化工分離工程課程線上教學的探討與實踐

朱桂丹，尹 絢，趙秀峰，曹 玲，薛來奇

(1.昌吉學院 化學與應用化學系，新疆 昌吉 831100；2.清華大學 機械工程系，北京 100084)

面臨2020年全球抗擊新冠肺炎疫情的現(xiàn)狀下，學校積極響應國家教育部提出的“停課不停教、停課不停學”的號召[1]。如何能快速高效的完成這一教學目標是我校師生共同面臨的新課題。筆者在新型冠狀病毒感染肺炎疫情影響下的新學期承擔著本科生化工分離工程課程的授課任務。新學期初期師生告別了昔日熟悉的傳統(tǒng)教學課堂，采用在線教學模式授課。授課對象、所授課程性質、網絡狀態(tài)以及學生的掌握效果等都是線上教學模式要面臨和思考的要素[2]，要徹底分析現(xiàn)狀，正確合理的調整教學策略，確保線上授課效果和質量。

如果在沒有線上線下混合式教學的經驗的前提下，完全將線下課堂教學搬到線上直播課中，將因為網絡擁堵、師生硬件條件和生源本身等不確定因素導致線上授課效果大打折扣[3]。因此如何設計和實施符合高校的完全線上教學模式勢在必行。本文以分離工程課程線上教學為例，結合近期以來的線上教學經驗，為滿足和適應疫情期間“停課不停學”的需要，對分離工程在線上教學內容、教學方法以及考核方式等方面進行探討，提供一個“完全線上” 授課模式的化工專業(yè)教學案例，希望能為地方普通高等學校線上教學工作提供參考。

1 化工分離工程課程概述

化工分離工程是高校化工專業(yè)的一門重要專業(yè)課[4]，綜合利用相平衡關系、膜分離知識、動力學原理、熱量傳遞原理、熱力學原理、動量傳遞原理以及質量傳遞原理等化工基礎課程相關知識，來解決和深入研究實際化工生產過程中多體系物料的分離和純化操作。化工分離工程以混合的多體系物料為研究對象，目標是解決多體系物料的高效分離。基礎知識點多，理論性強，應用范圍廣，要求課堂教學理論知識和實際案例結合緊密，且化工分離工程日益在現(xiàn)代化工產業(yè)和綠色化學領域得到廣泛應用。

1.1 化工分離工程課程在化工領域的地位

化工分離工程課程所講述的知識體系普遍應用于石油化工、煤炭能源、冶金、食品加工業(yè)、輕工業(yè)和環(huán)境等工業(yè)領域[5]。例如在石油化工企業(yè)，物料分離裝置系統(tǒng)的費用占總企業(yè)投資的50%以上。可見化工分離工程所學知識體系在化工生產過程中起著舉足輕重的作用。國內大部分高校也將化工分離工程設置為非常重要的化工專業(yè)課程。因該課程具有廣大的知識覆蓋面、并且應用性極強，難度大等原因，培養(yǎng)的能力也是學生畢業(yè)后工作所不可或缺的。因此高校通常選擇將分離工程課程安排在化工原理、化學反應工程、物理化學、化工熱力學等基礎化工課程之后進行學習(一般安排在大二下學期以后)。這樣開設課程才可以保證學生能夠在完全理解的基礎上理論聯(lián)系實際，從而提高解決實際問題的能力。

1.2 化工分離工程課程的特征

化工分離工程所述的眾多基礎原理和知識體系來源于化工原理、化學反應工程、物理化學、化工熱力學等基礎化工課程。然而，化工分離工程課程中的內容并不是化學反應工程等化工基礎課程相關知識體系的簡單重復，而是在此基礎上進一步拔高和綜合[6]。以精餾操作為例，在化工原理課程中介紹的是二組分體系分離，在理想氣體和理想溶液進行相對簡單的氣液體系計算，而在化工分離工程課程中通常介紹的是多組分復雜體系分離，物料體系嚴格按照實際氣體和實際溶液進行計算，結合和涉及了物理化學和化工熱力學的相關知識范疇。由此可見，化工分離工程課程更注重于利用基礎化工課程的專業(yè)知識解決實際化工問題，被公認為是高校本科階段化工專業(yè)工程應用性最強、分離單元操作最接近實際化工生產的一門綜合性學科。可以用于培養(yǎng)學生運用工程的手段分析和解決實際問題的能力。由于化工分離工程課程涉及面廣泛、經驗性知識內容豐富，國內外的分離技術與分離裝置不斷改進和創(chuàng)新。

2 化工分離工程課程線上教學內容選擇

傳統(tǒng)教學模式是教師參照書本教材以課堂教學為主的板書講授教學模式，教學內容和教學模式枯燥乏味，學生學習缺乏積極性。尤其對于化工分離工程具有工藝流程復雜、工程應用背景強、計算過程復雜、公式繁多以及計算量大等特征，導致學生極易產生畏懼和排斥心理。然而，線上授課模式可以很好的利用多媒體教學，通過現(xiàn)代網絡技術和多媒體技術將文字、圖片、聲音、動畫以及分離流程視頻等引入教學中，可以達到圖文并茂、動靜結合的效果，吸引學生眼球，增強學生理解抽象概念、圖形性質和學科定理的能力。然而，網上授課如何精心選擇教學內容是利用好多媒體教學的重中之重。

