利用互聯網改革化工原理教學模式研究

王衛京，于 馳，李鳴明，富 強

（大連大學 環境與化學工程學院，遼寧大連 116622）

化工原理是化工及相關專業一門重要的專業基礎課。該課程包括多個化工中的單元操作過程，每個單元操作過程都有獨特的理論體系，因此該課程理論復雜，公式繁多，設備千差萬別。由于化工生產的特殊性，學生平時很難接觸到化工生產過程和設備，導致學生在學習化工原理的時候，無法與具體的生產實物相聯系，也就無法有效地將理論與實際相結合，從而感到理論枯燥，公式復雜，內容不直觀。進而對該門課程望而生畏，喪失學習興趣與主動性，學習處于被動狀態，效果不佳。

互聯網的廣泛應用，使各行各業發生了巨大變化，萬物互聯的物聯網也隨之興起，我國更是將數字經濟作為下一個經濟增長點來發展。在教學領域，互聯網不僅提供了豐富的教學資源，還產生了雨課堂、慕課、虛擬仿真等新的教學手段。采用新的教學手段，利用互聯網豐富的資源，強大的交互能力，強化化工原理教學內容的直觀性，提升學生對化工生產的感性認識，在感性認識的基礎上進一步發展對化工過程的理性分析，是化工原理教學改革的一個重要方向。通過改革，提高學生在教學過程的參與度，使學生切實感受理論知識與工程實際的結合和應用，體驗解決工程問題的思路和方法，提高學生學習的興趣，使學生由被動學習轉向主動學習。使學生融知識、技能、創新為一體，具有較強的綜合能力，達到新工科培養復合型人才的教學目標。

1 利用互聯網強化化工原理課程思政建設，引導學生樹立正確的世界觀

進行思想政治教育是大學教學中的一個重要部分，課堂是思想政治教育的重要陣地。化工原理是一門專業課程，其內容是有關化工單元操作的專業知識，很難從中發掘出課程思政內容。如果硬要在授課過程中加入思政內容，就會讓授課過程變得十分的生硬，內容變化十分突兀，讓學生感到純粹是為了思政而思政，反而起不到良好的教學作用。只有將課程思政同教學內容無縫銜接，平穩過渡，才能使思政內容起作用，起到良好的教育效果。而如何在如此專業的課堂上進行課程思政教育，是擺在大學教師面前的一個重要課題。在長期教學實踐中，教師利用互聯網資源優勢，在互聯網中發掘出一個個和化工有關的事例，從中不斷篩選出和課程思政有關的內容。如利用化工史上先輩們奮斗的光輝事跡，對學生進行激勵。比如我國化工界泰斗時鈞院士，具有堅定的信仰，在九十歲高齡申請入黨，并獲組織通過，向我們展示了一代大師畢生崇高的追求。在講化工原理蒸餾部分時，向學生講述余國琮院士的事跡。余國琮院士創造性地利用蒸餾的方法分離重水，解決了重水生產中的卡脖子問題，為我國的兩彈一星做出了重要貢獻，實現了“爭一口氣”的誓言。大慶油田從美國引進一套先進的負壓閃蒸原油穩定裝置，投產后輕烴回收率一直達不到生產要求，美國公司副總裁曾帶領專家進行了2個月的調試仍未能解決問題。余國琮院士對設備進行了改造，使輕烴回收率不僅達到原設計指標，還超過了預期。通過講述這些化工人生動的奮斗事跡，引導學生樹立正確的三觀，從思想深處培養學生學習的主動性。

在化工原理流體流動這部分內容中，講到了畢托管，它是用來測流速的，教材上提到畢托管時，只是簡單地用了一張插圖。通過利用互聯網查詢，可以查到畢托管不僅在化工領域中使用，在航空中也廣泛使用。飛機上廣泛使用的空速管就是畢托管。因此，在講述這部分內容時，對教材內容做了適當引申，向學生展示了各種各樣飛機上使用的畢托管，開拓了學生的視野，在此基礎上向學生講述秘魯航空603航班，由于工作人員的接連失誤，造成清潔時使用的保護性膠布沒有從畢托管靜壓口去除。在這個過程中，先后有三次機會發現并修正這個失誤，卻最終沒有做到，致使飛機起飛后高度和空速指示錯誤，最后飛機墜毀，造成嚴重的空難。以此例為契機，引入課程思政內容，引導學生要養成重視細節，踏實負責的工作作風。否則一個小失誤，就會帶來大災難?；ば袠I是一個特殊行業，生產工程中易燃易爆的環節多，對于化工行業的從業人員尤其要警鐘長鳴。

