化工分離工程課程線上教學(xué)的探討與實(shí)踐

朱桂丹，尹 絢，趙秀峰，曹 玲，薛來奇

(1.昌吉學(xué)院 化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)系，新疆 昌吉 831100；2.清華大學(xué) 機(jī)械工程系，北京 100084)

面臨2020年全球抗擊新冠肺炎疫情的現(xiàn)狀下，學(xué)校積極響應(yīng)國家教育部提出的“停課不停教、停課不停學(xué)”的號(hào)召[1]。如何能快速高效的完成這一教學(xué)目標(biāo)是我校師生共同面臨的新課題。筆者在新型冠狀病毒感染肺炎疫情影響下的新學(xué)期承擔(dān)著本科生化工分離工程課程的授課任務(wù)。新學(xué)期初期師生告別了昔日熟悉的傳統(tǒng)教學(xué)課堂，采用在線教學(xué)模式授課。授課對(duì)象、所授課程性質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及學(xué)生的掌握效果等都是線上教學(xué)模式要面臨和思考的要素[2]，要徹底分析現(xiàn)狀，正確合理的調(diào)整教學(xué)策略，確保線上授課效果和質(zhì)量。

如果在沒有線上線下混合式教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)的前提下，完全將線下課堂教學(xué)搬到線上直播課中，將因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)擁堵、師生硬件條件和生源本身等不確定因素導(dǎo)致線上授課效果大打折扣[3]。因此如何設(shè)計(jì)和實(shí)施符合高校的完全線上教學(xué)模式勢(shì)在必行。本文以分離工程課程線上教學(xué)為例，結(jié)合近期以來的線上教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為滿足和適應(yīng)疫情期間“停課不停學(xué)”的需要，對(duì)分離工程在線上教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面進(jìn)行探討，提供一個(gè)“完全線上” 授課模式的化工專業(yè)教學(xué)案例，希望能為地方普通高等學(xué)校線上教學(xué)工作提供參考。

1 化工分離工程課程概述

化工分離工程是高?；I(yè)的一門重要專業(yè)課[4]，綜合利用相平衡關(guān)系、膜分離知識(shí)、動(dòng)力學(xué)原理、熱量傳遞原理、熱力學(xué)原理、動(dòng)量傳遞原理以及質(zhì)量傳遞原理等化工基礎(chǔ)課程相關(guān)知識(shí)，來解決和深入研究實(shí)際化工生產(chǎn)過程中多體系物料的分離和純化操作?；し蛛x工程以混合的多體系物料為研究對(duì)象，目標(biāo)是解決多體系物料的高效分離。基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)多，理論性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，要求課堂教學(xué)理論知識(shí)和實(shí)際案例結(jié)合緊密，且化工分離工程日益在現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)和綠色化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1.1 化工分離工程課程在化工領(lǐng)域的地位

化工分離工程課程所講述的知識(shí)體系普遍應(yīng)用于石油化工、煤炭能源、冶金、食品加工業(yè)、輕工業(yè)和環(huán)境等工業(yè)領(lǐng)域[5]。例如在石油化工企業(yè)，物料分離裝置系統(tǒng)的費(fèi)用占總企業(yè)投資的50%以上?？梢娀し蛛x工程所學(xué)知識(shí)體系在化工生產(chǎn)過程中起著舉足輕重的作用。國內(nèi)大部分高校也將化工分離工程設(shè)置為非常重要的化工專業(yè)課程。因該課程具有廣大的知識(shí)覆蓋面、并且應(yīng)用性極強(qiáng)，難度大等原因，培養(yǎng)的能力也是學(xué)生畢業(yè)后工作所不可或缺的。因此高校通常選擇將分離工程課程安排在化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)等基礎(chǔ)化工課程之后進(jìn)行學(xué)習(xí)(一般安排在大二下學(xué)期以后)。這樣開設(shè)課程才可以保證學(xué)生能夠在完全理解的基礎(chǔ)上理論聯(lián)系實(shí)際，從而提高解決實(shí)際問題的能力。

1.2 化工分離工程課程的特征

化工分離工程所述的眾多基礎(chǔ)原理和知識(shí)體系來源于化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)等基礎(chǔ)化工課程。然而，化工分離工程課程中的內(nèi)容并不是化學(xué)反應(yīng)工程等化工基礎(chǔ)課程相關(guān)知識(shí)體系的簡(jiǎn)單重復(fù)，而是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拔高和綜合[6]。以精餾操作為例，在化工原理課程中介紹的是二組分體系分離，在理想氣體和理想溶液進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的氣液體系計(jì)算，而在化工分離工程課程中通常介紹的是多組分復(fù)雜體系分離，物料體系嚴(yán)格按照實(shí)際氣體和實(shí)際溶液進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合和涉及了物理化學(xué)和化工熱力學(xué)的相關(guān)知識(shí)范疇。由此可見，化工分離工程課程更注重于利用基礎(chǔ)化工課程的專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際化工問題，被公認(rèn)為是高校本科階段化工專業(yè)工程應(yīng)用性最強(qiáng)、分離單元操作最接近實(shí)際化工生產(chǎn)的一門綜合性學(xué)科?？梢杂糜谂囵B(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程的手段分析和解決實(shí)際問題的能力。由于化工分離工程課程涉及面廣泛、經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)內(nèi)容豐富，國內(nèi)外的分離技術(shù)與分離裝置不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。

