化工原理課程信息化教學(xué)探索與實(shí)踐

張津津，孟秀霞，于魯汕，莊淑娟，楊乃濤，王 平，曹 俊

(山東理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 淄博 255000)

化工原理是以化工單元操作為主線，與工程實(shí)踐聯(lián)系非常緊密的一門課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，旨在讓學(xué)生掌握常見的化工單元操作的基本原理和典型設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)典型化工單元操作的操作特性、影響因素及化工過程中復(fù)雜工程問題進(jìn)行剖析，能根據(jù)工藝要求對(duì)化工設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型，樹立工程概念，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程問題的能力、優(yōu)化單元操作工藝和設(shè)備的能力。該課程涉及大量復(fù)雜化學(xué)工程問題中提煉出的原理性、內(nèi)在規(guī)律性的內(nèi)容，這些基本原理和工程經(jīng)驗(yàn)源于工程實(shí)踐又應(yīng)用于工程實(shí)踐，諸多工程觀點(diǎn)、原理和方法等會(huì)直接影響到學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及工作生涯[1]。

1 化工原理學(xué)習(xí)和教學(xué)的現(xiàn)狀

化工原理課程各單元操作過程相對(duì)獨(dú)立，工程概念多且零碎；課程涉及的知識(shí)面廣，工程背景知識(shí)體系復(fù)雜；半理論、半經(jīng)驗(yàn)的研究方法貫穿課程始終；課程兼有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，所以課程學(xué)習(xí)難度較大[2]。傳統(tǒng)按部就班的“注入式”教學(xué)環(huán)境面對(duì)晦澀難懂的知識(shí)和公式下更顯蒼白，這種教學(xué)模式讓老師在教育中占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生是知識(shí)的被動(dòng)接受者，老師的眼界和知識(shí)儲(chǔ)備直接決定了也限制了學(xué)生的視野和發(fā)展，不僅綁架了老師，忽略了學(xué)生的個(gè)性化差異和個(gè)性化需求，更是限制了學(xué)生的主體性和能動(dòng)性，限制了學(xué)生的創(chuàng)造能力和鉆研精神，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生排斥心理，嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性和學(xué)習(xí)效果，導(dǎo)致學(xué)生越學(xué)越吃力，最終甚至自我放棄。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

2 化工原理信息化教學(xué)探索

信息化教學(xué)是一種現(xiàn)代化教學(xué)的表現(xiàn)形式，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)和手段為教學(xué)媒介，以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)者來促進(jìn)學(xué)生自主了解、熟悉、掌握所學(xué)知識(shí)。信息化教學(xué)中學(xué)生肩負(fù)自我學(xué)習(xí)的責(zé)任與義務(wù)，在學(xué)習(xí)的過程中可以發(fā)揮主觀能動(dòng)性，勤于思考，樂于探究，勇于實(shí)踐；而教師則是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的引導(dǎo)者和幫助者，要充分考慮到學(xué)生的自主性并尊重學(xué)生間的差異性，可以利用課堂以外的任何一個(gè)場所作為教學(xué)場所來解決教學(xué)內(nèi)容，達(dá)成相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)[3]。這種教學(xué)模式可以借助現(xiàn)代科技成果，加強(qiáng)和提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，更好地適應(yīng)信息化時(shí)代。在此，筆者有幾點(diǎn)關(guān)于信息化教學(xué)的感悟。

2.1 情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生自主探究內(nèi)部規(guī)律

信息化教學(xué)中，創(chuàng)建情境吸引學(xué)生注意力并激發(fā)學(xué)生自主開展探究工作，不僅會(huì)讓學(xué)生在探究內(nèi)部規(guī)律的過程中獲得知識(shí)，更可以讓學(xué)生中在自主學(xué)習(xí)的收獲中建立自信心和成就感，形成主動(dòng)探究-收獲知識(shí)-建立自信-自愿探究的良性循環(huán)。例如學(xué)習(xí)伯努利方程前，教師使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和雨課堂推送發(fā)生在1912年秋天的重大海難事故，學(xué)生看到這個(gè)海難事件后都比較震驚，好奇心驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)了解這次海難事件的來龍去脈，查看發(fā)生海難事件的原因，這樣就會(huì)了解到壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，從而了解到伯努利方程。針對(duì)愛踢足球的學(xué)生，可以推送“香蕉球”視頻、圖片或文字資料；針對(duì)愛好文藝的學(xué)生，可以推送“茅屋為秋風(fēng)所破歌”場景；還可以推送跟每位學(xué)生日常生活都相關(guān)的場景，如高鐵駛?cè)胝?，乘客站在黃色安全線以內(nèi)的場景；如藍(lán)天白云下，飛機(jī)起飛的場景等等，這些涉及伯努利方程的情境都很容易引起學(xué)生的共鳴，激發(fā)學(xué)生自主探究原因和蘊(yùn)含的內(nèi)部規(guī)律。因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)通過自主查閱資料和自主學(xué)習(xí)對(duì)伯努利方程有所了解，所以在課堂教學(xué)時(shí)，他們?cè)敢獍l(fā)表自己對(duì)伯努利方程的看法和認(rèn)識(shí)，這種學(xué)習(xí)方式不僅可以活躍課堂氣氛，還可以有效推動(dòng)學(xué)習(xí)進(jìn)度。

