、再工廠實(shí)習(xí)的分段式教學(xué)，由于時(shí)間和空間的限制，學(xué)生很難將理論與實(shí)際一一對(duì)應(yīng)，教學(xué)效果并不理想。本課程做了一些探索，將“工”與“學(xué)”有機(jī)地融合，鑒于化工專業(yè)的特殊性“高危險(xiǎn)、高成本、高污染”，學(xué)生很難走進(jìn)一線生產(chǎn)，體驗(yàn)真實(shí)生產(chǎn)過程。筆者將這里的“工”以虛擬手段來實(shí)現(xiàn)，力求為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)“工學(xué)融合”的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“理論學(xué)習(xí)”與“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”同步進(jìn)行，避免學(xué)習(xí)鏈斷裂。本課程以學(xué)生為主體、能力為本位、就業(yè)為導(dǎo)向的教學(xué)，通過信息技術(shù)，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作探究，充分發(fā)揮其學(xué)習(xí)主體作用，體現(xiàn)了做中學(xué)、學(xué)中做、做學(xué)合一、工學(xué)融合的教學(xué)理念。

一、教學(xué)分析

（一）內(nèi)容分析：本專業(yè)的學(xué)生已學(xué)過《化工原理》《化工制圖》《化工儀表》等課程，《化學(xué)工藝》課程是培養(yǎng)學(xué)生采用化學(xué)和物理措施，完成化工生產(chǎn)中從原料到產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)的學(xué)科。本課采用國(guó)家規(guī)劃教材，以職業(yè)能力為依據(jù)，參考化工總控工職業(yè)技能鑒定、國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技能大賽相關(guān)要求進(jìn)行二次開發(fā)，采用刪、增、合的方式，將教材原有的8個(gè)單元以地方企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為載體，整合為8個(gè)典型工藝案例。結(jié)合典型工藝案例、遵循化工生產(chǎn)技術(shù)從業(yè)人員崗前培訓(xùn)流程開展案例教學(xué)。實(shí)現(xiàn)專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對(duì)接、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對(duì)接。本課以“醋酸精制工藝”為例，設(shè)計(jì)“第5章精餾工藝”教學(xué)。

（二）學(xué)情分析：本課授課對(duì)象為中等職業(yè)學(xué)校化工工藝專業(yè)二年級(jí)學(xué)生，雖有一定化工工藝基礎(chǔ)，具備基本單元生產(chǎn)思維，但對(duì)復(fù)雜工藝流程缺乏認(rèn)識(shí)；對(duì)工藝條件的選擇及控制有一定的了解，但對(duì)整體協(xié)同生產(chǎn)沒有概念；有一定職業(yè)崗位認(rèn)知，很難走近一線生產(chǎn)，體驗(yàn)真實(shí)生產(chǎn)過程。

（三）目標(biāo)確定：通過企業(yè)走訪，調(diào)研崗位需求，結(jié)合學(xué)情及課程標(biāo)準(zhǔn)，本課教學(xué)目標(biāo)確定如下：

知識(shí)目標(biāo)：會(huì)識(shí)讀醋酸精制工藝流程；說清精餾操作的工作原理；掌握工藝條件對(duì)生產(chǎn)過程的影響。

能力目標(biāo)：能進(jìn)行醋酸生產(chǎn)過程穩(wěn)態(tài)控制。

素質(zhì)目標(biāo)：養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，樹立職業(yè)責(zé)任感。

熟悉工藝流程、理解工作原理是化工生產(chǎn)技術(shù)從業(yè)人員的必備能力，對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的參數(shù)異常及時(shí)處理，是安全高效生產(chǎn)的前提。由此我們確定了教學(xué)重難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn)：醋酸精制工藝及工作原理；

