化工專業(yè)課程群融合專業(yè)虛擬仿真資源的教學(xué)改革與實(shí)踐

何 柏 連 欣 蔣松山 熊 偉 付 雪 邱 奎 陳以會(huì)

（重慶科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331）

教育工作的根本任務(wù)是立德樹人，而課程是落實(shí)“立德樹人”根本任務(wù)的具體化、操作化和目標(biāo)化。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，學(xué)生從大學(xué)里受益最直接、最核心、最顯效的對(duì)象就是課程[1]。因此，要培養(yǎng)一流的人才必須建設(shè)一流的課程。2018年6月，教育部召開了新時(shí)代中國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議，并且明確提出了“課程是人才培養(yǎng)的核心要素；要消除‘水課’，打造‘金課’”。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在學(xué)校教學(xué)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)高校教學(xué)質(zhì)量與效果的提升日益增強(qiáng)，信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性的影響[2]。自2013年教育部啟動(dòng)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作以來，已經(jīng)遴選出了300個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，到2020年遴選出1 000項(xiàng)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，這些教學(xué)資源的建設(shè)對(duì)各類專業(yè)人才的培養(yǎng)起到了極大的促進(jìn)作用[3]。因此，在教學(xué)資源有限的情況下，充分利用信息化手段[4]，將“互聯(lián)網(wǎng)+”以及虛擬仿真技術(shù)等現(xiàn)代化教學(xué)手段與資源運(yùn)用于傳統(tǒng)教學(xué)形式與內(nèi)容的改革上，本科教學(xué)改革方可跟上時(shí)代需求，建成一流的專業(yè)課程，才能提高本科教學(xué)質(zhì)量。本研究對(duì)化工專業(yè)課教學(xué)過程長(zhǎng)期以來普遍存在的突出問題進(jìn)行深入分析，認(rèn)為結(jié)合現(xiàn)代化虛擬仿真技術(shù)[5]開展化工專業(yè)課程群改革，是提高化工專業(yè)人才質(zhì)量的關(guān)鍵，并提出了化工專業(yè)課程體系建設(shè)與改革的新思路。

一、化工專業(yè)課程教學(xué)存在的主要問題

化工專業(yè)課程教學(xué)普遍存在的問題，既包括教學(xué)資源方面也包括學(xué)生方面，既有客觀條件不足也有主觀因素。具體說來，主要涉及到專業(yè)學(xué)分設(shè)置、教學(xué)資源與平臺(tái)建設(shè)、師資水平、學(xué)生學(xué)習(xí)方法與態(tài)度等，以下就各方面的問題作較為詳細(xì)的分析與闡述。

（一）實(shí)踐學(xué)分偏少

理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐又發(fā)展理論。理論課程與實(shí)踐教學(xué)二者本應(yīng)相輔相成，而化工專業(yè)人才培養(yǎng)大綱在設(shè)置上是理論課程占絕大部分學(xué)時(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)的課程設(shè)置相對(duì)較少。理論課的側(cè)重點(diǎn)是最基本的概念、原理以及工藝流程，如果占用學(xué)時(shí)過多，就會(huì)擠占實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)，因此學(xué)生聯(lián)系實(shí)際的操作機(jī)會(huì)就顯得不足。有的地方院校還由于學(xué)科發(fā)展側(cè)重點(diǎn)差異以及經(jīng)費(fèi)限制等原因，也會(huì)造成化工實(shí)踐教學(xué)資源與平臺(tái)薄弱，從而導(dǎo)致化工專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課程時(shí)感覺空洞枯燥，學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性不高，專業(yè)理論知識(shí)夯實(shí)不夠，綜合實(shí)踐能力又欠缺鍛煉。最佳的應(yīng)對(duì)辦法是增加實(shí)踐課程學(xué)分，但是在現(xiàn)有總學(xué)分控制的前提下又會(huì)擠壓理論課程學(xué)分，造成顧此失彼。因此，如何在化工理論課程教學(xué)過程中融合實(shí)踐課程教學(xué)資源來豐富授課內(nèi)容，如何切實(shí)提升現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量與效果，是化工專業(yè)教師當(dāng)前亟待解決的問題。

