化工原理课程信息化教学探索与实践

张津津，孟秀霞，于鲁汕，庄淑娟，杨乃涛，王 平，曹 俊

(山东理工大学 化学化工学院，山东 淄博 255000)

化工原理是以化工单元操作为主线，与工程实践联系非常紧密的一门课程。通过本课程的学习，旨在让学生掌握常见的化工单元操作的基本原理和典型设备的基本结构，能运用所学知识对典型化工单元操作的操作特性、影响因素及化工过程中复杂工程问题进行剖析，能根据工艺要求对化工设备进行设计和选型，树立工程概念，培养学生分析和解决工程问题的能力、优化单元操作工艺和设备的能力。该课程涉及大量复杂化学工程问题中提炼出的原理性、内在规律性的内容，这些基本原理和工程经验源于工程实践又应用于工程实践，诸多工程观点、原理和方法等会直接影响到学生后续专业课程的学习及工作生涯[1]。

1 化工原理学习和教学的现状

化工原理课程各单元操作过程相对独立，工程概念多且零碎；课程涉及的知识面广，工程背景知识体系复杂；半理论、半经验的研究方法贯穿课程始终；课程兼有较强的理论性和实践性，所以课程学习难度较大[2]。传统按部就班的“注入式”教学环境面对晦涩难懂的知识和公式下更显苍白，这种教学模式让老师在教育中占据主导地位，学生是知识的被动接受者，老师的眼界和知识储备直接决定了也限制了学生的视野和发展，不仅绑架了老师，忽略了学生的个性化差异和个性化需求，更是限制了学生的主体性和能动性，限制了学生的创造能力和钻研精神，导致学生对课程产生排斥心理，严重影响学生的学习兴趣、积极性和学习效果，导致学生越学越吃力，最终甚至自我放弃。随着信息化技术的发展，应发挥学生的主观能动性，以学生为中心，培养学生的学习能力。

2 化工原理信息化教学探索

信息化教学是一种现代化教学的表现形式，利用现代化信息技术和手段为教学媒介，以学生为主体，教师为引导者来促进学生自主了解、熟悉、掌握所学知识。信息化教学中学生肩负自我学习的责任与义务，在学习的过程中可以发挥主观能动性，勤于思考，乐于探究，勇于实践；而教师则是学生学习过程中的引导者和帮助者，要充分考虑到学生的自主性并尊重学生间的差异性，可以利用课堂以外的任何一个场所作为教学场所来解决教学内容，达成相应的教学目标[3]。这种教学模式可以借助现代科技成果，加强和提高学生的自主学习能力，更好地适应信息化时代。在此，笔者有几点关于信息化教学的感悟。

2.1 情境创设，激发学生自主探究内部规律

信息化教学中，创建情境吸引学生注意力并激发学生自主开展探究工作，不仅会让学生在探究内部规律的过程中获得知识，更可以让学生中在自主学习的收获中建立自信心和成就感，形成主动探究-收获知识-建立自信-自愿探究的良性循环。例如学习伯努利方程前，教师使用网络教学平台和雨课堂推送发生在1912年秋天的重大海难事故，学生看到这个海难事件后都比较震惊，好奇心驱动学生主动了解这次海难事件的来龙去脉，查看发生海难事件的原因，这样就会了解到压强与流速的关系，从而了解到伯努利方程。针对爱踢足球的学生，可以推送“香蕉球”视频、图片或文字资料；针对爱好文艺的学生，可以推送“茅屋为秋风所破歌”场景；还可以推送跟每位学生日常生活都相关的场景，如高铁驶入站，乘客站在黄色安全线以内的场景；如蓝天白云下，飞机起飞的场景等等，这些涉及伯努利方程的情境都很容易引起学生的共鸣，激发学生自主探究原因和蕴含的内部规律。因为学生已经通过自主查阅资料和自主学习对伯努利方程有所了解，所以在课堂教学时，他们愿意发表自己对伯努利方程的看法和认识，这种学习方式不仅可以活跃课堂气氛，还可以有效推动学习进度。

2.2 生活案例融会贯通，理论指导实践

将所学理论用于日常生活中，不仅可以解决实际问题，而且可以让学生在应用实践中认识到理论的重要性，刺激并调动学生学习的积极性。例如教师在谈及“空气导热系数较小，常用于保温”时，以保温杯为例，告诉学生可以在双层杯壁中填充空气来减慢热量散失速率，引导学生课下思考并在网络教学平台课程讨论区讨论节能降耗的小举措。学生很容易想到使用夹有空气层的双层玻璃的窗户代替单层玻璃的窗户来减小热量散失速率，也会意识到羽绒服拍打后更保温，这样不仅让学生很轻松地掌握了知识点，还引导学生有效地将理论用于指导实践，而且培养了学生的节能意识。

2.3 学习行为渗透，培养学生科研兴趣和探索创新能力

教师通过网络教学平台课程讨论区发布一些课外话题，学生在讨论这些话题时不知不觉中就会影响其学习行为和学习习惯，可以培养学生查阅资料、甄别资料的能力；教师还可以上传一些相关文献，培养学生探索未知领域的基本科研素养。例如教师在介绍牛顿粘性定律后，可以发布课外话题“流体粘度产生原因”来延伸知识，学生不仅可以巩固关于流体粘度的知识点，了解粘度的影响因素，而且可以通过查阅文献了解到粘度的内在原因即为流体分子的相互作用；又如，在介绍到蒸馏操作能耗大时，可以引导学生查阅资料寻求节能技术或其他分离方法，这样学生就会对节能工艺和新型膜分离技术等领域有初步了解。在这个过程中，学生不自觉地就会了解到科学研究的相关内容，而这些内容就像一颗种子在学生心中萌芽，慢慢影响学生的思维方式和习惯，培养学生对科研的兴趣和探索创新能力。