教學(xué)難點(diǎn)：工藝條件對(duì)生產(chǎn)過程的影響。

（四）策略選擇：基于以上分析，本課針對(duì)大型化工生產(chǎn)線工藝教學(xué)，制定了教學(xué)策略。依托學(xué)習(xí)平臺(tái)，整合學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)生產(chǎn)；工藝交互軟件幫助學(xué)生探究原理、認(rèn)識(shí)設(shè)備，熟悉工藝，解決教學(xué)重點(diǎn)；中控操作讓學(xué)生模擬生產(chǎn)過程控制，無縫對(duì)接生產(chǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)。

二、教學(xué)過程

精制工藝流程復(fù)雜、精制原理無法觀測(cè)、實(shí)際生產(chǎn)過程中，控制參數(shù)異常現(xiàn)象多發(fā)，卻無法在實(shí)際裝置上預(yù)設(shè)和演練，學(xué)生無法體驗(yàn)真實(shí)生產(chǎn)過程，通過3D工藝動(dòng)畫、工藝闖關(guān)程序、原理交互學(xué)習(xí)軟件、仿真軟件，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)有效的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)生產(chǎn)、聚焦工藝、仿真操作，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。依托數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)，服務(wù)學(xué)生課前、課中、課后學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的有效組織和管理。

課前學(xué)習(xí)，匯報(bào)反饋課前，教師在數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)檢索、走訪調(diào)研等活動(dòng)，調(diào)查校企合作單位——索普醋酸廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀，了解醋酸生產(chǎn)過程并形成調(diào)研報(bào)告上傳至學(xué)習(xí)平臺(tái)，為課中學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

在企業(yè)學(xué)徒制背景下，本課將企業(yè)項(xiàng)目案例引入課堂，組織教學(xué)。從初識(shí)生產(chǎn)——聚焦工藝——中控操作——總結(jié)評(píng)價(jià)——拓展提高等方面，與學(xué)生一起探究索普醋酸廠精制工藝。

（一）初識(shí)生產(chǎn)

上課之初，選取學(xué)生小組課前的調(diào)研視頻，面向全班做匯報(bào)展示，讓大家對(duì)醋酸工業(yè)化生產(chǎn)有初步的認(rèn)識(shí)。

結(jié)合企業(yè)師傅訪談及國(guó)標(biāo)對(duì)成品醋酸產(chǎn)品的要求，學(xué)生了解到“純度”是衡量醋酸產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，明確精制工段在醋酸生產(chǎn)過程中意義重大。

（二）聚焦工藝

鑒于從業(yè)人員崗前培訓(xùn)要求，從“說流程”“認(rèn)儀表”“析原理”三個(gè)環(huán)節(jié)聚焦醋酸精制工藝：

環(huán)節(jié)一：說流程。精制工藝流程枯燥復(fù)雜，卻又是學(xué)習(xí)工藝的敲門磚，因此用仿真軟件化解教學(xué)難題，幫助學(xué)生熟悉工藝流程是本節(jié)課的第一個(gè)重點(diǎn)。

結(jié)合動(dòng)畫，匯報(bào)工藝：有了調(diào)研的基礎(chǔ)，課上，學(xué)生結(jié)合醋酸精制工段的廠區(qū)3D工藝動(dòng)畫，解說醋酸精制工藝流程。交互式3D動(dòng)畫，讓學(xué)生猶如置身工藝現(xiàn)場(chǎng)，近距離解說工藝流程，安全、真實(shí)，印象深刻。

游戲闖關(guān)，工藝再現(xiàn)：學(xué)生借助闖關(guān)程序，按照塔釜結(jié)構(gòu)、設(shè)備布置、工藝解讀等步驟，層層闖關(guān)。將塔釜元件或設(shè)備拖拽至相應(yīng)位置，如順序或位置錯(cuò)誤，則無法移動(dòng)設(shè)備，同時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤點(diǎn)提示。通過闖關(guān)游戲，再現(xiàn)工藝流程，充分了解醋酸精制工藝，為就業(yè)把好工藝關(guān)。

