化工原理網絡教學新特點及課程思政的探索*

陳作義，柳曉俊

(廣東第二師范學院化學與材料科學學院，廣東 廣州 510303)

在全球疫苗施打實現群體免疫之前，新冠病毒仍在持續的變異與傳播，疫情隨時隨地都可能爆發。為了阻斷疫情在校園蔓延，網絡授課在2020年春季起即成為各大中專學校的一種常備教學形式。化工原理課程是化學工程與工藝、材料化學、暖通空調、土木工程等專業的一門重要基礎課程。對于化學化工類專業而言，化工原理是連接物理化學、高等數學、普通化學等基礎課程與專業課程(如分離工程、反應工程等)之間的“橋梁紐帶”課程，也是由基礎學科課程向工程學科專業課程過渡的基礎核心課程，課程的特點是運用數學的知識解決化學過程中的物理現象?；ぴ碛纸袉卧僮?，是來分析和解決化工類型生產中的流動、傳熱、過濾、吸收、精餾、萃取、攪拌、蒸發等單元操作的問題，起著由理論到工程、由基礎到專業的雙重橋梁作用，對培養學生的工程思維與創新能力起著至關重要的作用。本論文以在線網絡教學為背景，利用翻轉課堂模式將課程思政元素融入化工原理教學與改革中，優化教學過程中的各個環節，著力培養具備民族自豪感、使命感和責任感的高素質專業人才[1]。

1 化工原理網絡教學過程的特點

作為一門計算型學科，化工原理各個單元操作的原理不同，公式復雜又多難以死記硬背，學生對化工原理基本的知識點的理解和掌握困難很大。網絡教學的優點在于教學時間的靈活性和視頻的可重復性，但若學生沒有較好的完成課前預習，教師僅僅將傳統的面授內容搬到網絡進行，很難按時完成教學內容，教學質量和教學效果更加難以保證。所以課前預習內容的設置、網絡教學的展開方式決定了學生的學習效率、知識掌握程度和專注程度。化工原理教學過程中非常注重師生之間的互動和交流，而僅靠隔著屏幕的網絡教學，互動和交流的效率很難與面授課堂相比，加上課程的新知識高密度和高難度都可能會使學生在上課時的注意力下降。所以網絡網絡教學的化工原理課程，必須忠實貫徹新工科教育改革的宗旨，教育理念必須從“教”向“學”實現轉移，學生的學習風格也必須包含具體經驗、反思觀察、抽象概括、主動實踐等教學元素，把教育理念和教育基礎放到工程領域的具體情境中，將學生努力培養成具備扎實的工程基礎理論和專業知識的高水平工程師[2]。此外，由于化工原理課程與工程實際或日常生活聯系比較緊密，因此線上可以通過一些視頻的導入調動學生學習的積極性，并盡量啟發學生運用所學知識解決身邊問題，提高學生學習本課程的興趣。

2 各教學模塊的實施

2.1 復習模塊

雖然化工原理課程的各章節知識相對獨立，但每章知識點不可能一次課講完或者一周內講完，為了盡快完成新老課程的銜接，每次課前準備10分鐘左右的視頻，以視頻錄播的形式回顧上次課的主要內容，集中對上次課學生困惑較多的知識點和疑問較多的作業題進行答疑，盡快將學生的思維切換到化工原理所需的工程性和計算型思維上來；并為當次的新課的導入作好鋪墊。

2.2 新內容導入模塊

講授復雜枯燥的專業課程，必須要注重引發學生對問題的思考、激發學生的學習興趣、塑造學生對知識渴望。在每次新課內容之前，可以通過圖片或者短視頻來描述本章節內容所講解內容的實際意義，盡快聚焦學生的注意力。化工原理課程涉及的眾多內容，是能夠從日常生活中挖掘許多案例的。如在講解沉降過程時，可以設問“比薩斜塔上落下的兩個鐵球真的同時落地嗎”、“下雨的時候雨水為什么沒有把傘布砸破”；在講解擴散系數時，可以設問“為什么說酒香不怕巷子深”、“既然氨水極易溶于水為什么不在有氨氣溢出的地方多挖一些水塘”；在講解對流換熱系數與傳導傳熱的相對大小時，可以設問“開水瓶貯水以存水多少保溫效果最好”。這些設問讓學生意識到化工原理與日常生活緊密聯系，易引起學生的興趣，讓學生享受知識解釋生活的樂趣。講解離心泵的工作原理和基本結構，可利用動畫呈現：泵軸帶動葉片旋轉，葉片尾端液體在慣性離心力的作用下被甩向外周，在泵殼作用下液體動能有效轉化為靜壓能，并從排出口輸出；同時液體被甩出后，葉輪中心形成低壓區，大氣壓將液體連續不斷的吸入和排出。通過動畫展現，有效幫助學生理解泵的工作原理、內部結構及其操作中要避免的“氣縛”和“汽蝕”現象[3]。離心泵的吸液、排液以及動能和靜壓能之間的轉換也采用動圖形式展示，學生們就很容易接受和理解，圖文并茂同樣也非常有助于教師對內容的正確講解?；ぴ碇泄阶罴?、理論最枯燥的要數吸收章節了，全章約有70多個公式，包括亨利定律的多種形式及其亨利系數、雙膜理論及假設、各種傳質速率方程及其傳質系數和推動力、復雜且陌生的準數表達式、填料層高度的計算等等，課堂中若單純用文字描述或公式推導，學生很難深刻理解其原理。網絡課堂可以利用各種優秀的線上授課視頻及動畫來充實課程內容，使同學們更直觀、形象的了解其中的傳質原理，提高他們的學習興趣。在吸收塔內填料層高度的解答過程時，可以使用思維導圖的模式，以計算目標中涉及的各個公式中的已知量和未知量逐項填入思維導圖中，并將使用到的各個公式列在思維導圖中，經過逐步推算，將吸收塔的塔頂塔底的氣液兩相組成分別求出，代入到平均推動力公式中求出傳質單元數，并最終求得填料層高度。