2 利用互聯網進行翻轉課堂教學，改變化工原理教學模式

根據愛德加·戴爾的學習金字塔理論，在不同的學習教學方式中，兩周后的知識留存率為：聽講為4%～8%，閱讀為6%～10%，聲音和圖片為12%～18%，示范為20%～45%，動手作為45%～65%，小組討論為60%～80%，教別人為80%～98%。在這中間，課堂授課的知識留存率最低，而教導他人，應用所學知識，知識留存率最高。而研究人員對畢業后工作的學生進行調查后發現，在關于高校學習生活最受益的環節選擇比例中，工科學生的選擇如表1所示。

表1 工科類學生關于高校學習生活最受益的環節選擇比例

從表1可以看出，學生的選項中，排第一的是校外實習與社會活動，為32.6%，其次是同學間的互動交流，為26.1%，第三為課外自學，為19.7%，第四、第五分別是課堂教學和教師指導，僅占11.2%和10.4%。由上述研究可以看出，在大學教學環節中，以教師為主體的課堂教學是學生認為收益最小的環節。長期以來，化工原理由于理論較多，一直采用講授的方式進行教學，教學效果并不好，這是原因之一。而翻轉課堂給學生提供了應用知識教導別人和學生之間相互交流、討論的機會。利用翻轉課堂對化工原理教學模式進行改革，讓學生變成課堂主角，有可能改善化工原理教學效果。但是由于化工原理課程理論多，理論難度大，如果用翻轉課堂教學，由于學生基礎不同，能力不同，會導致教學效果差別過大，反而起不到提高教學效果的作用。

在長期的教學實踐中發現，化工原理的教學內容是有規律可循的。化工原理主要是化工中的單元操作問題，對于每一個單元操作，課程內容大致可分為概述、基礎理論分析、有關的設備與技術三部分。在這三部分內容中，有關的設備與技術這部分理論性不強，內容也簡單易懂。但是由于教科書的滯后性，涉及前沿技術與設備不多，內容相對陳舊，學生學起來興趣也不大。針對這種情況，在教學中把這部分內容進行壓縮，讓出部分學時進行翻轉課堂，將這部分轉化成研究有關該部分領域的前沿與進展的課題。同時讓學生自由組合，組成一個個學習小組，利用互聯網進行自學，探索該領域的研究進展及發展前沿，然后每組在課堂上以做報告的形式進行講解，通過這種形式，將自學、討論、教別人等教學方法融合起來，讓學生參與教學，實現由要我學到我要學的轉變。同時由于學生是自愿組隊完成課題，在完成課題過程中學生能夠相互幫助，互動交流。通過這種改革，實現學生互動交流，應用所學，進而提高學習效果。實踐證明，學生對這種教學模式很是歡迎，積極主動在網上查詢各種資料，認真歸納總結，精心準備課堂報告。在講解過程中，一些學生把某一領域歷史進行了認真梳理，總結了該領域技術發展的脈絡，強化了對該領域知識體系的認識。還有一些學生不僅在報告中展示了該領域的研究前沿，還講解了我國在該領域的研究進展，甚至給出了相應的研究項目及成果。還有同學找到了某領域的最新技術，甚至有的同學把一些不常見的用途都查了出來。學生們的學習積極性很高，在該領域的視野得到極大拓寬。

通過對化工原理教學模式的改革，使學生由被動聽課到主動講課，由學知識到用知識，提高學生了學習本課程的主動性。同時學生能夠在自學過程中互相交流，使教學效果倍增，也培養了學生的合作精神與團隊意識。

3 利用網絡平臺，強化學生對化工生產的感性認識

由于化工生產的特殊性，化工生產單位一般不允許人隨便進出，學生平時很難直觀認識化工生產過程及設備，更不要說現場深入了解設備結構了。這種現狀致使學生無法形成對化工單元操作的感性認識，在聽化工原理授課時，就會感到抽象，難懂，對本課程望而生畏。

近年來，隨著計算機與互聯網技術的發展，虛擬仿真技術得到飛速提高。虛擬仿真技術能夠虛擬現實，做到人機互動，具有便捷化、信息化、無危害化、便于呈現的技術特點，所以，虛擬仿真技術在國內外的大學、科研機構取得了飛速發展，得到了廣泛應用。比如墨爾本大學就建立了3D化工實踐教學系統，促進了化工教學的發展。在國內許多大學如中國科技大學、清華大學、復旦大學等，都在教學和科研中開發了虛擬仿真技術。