（二）課程內(nèi)容單一

化工專業(yè)的理論課普遍存在著理論與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合不夠、對(duì)學(xué)生解決復(fù)雜工程實(shí)際問題的能力培養(yǎng)不足等方面的問題，這是由化工行業(yè)具有產(chǎn)品多、各類生產(chǎn)工藝差別大且工藝過程復(fù)雜等特點(diǎn)而導(dǎo)致的。因?yàn)閷I(yè)課程不可能要求教師面面俱到地講解所有化工生產(chǎn)工藝，而只能講授一些最主要、典型的工藝原理流程及其關(guān)鍵參數(shù)，因此學(xué)生在課堂上能夠?qū)W到的專業(yè)知識(shí)內(nèi)容就相對(duì)比較單一，很難全面覆蓋化工行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。同時(shí)，教師講授化工專業(yè)理論課程由于課時(shí)的限制，其授課內(nèi)容主要側(cè)重于最基本的原理及工藝等方面，很少有足夠的時(shí)間與機(jī)會(huì)講解工業(yè)生產(chǎn)全流程及詳細(xì)的生產(chǎn)參數(shù)，多是“照本宣科”，這也造成專業(yè)課程的講授普遍存在著理論與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合程度不夠的缺點(diǎn)。以重慶科技學(xué)院為例，該校化學(xué)工程與工藝專業(yè)的主干課程包括“石油煉制工程”“天然氣化工工藝學(xué)”“精細(xì)有機(jī)合成”等，對(duì)應(yīng)的相關(guān)行業(yè)企業(yè)為煉油廠、天然氣凈化廠、石油化工企業(yè)等。這些企業(yè)涉及到的生產(chǎn)資料多是原油、石油產(chǎn)品、天然氣、硫化氫以及其他易燃易爆、有毒有害的物質(zhì)，所以其安全責(zé)任非常重大，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全要求極為嚴(yán)格。化工企業(yè)所用電子設(shè)備通常都是防爆產(chǎn)品，除了正常的巡檢，即便是企業(yè)員工也不能長(zhǎng)期滯留現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)區(qū)，否則一旦發(fā)生事故，后果非常嚴(yán)重。比如泰興市揚(yáng)子醫(yī)藥化工有限公司一期加氫車間氫化崗位的“5·3”閃爆事故、江蘇響水“3·21”爆炸事故等，都造成了人員的傷亡與財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。

此外，由于不少化工企業(yè)對(duì)其產(chǎn)品的相關(guān)工藝尤其是工藝參數(shù)通常有嚴(yán)格的保密要求，而讓專業(yè)理論課老師深入各類化工企業(yè)拍攝課程教學(xué)所需的工藝全流程生產(chǎn)的視頻、照片等素材也是不現(xiàn)實(shí)的。因此專業(yè)課程教學(xué)很難獲得比較全面的實(shí)際工藝流程與參數(shù)[6-7]，這就導(dǎo)致專業(yè)主干課程主要依照教材講授理論知識(shí)，很難聯(lián)系實(shí)際工藝參數(shù)開展實(shí)踐教學(xué)。學(xué)生在校內(nèi)的專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐課又受限于場(chǎng)地及設(shè)備，難以真正展開，而走出校外去企業(yè)實(shí)習(xí)，生產(chǎn)企業(yè)也會(huì)基于影響正常安全生產(chǎn)的理由，或者由于生產(chǎn)的高度自動(dòng)化使學(xué)生很難有動(dòng)手機(jī)會(huì)。

化工專業(yè)課程教學(xué)的上述不足，會(huì)進(jìn)一步造成學(xué)生對(duì)工程實(shí)際知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握偏少偏弱，不利于學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