2.3 拓展性學習模塊

對于化工原理這類工程應用性很強的學科，學生往往有一個共同的感覺：課堂上都能聽懂，一下課全忘，碰到作業眼前一黑不知所措。為了幫助學生梳理知識點、加強對重難點進一步的理解，每次網絡講授課后，會準備一張圖片次日發到課程學習的微信群，讓學生在短時間內對新學的知識點有一個簡要的回憶。每一章學完，要求學生使用思維導圖對該章內容進行總結，通過繪制思維導圖，學生主動將所學知識點串聯起來，并將各章節的思維導圖的完成質量作為學生平時作業納入期末考評的一部分。圖1為吸收章節的思維導圖的示意圖。

圖1 吸收章節知識的思維導圖Fig.1 The mind map of knowledge for absorption chapter

2.4 學習反饋模塊

網絡教學課堂時間有限，大多數很難在上課時段將所學內容準確理解和掌握。每堂課結束后，會在超星平臺要求學生及時做好復習和預習，并布置適量的作業，通過超星平臺強大的統計功能，及時掌握學生課后所下功夫，并通過騰訊課堂、微信群和超星平臺收集學生對近期課程的學習感想、學習困惑或者提出建議。結合微信群和超星平臺的分享式教學，多路發掘，觸類旁通，逐漸形成關于學習內容的雙向解答和分析，教學相長，確保學生獲得的每一個知識點的精確性和完整性[4]。此外，反饋式教學能增進學生的思考，并能拉近教師和學生之間的距離，增進感情，有利于知識的傳遞和分享，可以真正實現教書育人的雙模式教學。

3 課程思政元素在網絡教學中的體現

習近平總書記在2016年的全國高校思想政治工作會議上指出，“做好高校思想政治工作，要用好課堂這個主渠道，提升思想政治教育親和力和針對性，要堅持以德樹人，全方位育人”[5]。作為一種新的綜合教育理念，課程思政以 “立德樹人”作為教育的根本任務，它以構建全員、全程、全課程育人格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。通過科學家的典型人物事跡，可以激起學生的理想信念、使命感和科學教育精神。如流體流動這一章節中提到的顧毓珍公式[6]，可將顧毓珍先生生平做一張簡表：顧毓珍十歲喪父，在其母親的嚴厲規范下自小就打好了中英文基礎，后考上輔仁中學和清華學校，出國到MIT攻讀化學工程學士和博士學位，學成后毅然回國報效祖國。他嚴于治學，勤奮工作，無論是教學和科學研究，都一絲不茍、孜孜以求。他發起成立中國化學工程學會，編著《化學工程學叢書》，對我國化學工業的發展和化學工程學科所作的奠基性貢獻。此外，還有范旭東、侯德榜、吳蘊初、蘇元復等著名化工奠基人的艱苦奮斗和愛國事跡，都體現了中國人自強不息的拼搏與愛國精神?；ぴ碚n程中許多理論和公式以科學家命名的，其中傳熱章節中的傅里葉定律，即由法國著名科學家傅里葉首先提出。傅里葉雖然科學成績斐然，但他的個人奮斗史其實非常坎坷。傅里葉九歲成為孤兒，從小就表現出對數學和物理的濃厚興趣，1807年傅里葉向法國科學院遞交關于熱傳導的論文《熱的傳播》，但是被拉格朗日、拉普拉斯等審閱后否定，第二次提交又被強烈的反對。最后傅里葉以執著的態度堅守科學精神，對內容進行了梳理和擴充，終于在1822年出版了他的經典著作《熱的解析理論》。傅里葉曲折的成功路讓我們意識到，科研道路并不是一帆風順而是有很多艱難險阻等待克服的，成功只垂青于那些“勤奮”“百折不撓”和“專注”的學者。另外一些人名方程，如伯努利方程、斯托克斯公式、牛頓冷卻定律、傅里葉定律、亨利定律、費克定律、拉烏爾定律、吉利蘭關聯式等，這些方程的提出都沉淀了前人的智慧。通過介紹科學家的故事，可以加深學生對重要知識點理解，讓學生認識到除了具備扎實的專業知識，還要有專注執著、精益求精的工匠精神?；づd邦，安全興國，安全是各行業特別是化工行業的頭等大事[7]。在化工原理教學中，通過對于歷年的大型化工安全事故進行穿插介紹，鼓勵學生課后自覺查閱相關事故的來龍去脈及處理應對措施，努力將安全理念、職業道德、行業法律法規等德育元素和意識滲入到課堂學習中，培養具有良好安全觀的新一代化工人。

4 結 語

在全球新冠疫情反復的情況下，大學生容易產生價值觀錯誤、理想信念缺失等嚴重問題。在網絡教育的大背景下，不斷深化化工原理課程教學改革，通過轉換“教”與“學”的角色，使用超星平臺資源，使用騰訊課堂和微信群的及時互動功能，更好的將教學的四個模塊在網絡教學中呈現出來，從而提升教學效果。同時還要將思政元素融入課堂教學中，把馬克思主義辯證思想與科學精神的培養結合起來，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力，培養具有正確人生觀、價值觀、安全觀、職業素養和匠心精神的新型綠色化工人才。