化工原理課程信息化教學探索與實踐

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 化學化工學院，山東 淄博 255000)

化工原理是以化工單元操作為主線，與工程實踐聯系非常緊密的一門課程。通過本課程的學習，旨在讓學生掌握常見的化工單元操作的基本原理和典型設備的基本結構，能運用所學知識對典型化工單元操作的操作特性、影響因素及化工過程中復雜工程問題進行剖析，能根據工藝要求對化工設備進行設計和選型，樹立工程概念，培養學生分析和解決工程問題的能力、優化單元操作工藝和設備的能力。該課程涉及大量復雜化學工程問題中提煉出的原理性、內在規律性的內容，這些基本原理和工程經驗源于工程實踐又應用于工程實踐，諸多工程觀點、原理和方法等會直接影響到學生后續專業課程的學習及工作生涯[1]。

1 化工原理學習和教學的現狀

化工原理課程各單元操作過程相對獨立，工程概念多且零碎；課程涉及的知識面廣，工程背景知識體系復雜；半理論、半經驗的研究方法貫穿課程始終；課程兼有較強的理論性和實踐性，所以課程學習難度較大[2]。傳統按部就班的“注入式”教學環境面對晦澀難懂的知識和公式下更顯蒼白，這種教學模式讓老師在教育中占據主導地位，學生是知識的被動接受者，老師的眼界和知識儲備直接決定了也限制了學生的視野和發展，不僅綁架了老師，忽略了學生的個性化差異和個性化需求，更是限制了學生的主體性和能動性，限制了學生的創造能力和鉆研精神，導致學生對課程產生排斥心理，嚴重影響學生的學習興趣、積極性和學習效果，導致學生越學越吃力，最終甚至自我放棄。隨著信息化技術的發展，應發揮學生的主觀能動性，以學生為中心，培養學生的學習能力。

2 化工原理信息化教學探索

信息化教學是一種現代化教學的表現形式，利用現代化信息技術和手段為教學媒介，以學生為主體，教師為引導者來促進學生自主了解、熟悉、掌握所學知識。信息化教學中學生肩負自我學習的責任與義務，在學習的過程中可以發揮主觀能動性，勤于思考，樂于探究，勇于實踐；而教師則是學生學習過程中的引導者和幫助者，要充分考慮到學生的自主性并尊重學生間的差異性，可以利用課堂以外的任何一個場所作為教學場所來解決教學內容，達成相應的教學目標[3]。這種教學模式可以借助現代科技成果，加強和提高學生的自主學習能力，更好地適應信息化時代。在此，筆者有幾點關于信息化教學的感悟。

2.1 情境創設，激發學生自主探究內部規律

信息化教學中，創建情境吸引學生注意力并激發學生自主開展探究工作，不僅會讓學生在探究內部規律的過程中獲得知識，更可以讓學生中在自主學習的收獲中建立自信心和成就感，形成主動探究-收獲知識-建立自信-自愿探究的良性循環。例如學習伯努利方程前，教師使用網絡教學平臺和雨課堂推送發生在1912年秋天的重大海難事故，學生看到這個海難事件后都比較震驚，好奇心驅動學生主動了解這次海難事件的來龍去脈，查看發生海難事件的原因，這樣就會了解到壓強與流速的關系，從而了解到伯努利方程。針對愛踢足球的學生，可以推送“香蕉球”視頻、圖片或文字資料；針對愛好文藝的學生，可以推送“茅屋為秋風所破歌”場景；還可以推送跟每位學生日常生活都相關的場景，如高鐵駛入站，乘客站在黃色安全線以內的場景；如藍天白云下，飛機起飛的場景等等，這些涉及伯努利方程的情境都很容易引起學生的共鳴，激發學生自主探究原因和蘊含的內部規律。因為學生已經通過自主查閱資料和自主學習對伯努利方程有所了解，所以在課堂教學時，他們愿意發表自己對伯努利方程的看法和認識，這種學習方式不僅可以活躍課堂氣氛，還可以有效推動學習進度。

2.2 生活案例融會貫通，理論指導實踐

將所學理論用于日常生活中，不僅可以解決實際問題，而且可以讓學生在應用實踐中認識到理論的重要性，刺激并調動學生學習的積極性。例如教師在談及“空氣導熱系數較小，常用于保溫”時，以保溫杯為例，告訴學生可以在雙層杯壁中填充空氣來減慢熱量散失速率，引導學生課下思考并在網絡教學平臺課程討論區討論節能降耗的小舉措。學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，也會意識到羽絨服拍打后更保溫，這樣不僅讓學生很輕松地掌握了知識點，還引導學生有效地將理論用于指導實踐，而且培養了學生的節能意識。

2.3 學習行為滲透，培養學生科研興趣和探索創新能力

教師通過網絡教學平臺課程討論區發布一些課外話題，學生在討論這些話題時不知不覺中就會影響其學習行為和學習習慣，可以培養學生查閱資料、甄別資料的能力；教師還可以上傳一些相關文獻，培養學生探索未知領域的基本科研素養。例如教師在介紹牛頓粘性定律后，可以發布課外話題“流體粘度產生原因”來延伸知識，學生不僅可以鞏固關于流體粘度的知識點，了解粘度的影響因素，而且可以通過查閱文獻了解到粘度的內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，可以引導學生查閱資料尋求節能技術或其他分離方法，這樣學生就會對節能工藝和新型膜分離技術等領域有初步了解。在這個過程中，學生不自覺地就會了解到科學研究的相關內容，而這些內容就像一顆種子在學生心中萌芽，慢慢影響學生的思維方式和習慣，培養學生對科研的興趣和探索創新能力。