環(huán)節(jié)二：認(rèn)儀表。軟件導(dǎo)學(xué)，認(rèn)識(shí)儀表：認(rèn)識(shí)儀表是生產(chǎn)控制的基本要求，學(xué)生通過仿真平臺(tái)，領(lǐng)取教師發(fā)布的關(guān)于醋酸精制工段中儀表和控制閥的任務(wù)單，完成任務(wù)，師生總結(jié)。然后以儀表和控制閥相關(guān)知識(shí)考核，以測(cè)代練，強(qiáng)化學(xué)生基礎(chǔ)認(rèn)知。

環(huán)節(jié)三：析原理。醋酸精制從業(yè)人員對(duì)工藝原理的精通，有助于對(duì)工藝現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)問題的解決。所以，醋酸精制原理是本節(jié)課的另一個(gè)重點(diǎn)。

交互軟件，助力分析：學(xué)生參考精餾原理交互軟件，總結(jié)企業(yè)醋酸精制原理。可視化的塔釜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，真實(shí)的汽液交換效果，讓看不見摸不著的細(xì)小變化更加清晰，讓復(fù)雜的精制原理一目了然。

隨堂測(cè)試，崗位把關(guān)：為了更全面地檢測(cè)學(xué)習(xí)效果，教師節(jié)選企業(yè)員工培訓(xùn)考核試題，編入測(cè)試模塊，學(xué)生登錄平臺(tái)完成測(cè)試任務(wù)，教師在線統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。為學(xué)生適應(yīng)崗位，把好理論關(guān)。

（三）中控操作

熟悉了流程，掌握了原理。生產(chǎn)過程中，工藝條件的動(dòng)態(tài)控制直接關(guān)系到能耗、安全、效益。所以，工藝條件對(duì)生產(chǎn)過程的影響是本節(jié)課的難點(diǎn)所在。

擾動(dòng)操作，得出現(xiàn)象：

本課借助索普公司中控系統(tǒng)仿真軟件，在穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)的環(huán)境下，教師發(fā)布擾動(dòng)任務(wù)，學(xué)生從進(jìn)料汽液比、溫度、壓力、回流比、進(jìn)料量等參數(shù)進(jìn)行充分?jǐn)_動(dòng)，得出現(xiàn)象并總結(jié)成擾動(dòng)報(bào)告反饋至教學(xué)平臺(tái)。教師結(jié)合現(xiàn)象，歸納總結(jié)生產(chǎn)中液泛、溢流等常見事故。

異常現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)處理：醋酸精制生產(chǎn)過程中參數(shù)異常比較常見，卻又無法在實(shí)際裝置上進(jìn)行預(yù)設(shè)和演練，教師在虛擬系統(tǒng)中預(yù)設(shè)了異常點(diǎn)，模擬參數(shù)異常時(shí)的工況，學(xué)生根據(jù)工況異常現(xiàn)象結(jié)合擾動(dòng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行應(yīng)對(duì)處理，填寫異常處理工作報(bào)告，連同同步錄制的學(xué)生處理過程視頻上傳至平臺(tái)，供企業(yè)師傅進(jìn)行在線點(diǎn)評(píng)，探究現(xiàn)代學(xué)徒制人才培養(yǎng)的途徑。

（四）總結(jié)評(píng)價(jià)

圍繞學(xué)習(xí)平臺(tái)中的任務(wù)點(diǎn)：課前調(diào)研、游戲闖關(guān)、小組討論、隨堂檢測(cè)進(jìn)行過程考核；通過擾動(dòng)任務(wù)、異常處理進(jìn)行教師和企業(yè)師傅雙導(dǎo)評(píng)價(jià)，構(gòu)建了多元化評(píng)價(jià)體系。

（五）拓展提高

作為課堂的延伸，學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)課程，查漏補(bǔ)缺，并通過仿真軟件鞏固練習(xí)，積極為地方傳統(tǒng)企業(yè)獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，制定“食醋提純工藝的改進(jìn)措施”，學(xué)以致用，服務(wù)社會(huì)，提升了職業(yè)責(zé)任感。