2.1 精心選擇教材,合理安排教學內容

近年來，隨著現(xiàn)代化進程的加速和科技的不斷進步，不斷涌現(xiàn)出新分離技術，這些新分離技術也得到了科學界的認可并逐漸在工業(yè)界大規(guī)模的推廣和應用，可見化工分離工程課程的教學內容需要與時俱進，跟進科技發(fā)展的步伐及時更新。然而化工分離工程課程的教學內容豐富又課時有限，實現(xiàn)面面俱到的全面涉獵十分困難。因此，選擇教學內容和教材尤為重要。我們選用劉家祺主編的教材《化工分離過程》，該教材從內容和體系角度體現(xiàn)出創(chuàng)新精神，重視培養(yǎng)學生理論和實際結合的能力，擴展了化工分離工程的知識面，可以滿足高校培養(yǎng)新世紀人才需求。

面臨化工分離工程課程內容多、課時少的現(xiàn)狀，以培養(yǎng)應用型高等化工人才為目的，參照教學大綱，合理調整教學內容，有效的將傳統(tǒng)分離技術和最新的分離技術整合。因此，教學內容要以教材為主，結合化工分離工程最新研究成果，對教學內容實行合理擴展，便于學生掌握并運用當代新分離技術的知識理論體系。授課過程中，要在講授基礎理論的過程中引入化工生產實際案例進行分析，調動學生積極性。從工程應用的角度更加深刻的理解分離工程知識理論，為今后學生走上工作崗位打下堅實的基礎。因此，如何收集、選材和應用多媒體呈現(xiàn)化工生產實際案例給學生是保證線上授課效果的其中關鍵一步。

2.2 線上教學資源及內容優(yōu)化

線上教學通過多種多媒體，如圖片、動畫、視頻等技術，既可以提高學生聽課的專注度，還可以更形象直觀的學習和掌握不同分離技術的工藝流程和原理。(1)文字素材主要用于線上課程的文字部分，線上授課平臺不能直接照搬教科書上過長的文字描述，要事先對文字素材進行精編精選，避免因文字過多在授課瀏覽時不停地翻頁，影響課件美觀和分散學生注意力。(2)圖片素材包括教材、實際化工工廠分離流程圖以及最新研究的分離技術流程圖和原理圖，提高學生的積極主動性，便于提高學生在理論知識與實際化工生產過程相結合的能力。(3)動畫和視頻素材可以演放化工分離過程中計算推導過程、仿真平臺模擬化工生產現(xiàn)場的真實分離過程。例如學生對多組分精餾的相關理論知識掌握后，將借助精餾仿真平臺和乙酸乙酯生產軟件所進行的演練精餾塔的開停車操作制作成動畫和視頻素材，可形象逼真地展現(xiàn)分離工藝的操作過程以及分離設備內部具體結構,使得分離設備的復雜結構直觀化,抽象理論簡單化，在授課平臺上用PPT素材給學生很強的實物感,課堂內容生動豐富，刺激學生理論聯(lián)系實際，多感官加深記憶。在線上授課過程中，逐漸對教學資源和課程內容進行優(yōu)化，逐漸形成教材中理論知識、化工廠分離設備工作原理以及仿真平臺模擬化工生產現(xiàn)場相結合的三維一體的線上教學體系。

3 化工分離工程課程線上教學方法探討

傳統(tǒng)化工分離工程教學主要以教師為主體，參照教材以板書和PPT相結合方式進行講述，學生在課堂處于被動學習的狀態(tài)，很難調動學生的學習積極性和自主性。然而，分離工程的特點是難度大、涉及面廣以及實踐性強，學生很難在被動學習的狀態(tài)理解和掌握課程內容。另外，隨著科技的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學模式已經不能完全滿足新時期對化工人才培養(yǎng)的新需求，可見即使不面臨全球疫情下必須線上授課，化工分離工程課程教學改革也迫在眉睫。本文將從多媒體教學法、案例教學法以及引導探索法進行化工分離工程課程線上教學方法的探討和實踐，提供一個在線上平臺師生積極互動和學生自主性強的線上授課方法，進而提升化工分離工程課程的教學質量。

3.1 多媒體教學法

化工分離工程課程所設計內容包含較多化工分離設備和工藝，這些設備的分離過程原理復雜又抽象，不可能通過板書完美的講述給學生，只靠板書文字材料學生也很難接受和理解。然而，多媒體技術卻可以通過搜集和整理相關化工分離設備或工藝流程的圖片、動畫以及視頻，并將其和教材理論知識相結合采用PPT模式在線上平臺展現(xiàn)給學生，使整個課程講授過程形象且生動，這便是多媒體手段教學的優(yōu)勢。例如在講述某個化工分離過程時，就可以通過放映和鼠標跟蹤講解視頻或動畫來展示所涉及化工分離設備在整個過程中是如何進行的工作，視頻或動畫的放映隨時可以暫停和開始，便于給學生闡明化工分離設備的工作原理。讓學生身臨其境的學習和理解。

