人工智能（AI）時代背景下“精細化工工藝學”課程教學改革研究與實踐探索

摘"要：人工智能（AI）技術是計算機科學的一個分支，近年來飛速發展，作為一項非常前沿的科技，其在教育領域的應用也日益廣泛。針對以往在“精細化工工藝學”教學過程中存在的問題，如課堂缺乏創新性和互動性、理論教學與實踐教學相脫節等，本文詳細探討了將AI技術引入“精細化工工藝學”教學中的一系列改革措施，旨在提高教學效果，培養學生的創新能力和實踐能力。通過分析AI技術在教學內容、教學方法和評估體系等中的應用，提出了具體的教學改革方案和教學改革目標，以期為精細化工工藝學的教學改革提供參考。

關鍵詞：精細化工工藝學；人工智能（AI）；教學改革；創新能力；實踐能力

1"概述

“精細化工工藝學”作為應用化學專業的重要專業課程，其教學內容涵蓋了高分子材料加工助劑、表面活性劑、食品添加劑、膠黏劑、涂料、化妝品等常見精細化工產品的配方設計、合成路線、生產工藝及應用性能。課程在幫助學生了解專業定位、掌握精細化學品種類及各單元反應的基本原理、分析精細化學品生產控制指標及影響因素及設計精細化學品的工藝流程等方面具有重要意義。

目前，大部分課程的教學過程采用傳統手段，即教師采用板書、PPT講解等方式傳授知識，課堂上缺乏創新性和互動性。“精細化工工藝學”是一門實踐性很強的專業課程，在教學過程中，往往存在理論教學與實踐教學相脫節的情況。一方面，課堂上的理論教學過于注重知識的傳授，缺乏對實際生產案例的分析和討論，學生難以將理論知識與實際應用相結合；另一方面，實踐教學環節相對薄弱，實驗設備和場地有限，學生的實踐操作機會較少，無法真正掌握精細化工工藝的實際操作技能。傳統教學手段不僅很難讓學生掌握所學知識，還無法激發學生的學習興趣和積極性，導致課堂教學效果不佳。而且，“精細化工工藝學”課程涉及的領域廣泛，知識點較為分散。教材中各章節之間的聯系不夠緊密，缺乏系統性的整合，學生在學習過程中難以形成完整的知識體系，對精細化工工藝的理解不夠深入［12］。所以，在教學探索及改革的過程中，根據培養對象和培養目標，在課時允許的范圍里，如何提升教學效率與質量，如何豐富教學資源與方法，如何讓學生通過“精細化工工藝學”這門課程提升綜合能力，是本課程團隊的教師在近年的教學過程中不斷教學反思并予以解決的問題。

人工智能（Artificial"Intelligence，簡稱AI）是計算機科學的一個分支，其指計算機系統能夠執行通常需要人類智能才能完成的任務，如學習、推理、解決問題、理解語言、識別圖像等。AI技術能夠為教育領域帶來許多的機會與改革，從智能教學系統到自然語言處理，從虛擬現實技術到智能評估系統，再到數據分析和預測，AI正在引領一場全新的教育改革［34］。利用AI技術，可以豐富教學素材和教學資源，讓理論教學和實踐教學達到更完美的契合，如利用AI技術可以從海量的網絡資源中獲取與“精細化工工藝學”高度相關的最新研究成果、行業動態、案例分析等內容，讓學生能夠及時了解和掌握精細化工領域的最新發展。同時，AI的智能化還可以通過自然語言處理技術與學生進行交互答疑，根據學生的學習進度、知識掌握情況等因素，為學生提供個性化的學習方案和學習資源。不僅如此，AI的開放性能夠拓寬教師和學生的視野，對于教學質量的提高有極高的促進作用。AI背景下的多元教學模式可以發揮網絡信息平臺在教育資源配置中的優化和集成作用，將網絡學習與教學互動緊密結合在一起，如此可在引導學生建構“精細化工工藝學”知識體系的同時，有效推進學生對行業發展的深入認知，并使其充分結合信息理解相關的專業知識，達到相輔相成的效果。在“精細化工工藝學”的實驗教學中，利用AI技術還可以模擬一些專業實驗中沒有涉及的化學反應過程，提供虛擬實驗環境，讓學生在虛擬環境中進行實驗操作，完成對于實驗原理的理解和數據的分析預測［56］。最重要的一點，目前，在高校的本科課程教學過程中，AI技術的應用仍處于起步階段，其對于教學的促進作用發展空間極大。將AI技術合理地與實際教學結合，對教學模式進行改革探索，有望為其他課程的教學改革提供一定的理論指導與推動作用。