2 化工分離工程課程線上教學(xué)內(nèi)容選擇

傳統(tǒng)教學(xué)模式是教師參照書本教材以課堂教學(xué)為主的板書講授教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式枯燥乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏積極性。尤其對(duì)于化工分離工程具有工藝流程復(fù)雜、工程應(yīng)用背景強(qiáng)、計(jì)算過程復(fù)雜、公式繁多以及計(jì)算量大等特征，導(dǎo)致學(xué)生極易產(chǎn)生畏懼和排斥心理。然而，線上授課模式可以很好的利用多媒體教學(xué)，通過現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)將文字、圖片、聲音、動(dòng)畫以及分離流程視頻等引入教學(xué)中，可以達(dá)到圖文并茂、動(dòng)靜結(jié)合的效果，吸引學(xué)生眼球，增強(qiáng)學(xué)生理解抽象概念、圖形性質(zhì)和學(xué)科定理的能力。然而，網(wǎng)上授課如何精心選擇教學(xué)內(nèi)容是利用好多媒體教學(xué)的重中之重。

2.1 精心選擇教材,合理安排教學(xué)內(nèi)容

近年來，隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加速和科技的不斷進(jìn)步，不斷涌現(xiàn)出新分離技術(shù)，這些新分離技術(shù)也得到了科學(xué)界的認(rèn)可并逐漸在工業(yè)界大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，可見化工分離工程課程的教學(xué)內(nèi)容需要與時(shí)俱進(jìn)，跟進(jìn)科技發(fā)展的步伐及時(shí)更新。然而化工分離工程課程的教學(xué)內(nèi)容豐富又課時(shí)有限，實(shí)現(xiàn)面面俱到的全面涉獵十分困難。因此，選擇教學(xué)內(nèi)容和教材尤為重要。我們選用劉家祺主編的教材《化工分離過程》，該教材從內(nèi)容和體系角度體現(xiàn)出創(chuàng)新精神，重視培養(yǎng)學(xué)生理論和實(shí)際結(jié)合的能力，擴(kuò)展了化工分離工程的知識(shí)面，可以滿足高校培養(yǎng)新世紀(jì)人才需求。

面臨化工分離工程課程內(nèi)容多、課時(shí)少的現(xiàn)狀，以培養(yǎng)應(yīng)用型高等化工人才為目的，參照教學(xué)大綱，合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，有效的將傳統(tǒng)分離技術(shù)和最新的分離技術(shù)整合。因此，教學(xué)內(nèi)容要以教材為主，結(jié)合化工分離工程最新研究成果，對(duì)教學(xué)內(nèi)容實(shí)行合理擴(kuò)展，便于學(xué)生掌握并運(yùn)用當(dāng)代新分離技術(shù)的知識(shí)理論體系。授課過程中，要在講授基礎(chǔ)理論的過程中引入化工生產(chǎn)實(shí)際案例進(jìn)行分析，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。從工程應(yīng)用的角度更加深刻的理解分離工程知識(shí)理論，為今后學(xué)生走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，如何收集、選材和應(yīng)用多媒體呈現(xiàn)化工生產(chǎn)實(shí)際案例給學(xué)生是保證線上授課效果的其中關(guān)鍵一步。