2.2 生活案例融會(huì)貫通，理論指導(dǎo)實(shí)踐

將所學(xué)理論用于日常生活中，不僅可以解決實(shí)際問題，而且可以讓學(xué)生在應(yīng)用實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到理論的重要性，刺激并調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。例如教師在談及“空氣導(dǎo)熱系數(shù)較小，常用于保溫”時(shí)，以保溫杯為例，告訴學(xué)生可以在雙層杯壁中填充空氣來減慢熱量散失速率，引導(dǎo)學(xué)生課下思考并在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)課程討論區(qū)討論節(jié)能降耗的小舉措。學(xué)生很容易想到使用夾有空氣層的雙層玻璃的窗戶代替單層玻璃的窗戶來減小熱量散失速率，也會(huì)意識(shí)到羽絨服拍打后更保溫，這樣不僅讓學(xué)生很輕松地掌握了知識(shí)點(diǎn)，還引導(dǎo)學(xué)生有效地將理論用于指導(dǎo)實(shí)踐，而且培養(yǎng)了學(xué)生的節(jié)能意識(shí)。

2.3 學(xué)習(xí)行為滲透，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣和探索創(chuàng)新能力

教師通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)課程討論區(qū)發(fā)布一些課外話題，學(xué)生在討論這些話題時(shí)不知不覺中就會(huì)影響其學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)習(xí)慣，可以培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、甄別資料的能力；教師還可以上傳一些相關(guān)文獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生探索未知領(lǐng)域的基本科研素養(yǎng)。例如教師在介紹牛頓粘性定律后，可以發(fā)布課外話題“流體粘度產(chǎn)生原因”來延伸知識(shí)，學(xué)生不僅可以鞏固關(guān)于流體粘度的知識(shí)點(diǎn)，了解粘度的影響因素，而且可以通過查閱文獻(xiàn)了解到粘度的內(nèi)在原因即為流體分子的相互作用；又如，在介紹到蒸餾操作能耗大時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生查閱資料尋求節(jié)能技術(shù)或其他分離方法，這樣學(xué)生就會(huì)對(duì)節(jié)能工藝和新型膜分離技術(shù)等領(lǐng)域有初步了解。在這個(gè)過程中，學(xué)生不自覺地就會(huì)了解到科學(xué)研究的相關(guān)內(nèi)容，而這些內(nèi)容就像一顆種子在學(xué)生心中萌芽，慢慢影響學(xué)生的思維方式和習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研的興趣和探索創(chuàng)新能力。

2.4 遵循認(rèn)知規(guī)律，加強(qiáng)知識(shí)與能力內(nèi)化

我們都有過這種經(jīng)歷，別人口中的100遍可能不如自己親身經(jīng)歷1遍記憶深刻，而知識(shí)的學(xué)習(xí)和能力的提升也遵循這種規(guī)律。當(dāng)學(xué)生對(duì)某一理論或者觀點(diǎn)有了一定認(rèn)知后，要及時(shí)鞏固-消化-吸收-內(nèi)化-為己所用。實(shí)現(xiàn)這一過程的重要方法之一就是運(yùn)用，在運(yùn)用后總結(jié)，在總結(jié)中提升思想，轉(zhuǎn)化為自己的想法后再次表達(dá)和實(shí)踐。例如在化工原理教學(xué)過程中，教師在介紹完某一知識(shí)點(diǎn)后，可以通過雨課堂app在課堂上推送題目，讓學(xué)生作答，作答結(jié)果直接投屏并作分析，這種方式不僅可以讓教師及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果針對(duì)性進(jìn)行講述，有的放矢跟學(xué)生交流，而且可以讓學(xué)生通過大家的作答情況對(duì)比找到自己的問題所在。教師課下可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在線測試板塊再次發(fā)布測驗(yàn)，并通過教學(xué)活動(dòng)板塊讓學(xué)生提交作業(yè)再次加以鞏固。在學(xué)生進(jìn)行了這些反復(fù)練習(xí)和測試之后，教師要考察學(xué)生的內(nèi)化情況，如在下次課時(shí)隨機(jī)抽查學(xué)生分享自己學(xué)到的知識(shí)和具備的能力，鼓勵(lì)學(xué)生表述自己的觀點(diǎn)和看法。另外，教師可以在學(xué)習(xí)完流體輸送設(shè)備、傳熱、蒸餾和吸收設(shè)備等章節(jié)后，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布一些設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論實(shí)際操練完成設(shè)備設(shè)計(jì)和選型工作。這一過程中學(xué)生需要開展工程計(jì)算、方案對(duì)比、圖紙繪制、合理性評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)核算等工作，可以培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點(diǎn)和解決工程實(shí)際問題的能力，包括進(jìn)行工程計(jì)算的能力，正確運(yùn)用工程圖表的能力和運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)分析、解決工程實(shí)際問題的能力。通過這樣的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，學(xué)生不僅掌握了知識(shí)，而且提升了自身綜合能力，真正實(shí)現(xiàn)了知識(shí)與能力的內(nèi)化。