2"AI教學改革內容

2.1"教學內容優化

目前，我校應用化學專業“精細化工工藝學”課程所采用的教材為中國石化出版社的教材《精細化工工藝學》（第三版），教材由13個章節組成，主要介紹精細化工行業涉及的代表性產品及其結構、性能和生產工藝等。整體上看，課本內容與生產實際的關系密切，包含的知識點繁雜，傳統的講授方式相對枯燥和乏味，而且教材雖然進行了更新，但是與飛速發展的精細化工行業相比，其內容略顯陳舊，無法及時向學生們傳遞領域內的前沿動態，同時缺少形象具體的影像。拋開學習的難度和強度，對于學生來講，這些內容很難提起學習熱情。在不改變教學大綱授課內容的情況下，在教學過程中利用AI技術，在海量的網絡資源中，尋找適合學生的相關資源和學習內容，將其與知識點有機結合，幫助學生有效學習。

2.2"教學模式創新

翻轉課堂：翻轉課堂是一種以學生為中心的教學模式，將傳統課堂上的講授環節轉移到課后，學生在課前通過視頻、課件等資源自主學習，課堂上則進行互動和討論。在“精細化工工藝學”課程中，教師可以利用AI技術制作高質量的教學視頻和課件，并提供在線答疑和智能輔導。學生在課前自主學習，了解理論知識和基本概念，課堂上則進行小組討論和案例分析，培養學生的團隊協作能力和問題解決能力。

虛擬仿真實驗：“精細化工工藝學”中涉及的精細化工產品眾多，僅靠專業實驗，無法使學生將每個類別的產品全部做一遍，同時，有些實驗要使用有毒試劑或危化品，不適合學生實地操作。利用AI和虛擬現實（VR）技術，可以創建虛擬的化工實驗室環境，讓學生在學習完一些產品的工藝后，在虛擬環境進行實驗操作，觀察實驗現象，分析實驗數據，從而提高實驗教學的效果和安全性。同時，虛擬實驗有較多試錯機會，還可以降低實驗成本。

2.3"評價方式改革

利用AI技術構建智能評估系統，教師設定評價標準后系統自動化評估學生的學習效果，包括作業、測試等，通過分析學生的學習表現和成績趨勢，為教師提供教學反饋和改進建議。AI智能化評估不僅節省了教師的時間，提高教學效率，還能夠更加客觀地去評價學生。此外，在AI背景下，可建立更加全面的評價體系，包括學生的實踐能力、團隊合作能力、創新思維能力等多個方面，以更好地評估學生的綜合素質和應用能力。

2.4"學習路徑個性化

每個學生的學習能力是完全不同的，如果用同樣的方式、同一個步調去學習，有些學生會覺得很吃力，而學習能力很強的同學又想獲取更有深度的知識，這樣的不同頻也會導致學生效率低下，學習主動性變差。利用AI技術構建智能化教學系統，通過分析學生的學習進度和能力，AI可以為每個學生制定個性化的學習路徑，并推薦適合每個人的學習資料，幫助他們更好地掌握知識和技能。

2.5"AI技術培訓

師資培訓是教學改革的另一個重要方面。現有的教師往往具有傳統的理論知識，但對于新興的AI技術了解相對較少。因此，我們需要對教師進行培訓，提高他們在人工智能方面的知識和技能。可以通過組織教師參加相關研討會、學術交流活動，或者邀請人工智能領域的專家進行講座等方式來進行培訓。通過系統的培訓，教師將AI技術運用到教學活動中，達到人工智能與傳統授課的有機結合。

在人工智能（AI）快速發展的背景下，應用化學專業的“精細化工工藝學”課程需要進行改革以適應時代的發展。通過以上5個方面改革的實施，可以提高學生的學習效率，對于行業發展進行持續追蹤，同時，學生的綜合素質和實踐能力得以提升。

