基于信息化創新的《煤化工工藝學》教學模式研究*

孟曉靜, 李 敏, 馮 建

(重慶科技學院，重慶 401331)

2017年1月國家教育事業發展“十三五”規劃中提到，以學習者為中心，注重能力的培養，促進人的全面發展，終身學習、個性化學習的理念逐漸深入人心，教育模式、形態、內容和學習方式正在發生深刻地變革[1]，并提出要積極組織推進多種形式的信息化教學活動，鼓勵教師利用信息技術創新教學模式，推動形成“課堂用、經常用、普遍用”的信息化教學新常態[2]。近年來，研究者在教學改革和評價體系優化中不斷探索和實踐[3-4]。本研究針對能源化學工程專業核心課程《煤化工工藝學》重點研究工科課程教學中的信息化教學模式改革。

我校自2014年成立能源化學工程專業，主要對接煤化工產業及新能源行業。面對新型煤化工產業的迅猛發展和社會對人才的需求，結合本市能源結構特點和新工科建設契機，能源化學工程專業如何在現有的教學基礎條件下提高辦學水平和學生培養質量至關重要。基于正在實施的2019版能源化學工程專業人才培養方案，通過原有專業課程體系改革，構建以學生為主體的教學體系，側重學生能力的培養和鍛煉，幫助學生樹立工程觀念并強化創新意識，以培養更多滿足國內新型煤化工行業的應用型人才[5-6]。

1 課程教學現狀分析

《煤化工工藝學》是能源化學工程專業的核心課程。結合學校高素質應用型技術人才培養理念，該課程旨在促進學生在化工原理基礎上深入理解煤化工工藝的理論基礎，引導學生思考工藝中原料選擇、單元操作及工藝路線等設計思路和原則，構建學生的復合型知識和能力，同時培養學生科學的思維方式和創新能力，為國家和社會培養所急需的高素質應用技術型人才[7]。但課程教學和人才培養過程中暴露出許多新的矛盾和問題。

(1)課程內容陳舊

“煤化工工藝學”課程教學中課程內容滯后且針對性不強。一是教材更新周期較長。常用教材中，郭樹才教授主編的《煤化工工藝學》第三版和孫鴻教授主編的《煤化工工藝學》的出版時間皆為2012年，宋永輝教授主編的《煤化工工藝學》的出版時間為2016年，融入了當時煤化工專業的教學實際與新技術、新工藝發展趨勢等，但工藝知識更新速度明顯高于教材更新速度。二是以生為本的教學方法雖能強化學生的基礎知識，但卻固化學生思維模式。課程內容仍無法全面反映出學科領域的最新研究成果和熱點問題[8]。三是課程工藝多、內容繁雜，涵蓋內容較廣。《煤化工工藝學》主要內容包含煤干餾、煤氣化、煤液化以及煤基碳素制品等內容，教學實踐中容易出現教學內容缺乏針對性問題，重難點不突出，學生對整個學科體系的認識不完善。

(2)學生學習興趣較低，內容留存度低

課程授課對象為能化專業大三學生，學生具備基本的煤炭基礎知識和工藝認識，但專業知識掌握不夠系統且不牢固，難將理論知識和具體工藝相結合。另外學生年齡在20歲左右，獲取信息渠道多樣，思維活躍，且對傳統教學模式存在倦怠感。對教學過程而言，學生的參與感低，課堂上沒有形成積極良好的討論、質疑氛圍，大多被動認知相關知識，缺乏主動發現問題和解決問題的訓練，這也導致學生學習興趣較低，教學效果較差，內容留存度低[8]。

(3)教學過程系統性和創新性欠缺

教學過程多采用演繹法授課，即先講授理論，然后再用理論去解釋相關的現象，并不符合人類發現問題-探索問題-解決問題的認知規律，不利于學生發散思維和創新意識的培養。另外，對其他課程的知識，如化工原理、反應工程、化工熱力學以及化工傳遞等在煤化工工藝學的拓展和應用往往講授不夠，學生的知識往往比較零散，系統性較差，這也不利于學生知識體系的構建。

(4)課程評價考核方法單一

在傳統的《煤化工工藝學》課程考核中，平時成績部分主要為作業成績，學生作業抄襲現象嚴重，所以平時成績不能反映學生學習過程及能力發展情況，也不能很好的反饋教學活動。期末成績以試卷形式為主，但部分考試題目和評卷答案過于死板，部分老師只是將前一年的試題或課本例題進行數據修改，分析設計類題目較少，需要學生運用基礎知識深入思考分析的題目缺乏，只強調了基礎知識的掌握，不能鼓勵學生靈活運用知識，不能起到培養學生獨立思考和創新意識的目的。

2 課程教學理念

針對《煤化工工藝學》課程教學中存在的問題，本課程教學目標牢固堅持“以生為本，學以致用，以能力培養為核心”的教育主體觀，圍繞學生開展教學工作。提出“123456”創新教學模式，即“1個主體”(學生)；“2個翻轉”(課內翻轉、課外翻轉)；“3個環節”(課前、課中、課后)；“4個動作”(動腦思、動眼看、動手做、動口說)；“5種教學手段”(學案導學、微課助學、合作互學、訓練測學、評價促學)；“6個教學過程”(新課導入、自學反饋、分組討論、要點精講、專題訓練、拓展創新)。