（三）課堂教學(xué)形式固化

在化工專業(yè)課程教學(xué)過程中，由于教學(xué)理論的抽象性與實(shí)際教學(xué)案例的不足，導(dǎo)致任課教師在課堂上通常以比較空洞的理論講授和知識(shí)傳授為主，不能將相關(guān)專業(yè)課程理論與生產(chǎn)實(shí)際充分結(jié)合。在教學(xué)形式上，授課教師主要采用的是單向宣講為主的單一教學(xué)形式，很難進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)以及MOOC等新的教學(xué)形式也難以推行。單一的教學(xué)形式，容易讓學(xué)生產(chǎn)生“審美疲勞”與“接受疲勞”等現(xiàn)象，其學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性難以得到最大程度的發(fā)揮。此外，學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握主要是靠死記硬背而不是靠理解掌握，其專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果不甚理想，今后也很難綜合運(yùn)用自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)去解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題。“教與學(xué)”不能很好地實(shí)現(xiàn)融合相長(zhǎng)。由此可知，課堂教學(xué)形式的多樣化在學(xué)生的培養(yǎng)過程中具有舉足輕重的作用，如何根據(jù)學(xué)科差異呈現(xiàn)豐富多彩的教學(xué)形式對(duì)人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。

（四）教師工程實(shí)踐能力欠缺

有效發(fā)揮教師在課堂中的主導(dǎo)作用，是優(yōu)化課堂教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，既包括教學(xué)形式的多樣化，更包括教學(xué)內(nèi)容本身的質(zhì)量高低。一流的人才培養(yǎng)必須有一流的課程，而一流課程的關(guān)鍵又在于一流的師資隊(duì)伍，所以教師自身的專業(yè)綜合能力顯得尤為重要。

高校專業(yè)課教師通常具有碩士或博士學(xué)位，在學(xué)科理論水平方面有比較深的造詣，能夠在教學(xué)中透徹地講解專業(yè)課程理論的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。但是，由于不少教師都是直接從高校到高校，缺乏生產(chǎn)企業(yè)工作的實(shí)踐經(jīng)歷，所以他們?cè)谥v解相關(guān)化工專業(yè)知識(shí)時(shí)理論結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際相對(duì)偏弱。這不僅包括化工專業(yè)理論課程也包括化工實(shí)踐類課程。因此，提升化工專業(yè)課教師隊(duì)伍的工程實(shí)踐經(jīng)歷與能力，拓展課程教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)涵與外延，對(duì)一流化工專業(yè)課程的建設(shè)顯得尤為必要。

為了解決化工專業(yè)課程體系中實(shí)踐學(xué)分偏少、課程內(nèi)容比較單一、課堂教學(xué)形式固化、授課教師的工程實(shí)踐能力欠缺等問題及其后繼各種潛在不良后果對(duì)培養(yǎng)高水平化工人才培養(yǎng)的不利影響，加強(qiáng)化工專業(yè)人才的思維能力和動(dòng)手能力等綜合能力與素質(zhì)的培養(yǎng)，重慶科技學(xué)院化工專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)化工專業(yè)課程群進(jìn)行了改革與建設(shè)。改革和建設(shè)主要包括：通過融合虛擬仿真資源的方式豐富授課內(nèi)容、改進(jìn)和完善授課方式、加強(qiáng)授課團(tuán)隊(duì)的專業(yè)實(shí)踐能力等幾個(gè)方面，旨在提高教學(xué)效果，提升化工人才培養(yǎng)質(zhì)量。現(xiàn)有虛擬仿真資源以及課程體系建設(shè)與改革的方案詳述如下。

二、專業(yè)教學(xué)中虛擬仿真資源的利用現(xiàn)狀

目前，虛擬仿真資源在課程教學(xué)中的建設(shè)及其使用主要集中體現(xiàn)在實(shí)踐教學(xué)方面。雖然不少高校都加強(qiáng)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，但是其虛擬仿真資源與非實(shí)踐類型的課程結(jié)合較少，虛擬仿真資源的建設(shè)以及在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用強(qiáng)度不夠等現(xiàn)象仍然普遍存在。虛擬仿真資源的引入可以彌補(bǔ)實(shí)體教學(xué)資源對(duì)人才培養(yǎng)支撐的不足，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容的以虛補(bǔ)實(shí)、虛實(shí)結(jié)合，也可以實(shí)現(xiàn)教師工程實(shí)踐能力的提升。因此，充分發(fā)揮虛擬仿真資源對(duì)高校理論與實(shí)踐課程教學(xué)的積極作用，促進(jìn)一流課程的建設(shè)和實(shí)施以及高水平工科人才的培養(yǎng)，必將成為化工專業(yè)課程教學(xué)改革的一個(gè)趨勢(shì)。