三、教學(xué)效果

學(xué)而不思則罔，教學(xué)過程中：校企合作，將企業(yè)生產(chǎn)引入課堂，探索現(xiàn)代學(xué)徒制人才培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課堂與企業(yè)培訓(xùn)對(duì)接；原理交互軟件，使學(xué)生直觀形象地觀察塔釜內(nèi)部復(fù)雜變化，降低了學(xué)習(xí)難度；仿真軟件，讓學(xué)生模擬崗位實(shí)操，體會(huì)企業(yè)生產(chǎn)中的參數(shù)控制，提高了學(xué)習(xí)效率；教學(xué)平臺(tái)，有助于檢測(cè)課堂，延伸課堂，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)功能的最大化。

四、反思與設(shè)想

教育永無止境，作為一名專業(yè)課教師，對(duì)于優(yōu)化課堂的思考從未停止。一些反思和設(shè)想如下：

（一）反思

這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施雖然已經(jīng)取得較好的效果，在其他案例學(xué)習(xí)中也得到了推廣應(yīng)用，但仍有待完善。（1）學(xué)生在完成任務(wù)過程中面對(duì)突發(fā)狀況和臨時(shí)提問時(shí)缺乏應(yīng)變能力。今后，要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)突發(fā)狀況處理能力的訓(xùn)練。（2）對(duì)現(xiàn)代學(xué)徒制的探索還處在初步階段，以后還想加入一些企業(yè)的元素，讓學(xué)生更多地了解實(shí)際企業(yè)生產(chǎn)。

（二）設(shè)想

以虛擬廠區(qū)為大背景，讓學(xué)生以廠區(qū)導(dǎo)游的身份進(jìn)入廠區(qū)，變學(xué)習(xí)內(nèi)容為游覽景點(diǎn)展開學(xué)習(xí)。將精制工段的廠區(qū)分為三個(gè)景點(diǎn)：

景點(diǎn)一：廠區(qū)布局。通過廠區(qū)導(dǎo)覽圖，俯瞰廠區(qū)布置，再結(jié)合動(dòng)態(tài)工藝流程圖解說工藝流程。各組利用語音識(shí)別軟件，將工藝流程解說詞上傳至學(xué)習(xí)平臺(tái)，供其他小組、教師和企業(yè)師傅點(diǎn)評(píng)。

景點(diǎn)二：工段車間。學(xué)生以廠區(qū)工人的身份（值班長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)工人等）走進(jìn)廠區(qū)熟悉裝置流程、重要設(shè)備位置、形狀、操作規(guī)程等。在廠區(qū)游覽的過程中,設(shè)有任務(wù)點(diǎn)：（1）遇到“問號(hào)”標(biāo)識(shí)需點(diǎn)擊問號(hào)進(jìn)行交互操作，如果不能正確答題，可以點(diǎn)擊幫助學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)；（2）在故障多發(fā)地段，設(shè)有二維碼，學(xué)生掃描二維碼可以觀看故障發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)視頻，探尋事故原因，學(xué)習(xí)應(yīng)急處理方法；（3）完成所有任務(wù)點(diǎn)方可離開進(jìn)入下一景點(diǎn)。

景點(diǎn)三：中控室。學(xué)生在中控室中以中控工的身份領(lǐng)取任務(wù)，進(jìn)行擾動(dòng)操作和工況異常工況的處理。

在信息技術(shù)的助力下，學(xué)什么，怎么學(xué)，遇到問題如何解決等全部由學(xué)生自主控制，更適應(yīng)差異性學(xué)生個(gè)體的成長(zhǎng)與發(fā)展，學(xué)生成為了課堂真正的主人，教師自然地實(shí)現(xiàn)了角色的轉(zhuǎn)變，以組織者、引導(dǎo)者的身份輔助學(xué)生學(xué)習(xí)，筆者的學(xué)生正由“知識(shí)型人才”向“創(chuàng)新型人才”逐步轉(zhuǎn)變。