2.5 善用“同齡人效應(yīng)”，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作

個(gè)人的成長離不開周圍的環(huán)境，家庭、學(xué)校、社會(huì)、朋友等都會(huì)對(duì)個(gè)人成長和發(fā)展產(chǎn)生重要影響。調(diào)查表明，同齡人的影響不容小覷，因?yàn)榇蠹以谥R(shí)儲(chǔ)備、認(rèn)知程度、人生經(jīng)歷方面都比較相近，所以相互影響更是“潤物細(xì)無聲”。在教學(xué)過程中，可以巧用同齡人的影響，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮“幫帶”作用，讓大家樹立團(tuán)隊(duì)意識(shí)，意識(shí)到一個(gè)人好不代表好，一個(gè)團(tuán)隊(duì)好才是真得好。教師可以在學(xué)期初讓學(xué)生組團(tuán)隊(duì)，4～5人一組，組隊(duì)原則是自愿、均衡、多樣化，讓不同程度的學(xué)生在一個(gè)組里，在團(tuán)隊(duì)合作中各取所長。比如教師在蒸餾章節(jié)講述精餾段操作線方程時(shí)，很多同學(xué)難以理解，但有一部分同學(xué)擅長物料衡算，能夠自行推導(dǎo)出精餾段操作線方程，這時(shí)教師可以讓這樣的學(xué)生講解這一知識(shí)點(diǎn)。因?yàn)閷W(xué)生們都是初學(xué)該知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于該知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)比較相近，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)也基本相同，他們更容易接受同齡人的學(xué)習(xí)方法和講解思路。又如在每章的知識(shí)地圖構(gòu)建時(shí)，為了呈現(xiàn)出更優(yōu)秀的作品，每位學(xué)生會(huì)發(fā)揮自己的特長，擅長資料收集的學(xué)生會(huì)主動(dòng)負(fù)責(zé)素材準(zhǔn)備，精于總結(jié)歸納的同學(xué)會(huì)主動(dòng)負(fù)責(zé)知識(shí)地圖框架構(gòu)建，善于排版的同學(xué)會(huì)進(jìn)行PPT制作，長于講述的學(xué)生會(huì)主動(dòng)承擔(dān)講解PPT的責(zé)任。 在這一過程中，同齡人相互影響，大家彼此競爭又團(tuán)結(jié)協(xié)作。在競爭的壓力下，這種影響會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為積極的自我影響，學(xué)生個(gè)體可以充分發(fā)揮自主性和能動(dòng)性，不僅能鍛煉個(gè)人能力，也在競爭日趨激烈的社會(huì)形勢下提升在了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.6 重視化工類學(xué)科競賽，寓學(xué)于賽

化工類學(xué)科競賽，如“全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽”、“全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽”、“互聯(lián)網(wǎng)+化學(xué)反應(yīng)工程課模設(shè)計(jì)大賽”等賽事都與化工原理課程緊密相關(guān)，這些賽事以工程項(xiàng)目的形式開展，培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)研能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神[4]?？梢酝ㄟ^組織學(xué)生參與競賽，對(duì)課程內(nèi)容有更深一步的了解，“以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促改”，培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型高素質(zhì)人才。

2.7 多元考核，尊重個(gè)體差異

學(xué)生在學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)行為上存在個(gè)體差異[4]，在教學(xué)過程中，應(yīng)因材施教，考慮到學(xué)生的特殊性。教師可以在學(xué)期初、學(xué)期中和學(xué)期末分別發(fā)布調(diào)查問卷，了解學(xué)生的情況，獲知其對(duì)化工原理課程的認(rèn)知程度和對(duì)目前教學(xué)的看法，并能根據(jù)學(xué)生的反饋優(yōu)化出更合適的授課方式和評(píng)價(jià)體系。教師可以將網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)在線測試、雨課堂隨堂小測試、學(xué)生筆記、課堂總結(jié)、發(fā)表觀點(diǎn)、查閱資料、課程討論、課程作業(yè)、課程小設(shè)計(jì)等都作為學(xué)生綜合素質(zhì)的考核部分；將團(tuán)隊(duì)協(xié)作中的組內(nèi)自評(píng)、組內(nèi)互評(píng)、組際互評(píng)和教師評(píng)價(jià)等都作為學(xué)生考核的形式。這樣學(xué)生可以在課程學(xué)習(xí)過程中積極參與，發(fā)揮自己所長，在考核方式的激勵(lì)下，掌握知識(shí)和提升能力。

3 總結(jié)

化工原理是化工類專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果對(duì)高素質(zhì)綜合應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。鑒于化工原理具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，現(xiàn)有教學(xué)模式在提高其教學(xué)質(zhì)量方面存在諸多不足，我們需要借用信息化教學(xué)手段，優(yōu)化教學(xué)方法、教學(xué)思路和考核方式，以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性和能動(dòng)性，提升學(xué)生的理論水平、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)出應(yīng)用型和創(chuàng)新型高素質(zhì)綜合性人才。