由于傳統(tǒng)化工行業(yè)具有“高能耗、高污染、高排放”特點(diǎn)以及潛在的危險(xiǎn)性，為滿足化工專業(yè)學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)要求，并綜合考慮專業(yè)發(fā)展所需，重慶科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院對(duì)各類化工虛擬仿真軟件與平臺(tái)進(jìn)行了完善，既可開展實(shí)踐教學(xué)，也可用于理論課堂教學(xué)。例如，針對(duì)石油天然氣化工專業(yè)方向有常減壓蒸餾、合成氨生產(chǎn)工藝、化工單元操作、催化裂化反應(yīng)再生聯(lián)合裝置、化工原理實(shí)驗(yàn)、天然氣凈化脫硫、天然氣凈化—硫磺回收等仿真軟件，針對(duì)煤化工專業(yè)方向有甲醇變換工藝仿真、甲醇合成工藝、水煤漿氣化工藝等仿真軟件，還有化工原理素材庫(kù)、精細(xì)化工素材庫(kù)、精細(xì)化工工藝及設(shè)備素材庫(kù)、化工自動(dòng)化基本控制、大型分析儀器仿真和化工過程及裝備全流程一體化半實(shí)物仿真工廠（丙烯酸甲脂生產(chǎn)線）等化工基礎(chǔ)與專業(yè)教學(xué)資源[8]，以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等虛擬仿真教學(xué)資源。

以化工原理虛擬仿真資源的利用為例。任課教師在化工原理理論課程教學(xué)過程中，可利用已建成化工原理素材庫(kù)資源中大量的flash動(dòng)畫或視頻來演示相關(guān)工作原理；學(xué)生可在校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)踐課程中操作化工原理單元虛擬仿真試驗(yàn)以及真實(shí)設(shè)備，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從虛擬到實(shí)物、從單個(gè)設(shè)備到整套裝置，人人都有機(jī)會(huì)動(dòng)手實(shí)操。這就改變了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的單調(diào)、枯燥和空洞，實(shí)現(xiàn)了多元化的學(xué)習(xí)和練習(xí)，讓專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)顯得立體生動(dòng)而印象深刻。再以油氣煤化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，任課教師在實(shí)驗(yàn)課程之前把實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)，課堂教學(xué)中只需簡(jiǎn)要介紹相關(guān)實(shí)驗(yàn)，然后請(qǐng)學(xué)生到前臺(tái)講解工藝原理及流程，并讓其他同學(xué)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，再由教師就其生產(chǎn)原理、工藝流程以及關(guān)鍵操作參數(shù)作詳細(xì)闡述，對(duì)軟件的功能與操作進(jìn)行說明，最后讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并提醒學(xué)生不能僅僅按照操作規(guī)程點(diǎn)擊相關(guān)步驟，而是要看懂操作及其質(zhì)量要求，并且要關(guān)注上下游物料及設(shè)備的聯(lián)動(dòng)。同時(shí)要求學(xué)生遇到問題首先獨(dú)立分析思考和解決，然后與同組或相鄰?fù)瑢W(xué)進(jìn)行集思廣益的探討，若還有沒解決的問題，再請(qǐng)老師幫助，大家一起分析探討和解決問題。專業(yè)生產(chǎn)仿真實(shí)驗(yàn)通常都涉及到化工專業(yè)基礎(chǔ)課程中的相關(guān)原理，教師要引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，比如天然氣凈化脫硫仿真實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)原理為“吸收-解析”和換熱，常減壓煉油工藝仿真的原理為“漸次氣化與冷凝”等。通過層層遞進(jìn)的教學(xué)方式既可以鍛煉學(xué)生的預(yù)習(xí)情況、表達(dá)能力、應(yīng)變能力、評(píng)判能力，還可以鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考能力，培養(yǎng)學(xué)生的全局觀、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為將來的深造或工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。充分而合理地整合現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝軟件及網(wǎng)絡(luò)開放平臺(tái)教學(xué)資源[9-10]，可以實(shí)現(xiàn)與相關(guān)專業(yè)主干課程教學(xué)的有機(jī)聯(lián)動(dòng)，以更好地服務(wù)于化工專業(yè)課程教學(xué)，大幅度提升教師授課質(zhì)量和學(xué)生對(duì)專業(yè)課學(xué)習(xí)的熱情與效果。