3 課程教學改革具體措施

教學設計采用以學生為本的混合式教學模式：課前預習(案例分析)-課上討論和總結(問題驅動式)-課后復習和知識拓展，結合問題驅動法及小組討論法啟發學生思考分析問題，圍繞教學主線，運用教學資源庫和網絡課程教學平臺，實現課前-課上-課后鞏固的信息化教學機制，以學生為主體完成知識和理論一體化教學。教學內容更加系統前沿，評價機制更為全面，具體實施方法如下。

(1)明確教學目標，確定教學重難點

在原課程內容的設置基礎上結合本地特色，對課程教學內容進行優化和調整，從廣度上使課堂內容更為飽滿，拓展學生視野。對一些具有代表性的典型煤化工工藝過程進行深入介紹，從中總結煤化工生產單元的普遍規律，培養學生建立從一般到個別、從個別到一般的科學思想，使相對零散的課本內容系統化，促進學生知識網絡的形成[9]。

以煤化工典型的工藝流程為例，涉及到原料需要預熱和加壓，需要結合化工原理中的換熱器、泵和風機等以及化工傳遞過程中的傳熱和傳動內容。隨后根據反應熱效應和反應特點，綜合化工熱力學和動力學，選擇合適的反應條件。產物分離提純中，分離方法(吸收、萃取、精餾、結晶和篩分等)需與化工原理基本單元操作和分離工程進行有機銜接。在反應和分離過程中，則需通過條件控制(溫度、壓力、流量和液位等)使反應和分離平衡朝著有利的方向進行。這其中勢必需要結合化工儀表的檢測來實現，所以與化工儀表與自動化課程可以很好的銜接。整體來看，整個知識體系的構建增強了知識的系統性。以此為基礎，對比分析煤炭焦化、氣化、液化的相關原理、工藝設備和工藝流程，分析異同，延伸到國內外新型煤化工清潔生產技術的設計思路和改進方向，進一步引導學生對未來煤化工產業發展格局思考。

(2)教學方法優化，強化工程能力和創新能力培養

充分挖掘學科特點，采用“創設情境—啟發誘導—思考探究—解決問題”的探究式教學模式。通過自制微課、雨課堂等教學資源，借助教學平臺，通過創設教學情境，激發學生求知欲，達到“課伊始，趣亦生”境界，既抓住學生的注意力，又加深對教學內容理解，使學生由“知之”到“好之”再到“樂之”。

例如第六章煤炭間接液化中，在講解甲醇制烯烴催化劑設計時，首先從實際生活實例入手，請學生思考平常喝酒時為什么出現臉紅和臉白的現象，加深學生對催化劑的認識-需與反應特點相匹配。那么甲醇制烯烴中催化劑應該怎樣設計呢？回顧該反應的反應特點。由反應特點-催化劑特點-活性組分特點循序漸進引導學生思考，確定活性組分特點。根據工業催化中材料學知識，引導學生對比分析材料性質，小組討論適用于該反應的材料(利用采用雨課堂進行問題發布和答題情況反饋)，確定后進行反向驗證，確定材料選擇正確性。以活性組分特點為基礎，確定分子篩如何選擇，并進行知識拓展，將學科前沿知識引入，培養學生科學思維，進行科技工作者相關的思政教育(圖1)。最后老師根據學生討論情況進行分析總結，針對難點部分重點講解。由此強調學生參與教學過程，使學生在課堂上由“被動聽課”-“被動參與”-“主動參與”，逐步融入課堂，產生學習興趣，提高學習效果[8]。

圖1 問題驅動法講解-甲醇制烯烴材料選擇Fig.1 Problem-driven method explanation-methanol to olefin material selection

(3)評價方式多樣化

采用教學過程和教學結果綜合評價，充分調動學生積極性和主動性。課程的考核方式是“平時成績(30%)+期中考試(10%)+期末考試(60%)”的綜合成績評定體系。平時成績側重學生學習過程與學生能力發展[9]，包括作業成績和課堂綜合評價成績。綜合評價成績包括教師評分、小組間互評、組內互評、組內自評成績，主要是對學生PPT展示環節和課堂討論環節的評價。期末成績的考核仍以試卷形式進行，但考試靈活性增加，除常規的選擇題、填空題、判斷題外，還增加了工藝流程分析和設計類的綜合型題目。試卷批閱時也按照非標準答案的要求，并不直接以對錯區分，這也將考試從單純檢驗知識的記憶程度向檢驗知識的運用能力進行轉變，倡導學生獨立思考能力和創新意識培養。

4 結 語

創新教學模式的課程教學改革通過編寫教材或指導書，及時補充更新教學內容和工藝知識，從而實現全方位和立體化的教學資料體系；通過雨課堂、微課等教學平臺對課堂教學進行延伸拓展，實現優質資源共享，提升教學質量和學生的主觀能動性；圍繞“理論與實踐教學一體化途徑和方法的研究”開展教學研究，擬將煤化工專業實驗、生產實習環節和前沿學科知識融入理論教學中，增強知識的前沿性和實用性；進一步加強對教學過程的評價，采用教師評價和學生評價相結合的綜合體系，以提升學生獨立思考能力和創新意識。