當然多媒體教學并不是完美無瑕，化工分離工程課程包含很多計算過程，如果在PPT中僅采用文字素材和公式形式講述，學生很難集中注意力，對計算式的由來也會非常陌生。在這種情況下可以將傳統(tǒng)板書線上化，演示公式推導的計算過程，從而讓學生跟隨線上板書一步步引導最終理解和加深計算過程。所謂傳統(tǒng)板書線上化，就是課前對公式推導過程進行錄頻后在線上授課平臺進行放映講解；或者直接在線上平臺進行真人公式推導演示。通過多媒體與板書線上化兩者有機結合，充分利用兩種授課模式的優(yōu)勢，取長補短，從而提高學生的注意力，增強學生上課積極性和自主性，最終提高線上授課質量。

3.2 案例式教學法

化工分離工程是應用操作性極強，設計計算多且要求高的一門實用性課程。從化工領域已經工作的畢業(yè)生的反饋意見中也可以得到相一致的結論。因此，該課程的教學不能只針對理論知識進行教授，更重要的是要在講述理論后要進行化工分離實際案例刨析，以此加深學生的理解和記憶，也可以培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。搜集和設計經典案例，并對案例從不同角度和多種影響因素進行講述和分析，讓學生深入學習和掌握分離過程技術的開發(fā)、應用以及原理。案例式教學法在線上授課的引用，足以提高學生的學習興趣與積極性，并可加深課程內容的理解，培養(yǎng)學生應用所學知識解決實際工程難點的能力，最終促使學生在未來工作中更有競爭力。

3.3 引導探討式教學法

隨著科技高速發(fā)展，化工分離技術也突飛猛進，為了學生在以后的工作中適應和熟練掌握新技術，化工分離工程課程不能只重點講述分離工程的基礎性知識，只對新技術簡單介紹。在課時有限的前提下，為了能讓學生更多的接觸和了解新分離技術，線上授課模式應該合理分配課時，留出一些課時進行引導探討式教學法來擴展新分離技術的講授。選擇幾個教材中新穎的分離技術進行專題訓練，將班里學生進行分組并分配專題，選出小組代表，在老師的引導下每個小組通過查找和搜集教材、網上資料、企業(yè)文件、最新的論文文獻等材料，整理材料并制作相關專題的PPT，由小組代表在線上平臺講述相關理論。其他同學積極討論與提問，本組同學進行答疑。全班同學都參與互動，充分調動學生的學習積極性和主動性，轉變傳統(tǒng)沉悶枯燥的教學氛圍，在傳授知識的同時，培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新思維以及課程組織能力，使得線上平臺變得更加活躍，提高學生的參與程度，實現(xiàn)化工分離工程課程的理論應用于實踐的教學模式。

4 考核評價方式的改革

傳統(tǒng)的考核評價主要由平時成績(30%)和期末考試成績(70%)兩部分組成，這種主要靠一張試卷評價學生成績的考核方法存在許多弊端，雖然可以讓學生加深理論知識的復習，但是對于實踐性極強的化工分離工程，并沒有真正考核學生實際分析和解決問題的能力[7]。也沒有重視學生的綜合素質培養(yǎng)和鍛煉。如果按照這種考核評價方式，前面所述的線上教學模式均是紙上談兵，學生會把精力集中放在線下考試前的理論知識復習，不會把精力放在PPT上分離工程的理解與實際應用講解中。應該采用全面綜合的考核評價方式，包括考勤表現(xiàn)評價(15%)、線上平臺互動次數(shù)和質量(15%)、案例式課題總結報告考查評價(15%)、引導探討式教學法中的考查評價(15%)以及期末考試評價(40%)等5大部分。

5 結語

疫情防控期間，筆者根據化工分離工程課程授課經歷，已證實“完全線上”的教學模式是切實可行的，并取得了顯著的成效。學生對線上授課的內容、教學模式以及知識接受程度給予了認可，提高了學生上課積極性和自主性。但是線上授課模式還需要經歷一定的時間和考驗來逐步完善。在今后的線上教學工作中，需要繼續(xù)精心篩選優(yōu)質網絡資源，完善線上教學素材以便充實教學內容，以此來提高線上平臺的創(chuàng)新性和吸引力。充分發(fā)揮線上教學的優(yōu)勢，如師生應該利用線上平臺積極討論互動，便于隨時提出問題和解決問題，增強學生參與的積極性和主動性。另外，要特別注重線上教學過程中基礎理論知識與實際化工分離過程相結合，培養(yǎng)學生工程實踐意識，提高學生在實際化工生產中分析和解決問題的能力，最終培養(yǎng)出適應社會發(fā)展要求的應用型高層次人才。