三、課程體系建設(shè)與改革

（一）構(gòu)建多層次的化工專業(yè)課程體系

化工專業(yè)課程體系由專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)主干課和專業(yè)實(shí)踐課3個(gè)層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容組成。在課程設(shè)置上，前期構(gòu)筑寬厚基礎(chǔ)，后期優(yōu)化專業(yè)教育，注重學(xué)科交叉培養(yǎng)，加強(qiáng)綜合性和設(shè)計(jì)性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力。專業(yè)基礎(chǔ)課“化工原理”“化工熱力學(xué)”“化工分離工程”“化工儀表及自動(dòng)化”等課程將加強(qiáng)相關(guān)虛擬仿真演示與操作實(shí)驗(yàn)；“石油煉制工程”“天然氣化工工藝學(xué)”“石油化工工藝學(xué)”“精細(xì)有機(jī)合成”“精細(xì)化工產(chǎn)品學(xué)與工藝學(xué)”等專業(yè)主干課程群，將利用學(xué)院已建的虛擬仿真軟件與理論課程開展相關(guān)內(nèi)容教學(xué)。此外，充分利用學(xué)院與產(chǎn)學(xué)研合作單位（比如重慶市天然氣凈化廠、四川維尼綸廠等）的友好關(guān)系，盡可能多地獲取相關(guān)生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)資料以及現(xiàn)場(chǎng)案例視頻，充實(shí)化工專業(yè)課程群的授課內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐教學(xué)的融合、理論服務(wù)于實(shí)踐，豐富和延伸化工專業(yè)課程群的內(nèi)涵。當(dāng)然，不同學(xué)校也可以根據(jù)自身學(xué)科發(fā)展以及專業(yè)建設(shè)的需要新增或完善課程群所需要的相關(guān)虛擬仿真教學(xué)資源與平臺(tái)。新的課程體系將體現(xiàn)出由專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練到專業(yè)綜合技能提高，再到研究與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、思考問題、解決問題”等工程實(shí)踐綜合能力的提高。

因此，根據(jù)新構(gòu)建的化工專業(yè)課程體系及相關(guān)內(nèi)容需求，充分整合并優(yōu)化現(xiàn)有的相關(guān)化工虛擬仿真教學(xué)資源[11]，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的線上線下全開放，讓化工專業(yè)各年級(jí)及其他專業(yè)的學(xué)生都能有更多的學(xué)習(xí)資源與途徑[12]，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)化工專業(yè)課程的學(xué)習(xí)深度，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量化工專業(yè)人才的培養(yǎng)。

