疫情防控背景下的“化工分離工程”課程教學改革與實踐

高道偉 陳國柱

(濟南大學 化學化工學院,山東 濟南 250022)

2020—2022年,保證新冠疫情防控期間教學質量,響應 “停課不停教、停課不停學”的號召[1]是當時我國高校共同面臨的新挑戰。作為化學工程與工藝專業最重要的專業課之一的“化工分離工程”,在疫情防控期間如何保證安全高效授課引起我校相關師生的重視。“化工分離工程”是工業生產工程中用于分離和提純混合物的工程學科,涉及“物理化學”“化工原理”“化工熱力學”等課程[2]。在時代的發展中,科技的進步一直是社會發展的直接動力,知識產權、資本、高端產品的制造一直是競爭的焦點。作為人才培養的搖籃,大學的神圣使命一直是為國家的發展培育建設創新型人才[3]。

工程教育專業認證不僅對學校的發展有著重要的意義,并且對學生未來的發展與就業也有著重要的意義。通過網頁專欄、微信公眾號、文化長廊、宣傳橫幅等的宣傳教育,讓學生了解專業認證對于學生以及學校的重要意義。將專業培養方案上傳至學院官網,通過現場學習、講座、校園招聘等活動,使學生重視工程教育專業認證工作。積極引導學生主動參與大學生知識競賽,讓各個年級的學生積極主動參與到競賽中,自發組成團隊進行參賽。通過主動參與知識競賽,不僅可以讓學生所學知識得到鞏固,在書面知識得到實際運用的過程中,學生發現問題與解決問題的能力也會得到相應的鍛煉,提高了學生的學習積極性,使學生的工程思維能力得到了鍛煉,也可以使校園到企業的距離不斷縮短,有效提高學生的素養。

“互聯網+”是當前時代背景下的互聯網新形態,傳統領域通過與“互聯網+”的結合,實現了新形勢下的快速發展與優化升級。在科技快速發展的時代背景下,課堂教學與互聯網技術的相互結合,對傳統的教學方法進行了優化升級,傳統的教學方式也受到了新的挑戰。化工分離工程在現代工業及相關領域的應用十分廣泛,并隨著化學工業的不斷發展,化工實際生產中復雜物料的分離提純技術也越來越得到重視。因此,“化工分離工程”也成為高等院校化工專業的主干課程[4]。在復雜的疫情形勢下,響應國家號召,安全高效地培養熟練掌握化工分離專業技能,具有分析設計能力,有自主探索、求知解惑的良好習慣,能夠適應當代化工分離技術發展需求的大學生是課程的培養目標。

根據化工分離課程的特點,作者介紹了新冠肺炎疫情防控形勢下互聯網與教育相結合的現代教學新模式。在線下教學難以實現的情況下,運用新型的慕課、雨課堂等多種在線教學方式,不僅能實現疫情形勢下的授課,還可以激發學生的學習積極性,挖掘學生的潛能,讓學生能積極主動地進行自主學習。這不僅僅是當前教學的新模式,還會成為未來網上授課的主要形式,帶動新時代教學改革。

1 “化工分離工程”課程當前存在的問題

“化工分離工程”是我校化學工程與工藝專業學生的專業基礎課。該課程主要內容為恒沸精餾、萃取精餾、反應精餾、分子蒸餾、雙水相萃取、吸附、離子交換膜等分離技術,采用32學時的授課時長進行理論教學[5]。該課程長期以來使用課堂授課方式進行教學,目標是使學生掌握分離技術的基本原理、傳質機理等基礎知識;熟悉分離技術的特點、分離設備的工作原理、基本構成及應用;了解國內外分離技術發展新動態[3];了解化工分離技術在實際化工生產中的應用;能夠對實際分離問題進行分析、識別;能夠熟練運用化工模擬軟件對實際生產中混合物的分離進行模擬、優化。然而在疫情形勢下,如何充分運用線上教學優勢,響應國家號召并保證教學質量,完成教學任務成為教學的新挑戰。疫情形勢下的“化工分離工程”課程的教學問題如下。

1.1 教學方法陳舊單一且難以保證聽課效率

“化工分離工程”教師授課更加側重課本知識,所涉及的公式不僅復雜,而且繁多,學生在學習時比較吃力,需要長時間集中精力學習。教學內容多著重采用課本重點內容[6],在網課教學中與傳統板書教學類似,沒有新意,難以激發學生學習興趣。經常發生老師長篇大論而學生不認真聽講的情況,使教學效果不佳。