3"AI教學改革目標

3.1"提高教學質量和學習效率

整個教學過程中，提升教學質量和學生的學習效率是最關鍵的。針對“精細化工工藝學”課程的教學痛點，通過AI技術的應用，可以實現教學內容的智能化推薦、虛擬仿真實驗教學等，從而豐富教學手段，提高學生的學習興趣和積極性，最終達到提升教學質量和學習效率的目的。

3.2"培養學生的創新能力和實踐能力

在新工科背景下，精細化工行業對于人才的需求非常迫切，簡單理解書本知識已經滿足不了企業和社會對于畢業生的要求。通過AI技術，教師可將豐富的行業資訊、科研熱點分享給學生，學生在掌握書本知識的同時，拓寬了視野，創新思維得以培養，同時，通過AI技術提供的實驗場景模擬，學生的實踐能力能夠得到提升。

3.3"減輕教師工作負擔

利用AI技術，對學生進行綜合評價能夠更為客觀。通過一些線上學習方式，學生在整個教學過程中的表現能夠被完整記錄，同時，AI可以對學生的錯誤和不足進行診斷分析，為學生提供個性化的學習建議和改進方案，幫助學生提高學習效果，同時減輕教師批改作業等負擔。教師有更多的時間和精力去關注學生的學習效果，同時及時進行教學反思和教學設計。

4"AI教學改革需解決的問題

4.1"AI技術保障

在學校硬件設施及項目資金的支持下，確保教學過程擁有足夠的計算機資源來運行AI系統。首先，在運用AI技術的過程中，需要穩定、高速的網絡連接，以滿足AI技術對數據傳輸的要求。其次，要使AI技術服務于教學，需要具備相關知識，即從學生到教師，都要進行必要的學習和培訓，能夠熟練運用AI系統或軟件。在日常教學實踐過程中，要有針對性地將AI工具落實在教學改革的每一個地方，達到改革目的。

4.2"教學內容與AI技術的有機結合

《精細化工工藝學》教材的內容往往比現實中的工業發展滯后一些，相比于科技的發展，教材的更新較慢。因此，在本次教學改革的過程中，將AI技術應用到教學內容的更新上尤為重要。利用AI可以分析大量的教材內容，找出其中的過時信息或者表述復雜的部分，將其轉變為通俗易懂的解釋，或利用人工智能在教學過程中篩選最新的、與授課知識相關的科研成果和技術進展，可以有效助力教學效果，拓寬學生視野，開拓學生思維。

4.3"提供教學決策

為了更客觀、系統地評價學生，減輕教師工作量，為學生建立AI評價體系，利用AI為教師提供數據驅動的教學決策支持。例如，通過分析大量的教學數據，向教師推薦最佳的教學方法、教學順序和教學資源配置，幫助教師尤其是新手教師提高教學質量。協助教師進行教學反思，通過對比不同班級、不同教師的教學數據，教師可以發現自己教學過程中的優勢和不足，從而有針對性地改進教學。如何準確全面地提供教學決策，也是AI教學改革過程中需要解決的關鍵性問題。

結語

在AI時代背景下，“精細化工工藝學”課程的教學改革具有重要的現實意義和應用價值。通過引入AI技術和實施多元化教學模式，可以激發學生的學習興趣和主動性，培養學生的實踐能力和職業素養。同時，加強師資隊伍建設和開展教學研究和教學改革，可以提高教師的教學水平和專業素養。然而，教學改革是一個長期而復雜的過程，需要不斷探索和實踐。未來，我們將繼續深化教學改革，探索新的教學模式和方法，推動“精細化工工藝學”課程的不斷發展和完善，為精細化工行業的發展提供有力的人才支撐。

參考文獻：

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基金項目：人工智能（AI）背景下應用化學專業課程教學改革研究——以《精細化工工藝學》為例；廣東石油化工學院廣東聯合寶瑩生物科技有限公司科產教融合實踐教學基地（710135182012）；廣東省質量工程項目“廣東石油化工學院——廣東奧克化學有限公司科產教融合實踐教學基地”

作者簡介：王雅婷（1990—"），女，漢族，甘肅漳縣人，博士，講師，研究方向：納米纖維復合材料。

*通信作者：余成華（1989—"），男，漢族，福建永安人，博士，副教授，研究方向：生物質功能材料。