（二）采用“以學(xué)生為主”的教學(xué)模式

化工專業(yè)課程的教學(xué)過程，必須充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主體的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。專業(yè)教師授課無論多積極，授課質(zhì)量與水平無論多高，學(xué)生如果僅僅是被動(dòng)地聽從，其最終的學(xué)習(xí)效果都會(huì)大打折扣。虛擬仿真技術(shù)的引入，將突破傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式在學(xué)習(xí)空間和學(xué)時(shí)上的限制；虛擬仿真技術(shù)結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”和MOOC、MOOE等教學(xué)方式[13-14]，將實(shí)現(xiàn)“線上線下”教學(xué)空間的融合。具體而言，教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開放權(quán)限，給學(xué)生提前熟悉并練習(xí)操作相關(guān)生產(chǎn)工藝（開停車操作以及常見事故處理等），其后的課堂教學(xué)，教師通過多媒體教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，再加載相關(guān)虛擬仿真生產(chǎn)工藝進(jìn)行理論與實(shí)踐綜合教學(xué)[15]。學(xué)生通過在線教學(xué)平臺(tái)可以提前了解相關(guān)的課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)演示和互動(dòng)操作[16]，也可以預(yù)約虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)房或工廠進(jìn)行預(yù)習(xí)式、探究式學(xué)習(xí)，然后再帶著問題進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)并由老師釋疑解惑。這種“以學(xué)生為主”的個(gè)性化、合作化的教學(xué)模式，能夠使學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，由“被動(dòng)聽講”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)學(xué)習(xí)”，由傳統(tǒng)“教材控制”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)習(xí)者控制”，有助于完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

（三）引入在線PBL教學(xué)模式

PBL教學(xué)法（Problem Based Learning，PBL）是以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是基于現(xiàn)實(shí)世界以學(xué)生為中心的教育方式。“以學(xué)生為中心，以問題為基礎(chǔ)”，也就是由教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題獨(dú)立收集資料并能夠發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生具備自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的一種教學(xué)模式。

教師在虛擬仿真平臺(tái)以及在線教學(xué)平臺(tái)上采用PBL教學(xué)法，需提前針對(duì)相關(guān)專業(yè)課程及實(shí)驗(yàn)操作設(shè)置大量的專業(yè)問題[17]，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)工藝生產(chǎn)及操作的同時(shí)進(jìn)一步明確相關(guān)工藝流程、生產(chǎn)目的和關(guān)鍵控制崗位，能夠循序漸進(jìn)地理解相關(guān)原理知識(shí)，也能夠養(yǎng)成課前預(yù)習(xí)的良好習(xí)慣，更能夠舉一反三。例如，設(shè)置“天然氣加工處理過程中為什么必須先脫硫然后再脫水”“為什么原油蒸餾必須適當(dāng)?shù)倪^熱”“石油煉制為什么必須進(jìn)行減壓蒸餾環(huán)節(jié)”“減壓渣油是否可以直接作為加氫裂化的原料”“醇胺溶液為什么最好進(jìn)行多級(jí)過濾”“柏油馬路上為什么不能晾曬谷物”“為什么小孩子在車流密集的馬路上行走所受環(huán)境污染比成年人更為嚴(yán)重”“為什么說所有的油品分析都是條件性的”“天然氣甘醇脫水以及醇胺脫硫的工藝原理的異同是什么”“天然氣制合成氣與煤制合成氣的原理及工藝何有異同”等專業(yè)問題，讓學(xué)生帶著問題與好奇去學(xué)習(xí)和思考，養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)并積極思考的習(xí)慣。

（四）引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂是指通過課內(nèi)外教學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)模式，是一種“先學(xué)后教”的模式[18]。這類教學(xué)新模式打破了單向灌輸?shù)慕虒W(xué)模式和被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，近年來在各學(xué)科教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。在化工類教學(xué)改革方面，翻轉(zhuǎn)課堂最初多被授課教師用于理論課程教學(xué)方面的改革，近年來在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程方面的運(yùn)用也逐漸增加[19-21]。課前，學(xué)生通過在線教學(xué)平臺(tái)和虛擬仿真平臺(tái)，對(duì)相關(guān)專業(yè)課程進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，對(duì)系統(tǒng)里的專業(yè)問題進(jìn)行思考，在一定程度上掌握相關(guān)課程章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)。課堂中，授課教師有選擇性地針對(duì)平臺(tái)教學(xué)資源上的問題進(jìn)行提問，然后根據(jù)學(xué)生的回答狀況來判別學(xué)生對(duì)相關(guān)工藝及原理等知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，再經(jīng)過討論，拓展學(xué)生的思維，發(fā)現(xiàn)更多深層次的問題，最后由授課教師進(jìn)行總結(jié)。這種教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)在于，教師能夠根據(jù)學(xué)生課前對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度進(jìn)行有針對(duì)性、有側(cè)重的講解，從而提高教學(xué)質(zhì)量；學(xué)生有機(jī)會(huì)成為課堂的“主角”，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的翻轉(zhuǎn)，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握也更加透徹。