1.2 課程計算復雜且學生注意力不集中

“化工分離工程”課程在授課過程中有知識體系復雜、計算公式多而散、教學過程多以公式推導為主等特點。課件難以引起學生學習興趣,且課本知識點如精餾、萃取等分離方法,基本原理與計算過程都比較繁冗復雜,學生在上網課過程中容易失去興趣,沒有積極主動用公式解決實際問題的動力,更多在期末考核前進行突擊記憶以應對期末考試。

1.3 學生缺乏自主探索、求知解惑的能力

學生經過長期固定學習后,在學習過程中更習慣于聽從老師講授課本內容,而不是自主對課本知識進行探索。在長期枯燥的學習氛圍下,求知欲不斷下降,學習的積極主動性與創新能力不再像最初接觸時濃厚。學生是學習的主人,是學習的主體。如何讓學生最大程度提升學習興趣,在課堂中加入到與教師、與同學的互動中來,充分挖掘自己的學習潛能,是每一位教師需要孜孜不倦進行思考、探索與總結的。

如今社會的發展日新月異,互聯網信息更迭也十分迅速。互聯網信息總量大、更新快,在線上教學的過程中學生容易受到影響。線上教學時,學生活動相對自由,更容易受到游戲、短視頻等娛樂項目的誘惑。如何讓學生拒絕誘惑,自主學習成為目前教學的新問題。

1.4 網絡授課缺乏課程知識與工程實際的聯系

網絡授課時使用課堂PPT授課,課后學生完成習題的授課模式。學生在學習過程中沒有實際案例將所學知識進行施展,且在疫情形勢嚴峻復雜的情況下也難以帶領學生進行正常的工廠實習,以了解實際化工生產過程中如何使用分離知識進行實際混合物的分離。在學習的過程中學生難免會感覺所學知識更加抽象,學習興趣也隨之下降。

因此如何改變網絡授課仍按照傳統授課方式進行、改善“化工分離工程”授課過程中存在的問題是亟待解決的問題。作者結合濟南大學“化工分離工程”課程在實際授課過程中的問題,提出以下幾點建議以完成“化工分離工程”授課目標,響應國家號召,在完成授課目標的前提下保證學生安全與素養提升。

2 “化工分離工程”教學改革與實踐

在“化工分離工程”這門涉及大量公式推導、知識點等內容的課程中,課堂教學是完成教學任務的關鍵環節。在線上教學過程中,學生進入相應的課堂中進行學習,教師開啟相應課堂進行授課,學生與老師同步進行一門課程的學習與授課,老師可及時調節課堂氣氛,通過設置隨堂習題、邀請學生發送彈幕提出問題、對表現好的同學發放紅包等小技巧緩解學生的學習壓力[7]。“化工分離工程”授課時,計算量大,教學內容晦澀難懂,學生難以對抽象的知識進行形象的理解,教師可在授課過程中穿插科研實例,提高學生的學習興趣。在教學方式不斷改革發展的今天,學生才是學習的主體,老師應該成為學生前進道路上的引路人、協助者,教師要從根本上實現自己身份的改變,根據學習內容的難易程度進行教學內容的調節,實現發展與超越。

2.1 優化教學內容,運用新興教學模式

目前網上教學多采用PPT播放形式,主要以課本內容為主,無法充分發揮多媒體授課的優勢。可在課本內容的基礎上多穿插音像視頻,以圖片及動畫的形式向學生展示更加生動形象的知識點[8],以生動有趣的形式展示晦澀抽象的知識,激發學生對“化工分離工程”的學習興趣。

在教學內容上可以將與交叉學科(如化工熱力學等)課程相重復的知識點進行刪減,增加實際生產中碰到的分離設備故障實例、化工分離實際案例等相關知識點,增強課程理論與實際工作的聯系,使學生將學到的知識充分運用,提高學生理論聯系實際的能力。