化工生產過程具有高危性。很多軟件公司針對這個問題，利用虛擬仿真的無危害化特點，開發了大量各種各樣的化工仿真軟件。這些軟件具有真實生動、互動性強、界面友好的特點，非常適合學生學習、實驗以及實踐使用。在互聯網上，這些仿真公司建立了大量的仿真平臺，平臺上有化工生產及設備的仿真軟件。利用這些化工仿真平臺，學生就可以進入虛擬化工生產廠，在網上就能夠觀察各種化工生產過程和設備，進入設備內部觀察其運行情況，了解設備結構及原理。同時，學生還可以對化工生產過程進行仿真操作，在網絡平臺上對生產進行開、停車，處理各種生產事故。我們在教學過程中，就讓學生操作了聚氯乙烯，合成氨以及常減壓蒸餾等生產過程?；どa仿真軟件具有無危害性，可重復操作，學生在網上能夠反復操作，反復實踐，形成了對化工生產操作及設備的深刻認識。教師在系統后臺監控學生的操作情況，并可以進行考核。通過這種教學模式，引導學生熟悉整個化工生產流程，從全局的角度了解每個化工單元操作在生產中的位置及作用，進一步理解化工單元操作原理，將書本上的理論與實際相結合，提升學生對化工生產的感性認識，在感性認識的基礎上進一步發展對化工過程的理性分析，使學生切實感受理論知識與工程實際的結合，在工程實際中的應用，體驗解決工程問題的思路和方法，提高學生學習的興趣。

4 充分利用網絡教學資源，豐富化工原理教學內容

近年來，互聯網發展迅速，各種教學資源在網上越來越豐富，化工原理課程也不例外。作為化工原理授課教師，就要充分利用這些教學資源，作為自己教學內容的補充。

作為大學教師，大部分時間是在校園內從事教學科研活動，而對校園外本行業的生產及發展情況了解并不充分。在教學中經常會碰到學生問我們他們畢業后從事什么樣的工作，工作內容及環境是什么樣的問題。碰到這些問題，教師很難給出全面形象的回答。學生對自己畢業前景也是一頭霧水，找不到努力的方向。針對這些問題，我們從互聯網上選取了介紹化工廠，化工設計院，化工研發工作等方面的視頻，涵蓋了化工專業學生就業的大部分方向。這些視頻很多都是由化工專業畢業生制作，通過第一人稱視角介紹他們從事的工作，以及畢業后回首大學生活的感悟，在學習中的經驗及教訓，很貼合學生的實際需求。學生經過觀看視頻，再結合自身情況，就很容易明白自己將來想干什么，找到努力的方向，在學習化工原理的過程中就能抓住學習的重點，激發他們的學習興趣。

另外，在教學過程中還可以利用互聯網資源，在網上下載各種圖片、動畫，直觀展示化工設備及其原理。例如從網上下載板式塔、填料塔的動圖，能夠很清楚地向學生展示塔內的結構及流動情況。可以觀看有關化工直播，跟著化工主播認識化工生產過程，在直播中學生看到生產實際中最先進的設備及工藝。可以組織學生學習有關慕課，聆聽大師授課，從不同角度對知識點進行學習。這樣不僅充分利用學生的碎片化時間，學生隨時對所學內容進行復習，而且學生從另外一個不同于教師的視角理解知識點，加深了對所學知識的掌握。還可以讓學生利用網絡自學Aspen等設計軟件，并用之設計換熱器、精餾塔等設備，參加化工競賽等，利用最先進的軟件對化工原理知識學以致用，在使用知識的過程中掌握知識。總之，利用豐富多彩的網絡資源，從不同側面強化化工原理的學習。

5 結束語

化工原理包含多個獨立的單元操作過程，理論繁雜，公式眾多，設備各式各樣構成了該課程內容的特點，也成為學生學習該課程的難點。如何幫助學生克服這個難點是擺在化工原理授課教師面前的問題。互聯網的產生，給社會的各個角落帶來了改變，也給化工原理教學帶來了改進的契機?；ヂ摼W具有資源豐富，仿真生動、互動性強、能夠共享的特點，可以彌補化工原理教學手段的不足。作為化工原理課程授課教師，要順應時代發展趨勢，充分利用互聯網優勢，改革化工原理教學模式，提高化工原理教學內容直觀性，增加學生在教學中參與度，挖掘學生學習主動性，促使學生交流互動，最終達到提高化工原理教學效果的目的。