2.4 遵循认知规律，加强知识与能力内化

我们都有过这种经历，别人口中的100遍可能不如自己亲身经历1遍记忆深刻，而知识的学习和能力的提升也遵循这种规律。当学生对某一理论或者观点有了一定认知后，要及时巩固-消化-吸收-内化-为己所用。实现这一过程的重要方法之一就是运用，在运用后总结，在总结中提升思想，转化为自己的想法后再次表达和实践。例如在化工原理教学过程中，教师在介绍完某一知识点后，可以通过雨课堂app在课堂上推送题目，让学生作答，作答结果直接投屏并作分析，这种方式不仅可以让教师及时了解学生学习效果，根据学生学习效果针对性进行讲述，有的放矢跟学生交流，而且可以让学生通过大家的作答情况对比找到自己的问题所在。教师课下可以通过网络教学平台在线测试板块再次发布测验，并通过教学活动板块让学生提交作业再次加以巩固。在学生进行了这些反复练习和测试之后，教师要考察学生的内化情况，如在下次课时随机抽查学生分享自己学到的知识和具备的能力，鼓励学生表述自己的观点和看法。另外，教师可以在学习完流体输送设备、传热、蒸馏和吸收设备等章节后，通过网络教学平台发布一些设计题目，让学生运用所学理论实际操练完成设备设计和选型工作。这一过程中学生需要开展工程计算、方案对比、图纸绘制、合理性评价、经济核算等工作，可以培养学生的工程观点和解决工程实际问题的能力，包括进行工程计算的能力，正确运用工程图表的能力和运用技术经济观点分析、解决工程实际问题的能力。通过这样的设计训练，学生不仅掌握了知识，而且提升了自身综合能力，真正实现了知识与能力的内化。

2.5 善用“同龄人效应”，鼓励团队协作

个人的成长离不开周围的环境，家庭、学校、社会、朋友等都会对个人成长和发展产生重要影响。调查表明，同龄人的影响不容小觑，因为大家在知识储备、认知程度、人生经历方面都比较相近，所以相互影响更是“润物细无声”。在教学过程中，可以巧用同龄人的影响，通过团队协作方式，鼓励学生发挥“帮带”作用，让大家树立团队意识，意识到一个人好不代表好，一个团队好才是真得好。教师可以在学期初让学生组团队，4～5人一组，组队原则是自愿、均衡、多样化，让不同程度的学生在一个组里，在团队合作中各取所长。比如教师在蒸馏章节讲述精馏段操作线方程时，很多同学难以理解，但有一部分同学擅长物料衡算，能够自行推导出精馏段操作线方程，这时教师可以让这样的学生讲解这一知识点。因为学生们都是初学该知识点，对于该知识点的认识比较相近，学习基础也基本相同，他们更容易接受同龄人的学习方法和讲解思路。又如在每章的知识地图构建时，为了呈现出更优秀的作品，每位学生会发挥自己的特长，擅长资料收集的学生会主动负责素材准备，精于总结归纳的同学会主动负责知识地图框架构建，善于排版的同学会进行PPT制作，长于讲述的学生会主动承担讲解PPT的责任。 在这一过程中，同龄人相互影响，大家彼此竞争又团结协作。在竞争的压力下，这种影响会逐渐转化为积极的自我影响，学生个体可以充分发挥自主性和能动性，不仅能锻炼个人能力，也在竞争日趋激烈的社会形势下提升在了团队协作能力。

2.6 重视化工类学科竞赛，寓学于赛

化工类学科竞赛，如“全国大学生化工设计竞赛”、“全国大学生化工实验大赛”、“互联网+化学反应工程课模设计大赛”等赛事都与化工原理课程紧密相关，这些赛事以工程项目的形式开展，培养学生的调研能力、动手能力、创新能力、实践能力以及团队合作精神[4]。可以通过组织学生参与竞赛，对课程内容有更深一步的了解，“以赛促学、以赛促教、以赛促改”，培养应用型和创新型高素质人才。

2.7 多元考核，尊重个体差异

学生在学习方式和学习行为上存在个体差异[4]，在教学过程中，应因材施教，考虑到学生的特殊性。教师可以在学期初、学期中和学期末分别发布调查问卷，了解学生的情况，获知其对化工原理课程的认知程度和对目前教学的看法，并能根据学生的反馈优化出更合适的授课方式和评价体系。教师可以将网上教学平台在线测试、雨课堂随堂小测试、学生笔记、课堂总结、发表观点、查阅资料、课程讨论、课程作业、课程小设计等都作为学生综合素质的考核部分；将团队协作中的组内自评、组内互评、组际互评和教师评价等都作为学生考核的形式。这样学生可以在课程学习过程中积极参与，发挥自己所长，在考核方式的激励下，掌握知识和提升能力。

3 总结

化工原理是化工类专业一门非常重要的专业基础课，其教学质量与教学效果对高素质综合应用型工程技术人才的培养至关重要。鉴于化工原理具有很强的理论性和实践性，现有教学模式在提高其教学质量方面存在诸多不足，我们需要借用信息化教学手段，优化教学方法、教学思路和考核方式，以学生为中心，激发学生的学习兴趣，充分发挥学生的自主性和能动性，提升学生的理论水平、实践能力、创新能力和团队协作能力，培养出应用型和创新型高素质综合性人才。