2.2 熟練使用網絡工具進行高效授課

在網課期間,由于“化工分離工程”課程的知識點相對復雜,公式的運用需靈活熟練掌握方能解決實際應用問題,但由于無法像課堂授課一樣可以實時看到學生的狀態,學習與否全靠學生自覺。因此在授課前可以錄制與課程相關的教學視頻方便學生課前預習,以便其對課程內容有所了解。授課過程中穿插簡單的問題提問與實際案例解答,既便于學生及時掌握知識,也可以提高學生的學習注意力。利用多種實時會議軟件(如騰訊會議、QQ課堂、雨課堂等)進行直播授課,在上網課的過程中,學生也能像教室授課一樣及時反映問題,提高授課效率。老師也可將上課內容以錄屏方式保存以便學生反復觀看,更有利于學生課后復習所學知識。課后學生以網上錄屏方式提交報告,并建立一個問題討論平臺方便同學之間互相討論問題,及時交流收獲。

在線上教學中,QQ群課堂等教學軟件可以全程錄屏,回放功能可以無限使用。學生在學習過程中如果有疑問可以進行反復觀看從而解惑。群課堂授課時也可以在群內發布問題,讓學生以投票以及課堂作業的形式對所學知識進行反饋,可以得到學生的預習以及知識的掌握情況,使教師能及時掌握學生的學習狀況,調整自己的教學內容。學生在聽課過程中可以發送彈幕,讓老師即時看到自己想問的問題,減少了面對面交流時,學生不好意思提問情況的發生。線上教學時,教學資料的分享與教學視頻的可回放功能使得學生有更充足的時間進行所學知識的復習,提高了學生學習的積極主動性,實現了以學生學習為主,老師引導學生學習的教學模式。

2.3 提高學生求知欲

首先是通過適當的提問來激發學生求知欲。通過提問,學生能主動構建已有認知,從經驗提煉出理論,主動發現事物間關聯,通過已有知識探索新的可能性。提問不應僅僅只是應付于形式化的“是么”“是吧”“是”,而需要真正引發學生思考,特別是發散性、多元化思考。

其次是采用任務和活動形式的教學方法。在學習完基礎知識,學生對一部分內容已有一些基礎認知時,采用任務形式的教學方法能較快提升學生歸納總結知識、融會貫通理論與實踐的能力。好的任務模式能充分提升學生的積極性與參與感,使得課堂生動有趣,不再是枯燥無味與陌生的知識,而是可以親眼看到、自己參與的學習過程。這能使理論知識更快落地,也是檢驗學生學習效果的最佳途徑之一。任務與活動過程中也能充分發展學生互幫互助、相互分享與交流的能力,提高學生的領導能力與人際協調溝通能力,提升學生的表達能力與語言總結溝通能力。

2.4 提高學生理論聯系實際的能力

疫情防控期間,學生的社會實踐會受到一定的影響,無法到化工廠進行實地調研,理論知識只能停留在書本上。因此在授課過程中,可以在知識點中穿插實際化工生產車間及設備的圖片,鍛煉學生理論聯系實際的能力。在公式講解過程中,使用實際化工生產中分離混合物的相應案例,讓學生在解決實際問題的過程中充分掌握知識點,使理論知識不僅僅停留在書本上,更能體現在社會生活中。

收集工廠現場分離設備存在的問題,提取工廠數據,讓學生自己設計程序進行計算,培養學生解決工廠中實際的分離問題的能力。

在目前的教學中,仍然有一些問題需要教師關注:一是線上教學過程中,老師無法看到學生是否在認真聽課,學生可能將教學軟件掛后臺而去干別的事情。二是長期使用電子產品引起學生身體問題,如視力下降、長期低頭聽課使頸肩負擔過重引起頸肩酸痛等問題。這些問題也是老師需要注意的問題。

3 結語與展望

事實證明,在疫情防控期間采用線上授課的方式是完全可行的,以直播授課的方式替代傳統的教學方式也可以充分實現“化工分離工程”的教學目標。針對疫情防控期間“化工分離工程”課程授課存在的問題,教師通過在線教學的實際應用,積累了疫情防控下教學的豐富經驗,掌握了網絡教學工具的熟練運用,為當前形勢下教學改革提供了經驗。化工分離教研組進行了相關討論與研究,結合本校教學實例,提出優化教學內容,利用新興教學模式,使用網絡工具進行高效授課,將實際案例與理論知識相結合從而完成教學任務,提高學生學習興趣,提高網絡授課效率,完成國家號召,讓學生不僅能保證身體健康,還能高效完成學業。