（五）提升專業(yè)教師隊(duì)伍的綜合能力

化工專業(yè)課程群的改革與建設(shè)中非常關(guān)鍵的是專業(yè)教師隊(duì)伍綜合能力的提升。這既包括教師本身專業(yè)知識(shí)水平的提升，更包括教師的教學(xué)方法與技能的提升。其中，教師本身的專業(yè)水平尤其是工程實(shí)踐經(jīng)歷與能力尤其重要，它意味著教師在授課過程中是否具有將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的能力。教師只有聯(lián)系實(shí)際生動(dòng)地講授課程內(nèi)容，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，透徹理解相關(guān)專業(yè)知識(shí)。但是，從目前看，絕大部分教師由于教學(xué)和科研任務(wù)繁重，很難有多余的時(shí)間和精力到行業(yè)企業(yè)進(jìn)行工程實(shí)踐鍛煉和學(xué)習(xí)。因此，利用校內(nèi)各種虛擬仿真生產(chǎn)教學(xué)資源提升教師自身的工程實(shí)踐能力就顯得尤為必要。

重慶科技學(xué)院化工虛擬仿真教學(xué)團(tuán)隊(duì)首先利用結(jié)合了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)工藝參數(shù)開發(fā)的各虛擬仿真軟件對(duì)化工專業(yè)課教師進(jìn)行培訓(xùn)和操作練習(xí)，然后再利用虛實(shí)結(jié)合的化工過程及裝備全流程一體化半實(shí)物仿真工廠（如丙烯酸甲酯生產(chǎn)線）對(duì)教師進(jìn)行企業(yè)上崗培訓(xùn)，并對(duì)仿真工廠進(jìn)行生產(chǎn)模式化運(yùn)行，完成了對(duì)化工專業(yè)課教師團(tuán)隊(duì)成員的工程實(shí)踐能力鍛煉，提升了教師的工程知識(shí)綜合水平。同時(shí)，專業(yè)課程群的教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了教師間專業(yè)知識(shí)的交叉與融合、教學(xué)技能的互補(bǔ)。此外，教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員的分工協(xié)作，避免了“單兵作戰(zhàn)”的不足。由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教學(xué)名師負(fù)責(zé)教學(xué)方法指導(dǎo)，教研教改經(jīng)驗(yàn)豐富的教師負(fù)責(zé)教學(xué)方法設(shè)計(jì)，各專業(yè)課教師負(fù)責(zé)課程內(nèi)容的改革與實(shí)施；由專業(yè)負(fù)責(zé)人牽頭對(duì)相關(guān)專業(yè)課程群的虛擬仿真教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化整合與實(shí)施，在穩(wěn)定的化工專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)集體努力下，形成制度化的專業(yè)主干課程群的建設(shè)與激勵(lì)機(jī)制；由專業(yè)教師隊(duì)伍去豐富專業(yè)課程資源特別是專業(yè)主干課程的素材與內(nèi)容，極大地提升了化工專業(yè)課程群教師的教學(xué)水平，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

四、結(jié)語

針對(duì)化學(xué)工程與工藝以及能源化工等化工專業(yè)現(xiàn)有師資水平、課程內(nèi)容、教學(xué)方式以及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)等方面的問題與不足，探討了利用虛擬仿真資源強(qiáng)化專業(yè)課程體系建設(shè)、虛擬仿真實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開放與共享、專業(yè)課程教學(xué)模式的改革與應(yīng)用等內(nèi)容，并結(jié)合高水平化工專業(yè)教學(xué)師資團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，介紹了重慶科技學(xué)院在提高化工專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量和效果，實(shí)現(xiàn)“教與學(xué)”的有機(jī)聯(lián)動(dòng)方面的經(jīng)驗(yàn)。