化工過程分析與合成課程線上教學模式與實踐*

2021-07-02 14:36:52張巧飛高建飛趙盈盈孫保帥

廣州化工 2021年12期

張巧飛，高建飛，黨丹，趙盈盈，孫保帥

(河南工業大學化學化工學院，河南鄭州 450001)

在突如其來的新冠疫情影響下，全國高校響應教育部新學期“停課不停學”的號召，利用網絡平臺進行線上教學。《化工過程分析與合成》是必修的化工基礎課程，與化工熱力學、化工原理、化學反應工程一起構成了化學工程與工藝學科的專業基礎課程體系[1]。在《化工過程分析與合成》課程線上教學模式改革過程中，采用超星學習通、騰訊課堂以及QQ群相結合的混合在線教學模式，研磨設計精細豐富的教學方案，不斷加強課程內容的建設和完善，優化教學內容，探索如何提升線上課堂的教學效果。

1 基于超星學習通的課程建設

超星學習通是由超星集團開發的，融課程、資源、微應用于一體的網絡教學與學習平臺，為教師和學生提供一站式的學習和工作環境[2-3]。基于超星學習通，《化工過程分析與合成》的網絡課程建設主要體現在課程平臺建設、課程內容建設和學習互動建設三個方面，并對教學內容進行重新規劃(圖1)[4]。

圖1 化工過程分析與合成線上教學內容設計

在開始授課之前，完成了《化工過程分析與合成》課程的平臺建設。首先在課程門戶封面上完善與課程相關的信息，包括課程介紹、課程目標、教學內容與要求、課程執行大綱、參考教材、教學資源、課程章節以及課程評價等方面，便于學生們對本課程形成一個清晰的認識和整體的了解。然后進入課程首頁進行本課程在平臺上的設計，這也是基于超星學習通平臺課程建設的核心。

本課程共講授三大模塊的內容，即化工過程系統的模擬和分析，化工過程系統的優化以及化工過程系統合成。這三大模塊是從數學和系統工程角度出發，講授如何對化工過程系統進行模擬并建立數學模型；對化工系統中常見的優化問題、優化方法和化工操作參數的優化等提出解決方法；講授如何對化工系統中的換熱網絡、分離塔序列進行綜合合成等。因此本課程既與數學知識關系密切，又與化工過程實例密不可分。在授課過程中，過多地講授數學知識會讓學生覺得內容晦澀難懂，反而無法與過程系統思想建立良好連接。因此在本課程講解過程中，筆者利用學生已經熟練掌握的絕熱閃蒸、等溫閃蒸、精餾過程等實際工況為例，幫助學生建立化工系統的概念，并在這些化工過程工藝流程圖的基礎上建立數學模型，再進行過程系統的模擬與分析。這樣一來，學生對模擬和分析的概念既能產生興趣又能理解掌握，并深入腦海，達到較好的學習效果。

本課程具體內容以章節為單位，結合實際課時安排，依次對每章節內容進行設計和充實。為了便于學生們對課程進行系統性的學習，每一章節筆者設計了六大板塊內容，依次是課前導讀、微課視頻、課件資料、課堂測驗、課后作業、拓展閱讀。其中，課前導讀又包含3個方面內容：本章教學內容及基本要求、學前思考和課前預習。本章教學內容及基本要求可以幫助學生對該章所授內容形成一個整體的了解，便于熟悉主要知識點、掌握學習的重點和難點；課前思考可以讓學生帶著問題進入課程的學習，可以提升學生學習的主動性和積極性，提高學習效率；課前預習則可以讓學生提前對本節課內容有一個基本的認識，以提升授課期間學生對新知識的掌握程度和接受能力。微課視頻是筆者在授課之前錄好的教學視頻，視頻濃縮了本次課所要講授的核心內容，包含了章節重點和難點，學生可以根據自己的實際安排，靈活選擇時間進行學習，大大提升了學習的能動性和自由性。微課視頻通過專業軟件進行剪輯，加入了動畫、字幕和各類標注，既可以增強重點知識的邏輯性，也可以增加學生學習的趣味性。如在講解過程系統模擬面向方程法中的Bending-Hutchison算法時，如何選擇主元進行高斯消元很難用PPT講解清楚，但結合動畫和各類標注，學生可以清楚地看到主元的選擇和消元流程。

課件資料包含了教師的授課課件、電子文檔等，學生可以自由下載閱讀，方便對課程重、難點進行反復學習，達到熟練掌握的程度。課堂測驗和課后作業則是教師分別安排在課上和課下的小考核，課堂測驗可以及時進行學習效果監測，掌握本次課學生對知識的掌握程度，課后作業可以幫助學生鞏固和加深所學知識。最后的拓展閱讀板塊，是筆者收集的與本章節內容相關的拓展知識，內容豐富，充滿趣味，幫助學生開闊眼界、增長見識、塑造價值觀。例如，疫情開始時全國出現了口罩“饑荒”，為了增強學生對化工專業的自豪感和責任感，給學生推送“國家如果沒化工，連口罩都無法生產”的公眾號文章，適時融入課程思政元素。再如講解第五章化工生產過程操作工況調優時，里面涉及人工智能模型在工況調優中的應用，筆者特意從網上搜索了很多該方面有趣又有用的視頻，幫助學生理解人工神經網絡模型的建立和優化，努力達到新工科理念要求。