2.2 線上教學(xué)資源及內(nèi)容優(yōu)化

線上教學(xué)通過多種多媒體，如圖片、動(dòng)畫、視頻等技術(shù)，既可以提高學(xué)生聽課的專注度，還可以更形象直觀的學(xué)習(xí)和掌握不同分離技術(shù)的工藝流程和原理。(1)文字素材主要用于線上課程的文字部分，線上授課平臺(tái)不能直接照搬教科書上過長(zhǎng)的文字描述，要事先對(duì)文字素材進(jìn)行精編精選，避免因文字過多在授課瀏覽時(shí)不停地翻頁，影響課件美觀和分散學(xué)生注意力。(2)圖片素材包括教材、實(shí)際化工工廠分離流程圖以及最新研究的分離技術(shù)流程圖和原理圖，提高學(xué)生的積極主動(dòng)性，便于提高學(xué)生在理論知識(shí)與實(shí)際化工生產(chǎn)過程相結(jié)合的能力。(3)動(dòng)畫和視頻素材可以演放化工分離過程中計(jì)算推導(dǎo)過程、仿真平臺(tái)模擬化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)分離過程。例如學(xué)生對(duì)多組分精餾的相關(guān)理論知識(shí)掌握后，將借助精餾仿真平臺(tái)和乙酸乙酯生產(chǎn)軟件所進(jìn)行的演練精餾塔的開停車操作制作成動(dòng)畫和視頻素材，可形象逼真地展現(xiàn)分離工藝的操作過程以及分離設(shè)備內(nèi)部具體結(jié)構(gòu),使得分離設(shè)備的復(fù)雜結(jié)構(gòu)直觀化,抽象理論簡(jiǎn)單化，在授課平臺(tái)上用PPT素材給學(xué)生很強(qiáng)的實(shí)物感,課堂內(nèi)容生動(dòng)豐富，刺激學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，多感官加深記憶。在線上授課過程中，逐漸對(duì)教學(xué)資源和課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，逐漸形成教材中理論知識(shí)、化工廠分離設(shè)備工作原理以及仿真平臺(tái)模擬化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合的三維一體的線上教學(xué)體系。

3 化工分離工程課程線上教學(xué)方法探討

傳統(tǒng)化工分離工程教學(xué)主要以教師為主體，參照教材以板書和PPT相結(jié)合方式進(jìn)行講述，學(xué)生在課堂處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主性。然而，分離工程的特點(diǎn)是難度大、涉及面廣以及實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生很難在被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)理解和掌握課程內(nèi)容。另外，隨著科技的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能完全滿足新時(shí)期對(duì)化工人才培養(yǎng)的新需求，可見即使不面臨全球疫情下必須線上授課，化工分離工程課程教學(xué)改革也迫在眉睫。本文將從多媒體教學(xué)法、案例教學(xué)法以及引導(dǎo)探索法進(jìn)行化工分離工程課程線上教學(xué)方法的探討和實(shí)踐，提供一個(gè)在線上平臺(tái)師生積極互動(dòng)和學(xué)生自主性強(qiáng)的線上授課方法，進(jìn)而提升化工分離工程課程的教學(xué)質(zhì)量。

3.1 多媒體教學(xué)法

化工分離工程課程所設(shè)計(jì)內(nèi)容包含較多化工分離設(shè)備和工藝，這些設(shè)備的分離過程原理復(fù)雜又抽象，不可能通過板書完美的講述給學(xué)生，只靠板書文字材料學(xué)生也很難接受和理解。然而，多媒體技術(shù)卻可以通過搜集和整理相關(guān)化工分離設(shè)備或工藝流程的圖片、動(dòng)畫以及視頻，并將其和教材理論知識(shí)相結(jié)合采用PPT模式在線上平臺(tái)展現(xiàn)給學(xué)生，使整個(gè)課程講授過程形象且生動(dòng)，這便是多媒體手段教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。例如在講述某個(gè)化工分離過程時(shí)，就可以通過放映和鼠標(biāo)跟蹤講解視頻或動(dòng)畫來展示所涉及化工分離設(shè)備在整個(gè)過程中是如何進(jìn)行的工作，視頻或動(dòng)畫的放映隨時(shí)可以暫停和開始，便于給學(xué)生闡明化工分離設(shè)備的工作原理。讓學(xué)生身臨其境的學(xué)習(xí)和理解。

當(dāng)然多媒體教學(xué)并不是完美無瑕，化工分離工程課程包含很多計(jì)算過程，如果在PPT中僅采用文字素材和公式形式講述，學(xué)生很難集中注意力，對(duì)計(jì)算式的由來也會(huì)非常陌生。在這種情況下可以將傳統(tǒng)板書線上化，演示公式推導(dǎo)的計(jì)算過程，從而讓學(xué)生跟隨線上板書一步步引導(dǎo)最終理解和加深計(jì)算過程。所謂傳統(tǒng)板書線上化，就是課前對(duì)公式推導(dǎo)過程進(jìn)行錄頻后在線上授課平臺(tái)進(jìn)行放映講解；或者直接在線上平臺(tái)進(jìn)行真人公式推導(dǎo)演示。通過多媒體與板書線上化兩者有機(jī)結(jié)合，充分利用兩種授課模式的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而提高學(xué)生的注意力，增強(qiáng)學(xué)生上課積極性和自主性，最終提高線上授課質(zhì)量。