2.4 遵循認知規律，加強知識與能力內化

我們都有過這種經歷，別人口中的100遍可能不如自己親身經歷1遍記憶深刻，而知識的學習和能力的提升也遵循這種規律。當學生對某一理論或者觀點有了一定認知后，要及時鞏固-消化-吸收-內化-為己所用。實現這一過程的重要方法之一就是運用，在運用后總結，在總結中提升思想，轉化為自己的想法后再次表達和實踐。例如在化工原理教學過程中，教師在介紹完某一知識點后，可以通過雨課堂app在課堂上推送題目，讓學生作答，作答結果直接投屏并作分析，這種方式不僅可以讓教師及時了解學生學習效果，根據學生學習效果針對性進行講述，有的放矢跟學生交流，而且可以讓學生通過大家的作答情況對比找到自己的問題所在。教師課下可以通過網絡教學平臺在線測試板塊再次發布測驗，并通過教學活動板塊讓學生提交作業再次加以鞏固。在學生進行了這些反復練習和測試之后，教師要考察學生的內化情況，如在下次課時隨機抽查學生分享自己學到的知識和具備的能力，鼓勵學生表述自己的觀點和看法。另外，教師可以在學習完流體輸送設備、傳熱、蒸餾和吸收設備等章節后，通過網絡教學平臺發布一些設計題目，讓學生運用所學理論實際操練完成設備設計和選型工作。這一過程中學生需要開展工程計算、方案對比、圖紙繪制、合理性評價、經濟核算等工作，可以培養學生的工程觀點和解決工程實際問題的能力，包括進行工程計算的能力，正確運用工程圖表的能力和運用技術經濟觀點分析、解決工程實際問題的能力。通過這樣的設計訓練，學生不僅掌握了知識，而且提升了自身綜合能力，真正實現了知識與能力的內化。

2.5 善用“同齡人效應”，鼓勵團隊協作

個人的成長離不開周圍的環境，家庭、學校、社會、朋友等都會對個人成長和發展產生重要影響。調查表明，同齡人的影響不容小覷，因為大家在知識儲備、認知程度、人生經歷方面都比較相近，所以相互影響更是“潤物細無聲”。在教學過程中，可以巧用同齡人的影響，通過團隊協作方式，鼓勵學生發揮“幫帶”作用，讓大家樹立團隊意識，意識到一個人好不代表好，一個團隊好才是真得好。教師可以在學期初讓學生組團隊，4～5人一組，組隊原則是自愿、均衡、多樣化，讓不同程度的學生在一個組里，在團隊合作中各取所長。比如教師在蒸餾章節講述精餾段操作線方程時，很多同學難以理解，但有一部分同學擅長物料衡算，能夠自行推導出精餾段操作線方程，這時教師可以讓這樣的學生講解這一知識點。因為學生們都是初學該知識點，對于該知識點的認識比較相近，學習基礎也基本相同，他們更容易接受同齡人的學習方法和講解思路。又如在每章的知識地圖構建時，為了呈現出更優秀的作品，每位學生會發揮自己的特長，擅長資料收集的學生會主動負責素材準備，精于總結歸納的同學會主動負責知識地圖框架構建，善于排版的同學會進行PPT制作，長于講述的學生會主動承擔講解PPT的責任。 在這一過程中，同齡人相互影響，大家彼此競爭又團結協作。在競爭的壓力下，這種影響會逐漸轉化為積極的自我影響，學生個體可以充分發揮自主性和能動性，不僅能鍛煉個人能力，也在競爭日趨激烈的社會形勢下提升在了團隊協作能力。

2.6 重視化工類學科競賽，寓學于賽

化工類學科競賽，如“全國大學生化工設計競賽”、“全國大學生化工實驗大賽”、“互聯網+化學反應工程課模設計大賽”等賽事都與化工原理課程緊密相關，這些賽事以工程項目的形式開展，培養學生的調研能力、動手能力、創新能力、實踐能力以及團隊合作精神[4]?？梢酝ㄟ^組織學生參與競賽，對課程內容有更深一步的了解，“以賽促學、以賽促教、以賽促改”，培養應用型和創新型高素質人才。

2.7 多元考核，尊重個體差異

學生在學習方式和學習行為上存在個體差異[4]，在教學過程中，應因材施教，考慮到學生的特殊性。教師可以在學期初、學期中和學期末分別發布調查問卷，了解學生的情況，獲知其對化工原理課程的認知程度和對目前教學的看法，并能根據學生的反饋優化出更合適的授課方式和評價體系。教師可以將網上教學平臺在線測試、雨課堂隨堂小測試、學生筆記、課堂總結、發表觀點、查閱資料、課程討論、課程作業、課程小設計等都作為學生綜合素質的考核部分；將團隊協作中的組內自評、組內互評、組際互評和教師評價等都作為學生考核的形式。這樣學生可以在課程學習過程中積極參與，發揮自己所長，在考核方式的激勵下，掌握知識和提升能力。

3 總結

化工原理是化工類專業一門非常重要的專業基礎課，其教學質量與教學效果對高素質綜合應用型工程技術人才的培養至關重要。鑒于化工原理具有很強的理論性和實踐性，現有教學模式在提高其教學質量方面存在諸多不足，我們需要借用信息化教學手段，優化教學方法、教學思路和考核方式，以學生為中心，激發學生的學習興趣，充分發揮學生的自主性和能動性，提升學生的理論水平、實踐能力、創新能力和團隊協作能力，培養出應用型和創新型高素質綜合性人才。