此外，超星學習通提供的通知、簽到、投票、選人、搶答、主題討論、問卷、分組任務、學生反饋、統計等功能可以很好地幫助教師組織課堂活動，在調動課堂氣氛和增加趣味性的同時，及時了解學生的學習情況、學習軌跡和學習效果，真正做到“以學生為中心”，實施“因生制宜”、“一生一策”，對學生在學習過程中遇到的問題進行個性化的講解和答疑，不僅促進師生間的雙向溝通和交流，還可以進一步保障教學的質量。例如，為了強調生產實際與專業背景知識的結合和學生團隊協作與創新理念的培養，給學生布置天然氣制甲醇精餾過程模擬與分析、甲醇提純過程模擬與分析、乙炔氣相法合成醋酸乙烯、醋酸乙烯精餾工段模擬與優化等方向的分組任務。學生通過查找文獻資料、工藝流程確定、過程軟件模擬與優化、后期作業word文檔的編輯及ppt制作及講解等過程對學生的綜合能力進行訓練。在此過程中，每個學生在小組中均有不同分工，讓學生通過大作業將工廠實踐與理論結合起來，不僅可以激發學生的學習興趣，使學生對本課程的學習印象更為深刻，而且有利于增強學生團隊協作能力、創新實踐能力和工程實踐能力。

2 基于騰訊課堂的直播互動

騰訊課堂是騰訊推出的專業在線教育平臺，非常適合線上直播教學和師生互動學習，支持課堂內容回放。考慮到超星平臺在開學網課高峰期直播功能會遇到卡頓現象，筆者選擇騰訊課堂作為直播平臺，進行課程重難點知識講解，并與學生進行課堂互動。學生前期通過學習通平臺，經過自主學習課程章節相關內容包括課前導讀、微課視頻、課件資料等，對本章節內容已經有一個基本和整體的認識。因此教師在利用騰訊課堂直播授課時，可以有充足的時間去著重講解本章節重點和難點內容，通過反復強調和加深練習，幫助學生理解和掌握。另外，教師也可以安排互動環節，包括課堂測驗、隨機提問、在線答疑以及翻轉課堂，以提升學生對知識的消化程度以及舉一反三的能力。

3 基于QQ群的課后答疑

經過前期調研，絕大部分學生都習慣使用騰訊QQ，建立以班級為單位的課程QQ群可以方便地進行師生、生生之間的溝通、討論以及課后答疑等活動，而且QQ的使用不需要進行額外的復雜軟件安裝，用起來簡單易行，可以作為學習通學習互動的有效補充。教師可以在課前通過QQ群發布通知、公告等，提醒學生上課時間，以免發生遲到、缺課行為；也可以在課后提醒學生及時完成教師在學習通平臺上布置的作業，明確作業上交截止時間，并督促學生按時提交。學生在課程學習過程中，遇到任何不理解的地方和難以求解的問題，都可以隨時在群里提出，教師看到后第一時間進行答疑解惑，幫助學生解決疑點和難點。另外，QQ群里關于問題提出和解決的聊天記錄，可以方便其他學生進行瀏覽和學習，以避免類似問題帶來的疑惑。

4 考核方式改革

按照教學大綱，《化工過程分析與合成》線下課程考核采用“平時考核+期末考試”的方式進行，平時成績包括考勤、課堂測驗、課后作業，占30%；期末閉卷考試成績占70%。

為了滿足設計豐富的線上教學環節考核需求，并且得益于學習通自動記錄學習任務點的優勢，首先加大了平時成績在課程考核中所占的比重，由以往的30%提升到50%，通過“權重設置”功能設置作業、課堂互動、簽到、訪問數、討論等各模塊所占的總成績比例，通過多維度成績分配，實現過程性評價。教師可通過“課堂報告”統計學生課堂表現情況，通過“成績統計”了解每位學生的學習積分，通過學情分析了解整個班級的作業完成度、平均分及簽到率等。其次把班級學生分成若干小組布置大作業，以課程2、3章為例，由于化工過程系統穩態模擬與分析以及化工過程系統動態模擬與分析這部分內容是本課程的核心內容，筆者為了加強學生對這塊內容的掌握、理解以及和工程實際的聯系，要求學生以組為單位做思維導圖，便于學生形成清晰的知識脈絡和工程思維，同時也培養了學生互幫互助、團結協作和自主學習的能力。最后，在超星平臺建立題庫，期末考試中利用隨機組卷功能生成試卷，采用信息化的手段實現線上考試，并通過多種防作弊功能有效地避免學生作弊，如一生一卷、防切屏、試題庫亂序、不允許學生粘貼答案等，最終考試成績可以很大程度上反映學生真實的學習效果。

5 結語

在進行《化工過程分析與合成》課程的線上教學期間，采用超星學習通、騰訊課堂、QQ 群相結合的混合線上教學模式，打破了時間和空間的限制，學生可利用碎片化時間通過學習通進行自主與預先學習，使得課堂直播時互動的時間大大增加，從而提高了學生學習的主動性與積極性；同時，科學、合理利用線上教學平臺的功能，教師及時了解學生對所學知識掌握的程度，根據反饋的實際情況進行及時的調整，真正做到“以學生為中心”，實現課程目標的達成。