3.2 案例式教學(xué)法

化工分離工程是應(yīng)用操作性極強(qiáng)，設(shè)計(jì)計(jì)算多且要求高的一門實(shí)用性課程。從化工領(lǐng)域已經(jīng)工作的畢業(yè)生的反饋意見中也可以得到相一致的結(jié)論。因此，該課程的教學(xué)不能只針對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行教授，更重要的是要在講述理論后要進(jìn)行化工分離實(shí)際案例刨析，以此加深學(xué)生的理解和記憶，也可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。搜集和設(shè)計(jì)經(jīng)典案例，并對(duì)案例從不同角度和多種影響因素進(jìn)行講述和分析，讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)和掌握分離過程技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用以及原理。案例式教學(xué)法在線上授課的引用，足以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，并可加深課程內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程難點(diǎn)的能力，最終促使學(xué)生在未來工作中更有競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3 引導(dǎo)探討式教學(xué)法

隨著科技高速發(fā)展，化工分離技術(shù)也突飛猛進(jìn)，為了學(xué)生在以后的工作中適應(yīng)和熟練掌握新技術(shù)，化工分離工程課程不能只重點(diǎn)講述分離工程的基礎(chǔ)性知識(shí)，只對(duì)新技術(shù)簡(jiǎn)單介紹。在課時(shí)有限的前提下，為了能讓學(xué)生更多的接觸和了解新分離技術(shù)，線上授課模式應(yīng)該合理分配課時(shí)，留出一些課時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)探討式教學(xué)法來擴(kuò)展新分離技術(shù)的講授。選擇幾個(gè)教材中新穎的分離技術(shù)進(jìn)行專題訓(xùn)練，將班里學(xué)生進(jìn)行分組并分配專題，選出小組代表，在老師的引導(dǎo)下每個(gè)小組通過查找和搜集教材、網(wǎng)上資料、企業(yè)文件、最新的論文文獻(xiàn)等材料，整理材料并制作相關(guān)專題的PPT，由小組代表在線上平臺(tái)講述相關(guān)理論。其他同學(xué)積極討論與提問，本組同學(xué)進(jìn)行答疑。全班同學(xué)都參與互動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)沉悶枯燥的教學(xué)氛圍，在傳授知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新思維以及課程組織能力，使得線上平臺(tái)變得更加活躍，提高學(xué)生的參與程度，實(shí)現(xiàn)化工分離工程課程的理論應(yīng)用于實(shí)踐的教學(xué)模式。

4 考核評(píng)價(jià)方式的改革

傳統(tǒng)的考核評(píng)價(jià)主要由平時(shí)成績(jī)(30%)和期末考試成績(jī)(70%)兩部分組成，這種主要靠一張?jiān)嚲碓u(píng)價(jià)學(xué)生成績(jī)的考核方法存在許多弊端，雖然可以讓學(xué)生加深理論知識(shí)的復(fù)習(xí)，但是對(duì)于實(shí)踐性極強(qiáng)的化工分離工程，并沒有真正考核學(xué)生實(shí)際分析和解決問題的能力[7]。也沒有重視學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)和鍛煉。如果按照這種考核評(píng)價(jià)方式，前面所述的線上教學(xué)模式均是紙上談兵，學(xué)生會(huì)把精力集中放在線下考試前的理論知識(shí)復(fù)習(xí)，不會(huì)把精力放在PPT上分離工程的理解與實(shí)際應(yīng)用講解中。應(yīng)該采用全面綜合的考核評(píng)價(jià)方式，包括考勤表現(xiàn)評(píng)價(jià)(15%)、線上平臺(tái)互動(dòng)次數(shù)和質(zhì)量(15%)、案例式課題總結(jié)報(bào)告考查評(píng)價(jià)(15%)、引導(dǎo)探討式教學(xué)法中的考查評(píng)價(jià)(15%)以及期末考試評(píng)價(jià)(40%)等5大部分。

5 結(jié)語

疫情防控期間，筆者根據(jù)化工分離工程課程授課經(jīng)歷，已證實(shí)“完全線上”的教學(xué)模式是切實(shí)可行的，并取得了顯著的成效。學(xué)生對(duì)線上授課的內(nèi)容、教學(xué)模式以及知識(shí)接受程度給予了認(rèn)可，提高了學(xué)生上課積極性和自主性。但是線上授課模式還需要經(jīng)歷一定的時(shí)間和考驗(yàn)來逐步完善。在今后的線上教學(xué)工作中，需要繼續(xù)精心篩選優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源，完善線上教學(xué)素材以便充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，以此來提高線上平臺(tái)的創(chuàng)新性和吸引力。充分發(fā)揮線上教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，如師生應(yīng)該利用線上平臺(tái)積極討論互動(dòng)，便于隨時(shí)提出問題和解決問題，增強(qiáng)學(xué)生參與的積極性和主動(dòng)性。另外，要特別注重線上教學(xué)過程中基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)際化工分離過程相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐意識(shí)，提高學(xué)生在實(shí)際化工生產(chǎn)中分析和解決問題的能力，最終培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求的應(yīng)用型高層次人才。