基于信息化創(chuàng)新的《煤化工工藝學(xué)》教學(xué)模式研究*

孟曉靜, 李 敏, 馮 建

(重慶科技學(xué)院，重慶 401331)

2017年1月國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃中提到，以學(xué)習(xí)者為中心，注重能力的培養(yǎng)，促進人的全面發(fā)展，終身學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)的理念逐漸深入人心，教育模式、形態(tài)、內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式正在發(fā)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(xué)活動，鼓勵教師利用信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式，推動形成“課堂用、經(jīng)常用、普遍用”的信息化教學(xué)新常態(tài)[2]。近年來，研究者在教學(xué)改革和評價體系優(yōu)化中不斷探索和實踐[3-4]。本研究針對能源化學(xué)工程專業(yè)核心課程《煤化工工藝學(xué)》重點研究工科課程教學(xué)中的信息化教學(xué)模式改革。

我校自2014年成立能源化學(xué)工程專業(yè)，主要對接煤化工產(chǎn)業(yè)及新能源行業(yè)。面對新型煤化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和社會對人才的需求，結(jié)合本市能源結(jié)構(gòu)特點和新工科建設(shè)契機，能源化學(xué)工程專業(yè)如何在現(xiàn)有的教學(xué)基礎(chǔ)條件下提高辦學(xué)水平和學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。基于正在實施的2019版能源化學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，通過原有專業(yè)課程體系改革，構(gòu)建以學(xué)生為主體的教學(xué)體系，側(cè)重學(xué)生能力的培養(yǎng)和鍛煉，幫助學(xué)生樹立工程觀念并強化創(chuàng)新意識，以培養(yǎng)更多滿足國內(nèi)新型煤化工行業(yè)的應(yīng)用型人才[5-6]。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

《煤化工工藝學(xué)》是能源化學(xué)工程專業(yè)的核心課程。結(jié)合學(xué)校高素質(zhì)應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)理念，該課程旨在促進學(xué)生在化工原理基礎(chǔ)上深入理解煤化工工藝的理論基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生思考工藝中原料選擇、單元操作及工藝路線等設(shè)計思路和原則，構(gòu)建學(xué)生的復(fù)合型知識和能力，同時培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式和創(chuàng)新能力，為國家和社會培養(yǎng)所急需的高素質(zhì)應(yīng)用技術(shù)型人才[7]。但課程教學(xué)和人才培養(yǎng)過程中暴露出許多新的矛盾和問題。

(1)課程內(nèi)容陳舊

“煤化工工藝學(xué)”課程教學(xué)中課程內(nèi)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(xué)》第三版和孫鴻教授主編的《煤化工工藝學(xué)》的出版時間皆為2012年，宋永輝教授主編的《煤化工工藝學(xué)》的出版時間為2016年，融入了當(dāng)時煤化工專業(yè)的教學(xué)實際與新技術(shù)、新工藝發(fā)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(xué)方法雖能強化學(xué)生的基礎(chǔ)知識，但卻固化學(xué)生思維模式。課程內(nèi)容仍無法全面反映出學(xué)科領(lǐng)域的最新研究成果和熱點問題[8]。三是課程工藝多、內(nèi)容繁雜，涵蓋內(nèi)容較廣?！睹夯すに噷W(xué)》主要內(nèi)容包含煤干餾、煤氣化、煤液化以及煤基碳素制品等內(nèi)容，教學(xué)實踐中容易出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容缺乏針對性問題，重難點不突出，學(xué)生對整個學(xué)科體系的認識不完善。

(2)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較低，內(nèi)容留存度低

課程授課對象為能化專業(yè)大三學(xué)生，學(xué)生具備基本的煤炭基礎(chǔ)知識和工藝認識，但專業(yè)知識掌握不夠系統(tǒng)且不牢固，難將理論知識和具體工藝相結(jié)合。另外學(xué)生年齡在20歲左右，獲取信息渠道多樣，思維活躍，且對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在倦怠感。對教學(xué)過程而言，學(xué)生的參與感低，課堂上沒有形成積極良好的討論、質(zhì)疑氛圍，大多被動認知相關(guān)知識，缺乏主動發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的訓(xùn)練，這也導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較低，教學(xué)效果較差，內(nèi)容留存度低[8]。

(3)教學(xué)過程系統(tǒng)性和創(chuàng)新性欠缺

教學(xué)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(guān)的現(xiàn)象，并不符合人類發(fā)現(xiàn)問題-探索問題-解決問題的認知規(guī)律，不利于學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。另外，對其他課程的知識，如化工原理、反應(yīng)工程、化工熱力學(xué)以及化工傳遞等在煤化工工藝學(xué)的拓展和應(yīng)用往往講授不夠，學(xué)生的知識往往比較零散，系統(tǒng)性較差，這也不利于學(xué)生知識體系的構(gòu)建。

(4)課程評價考核方法單一

在傳統(tǒng)的《煤化工工藝學(xué)》課程考核中，平時成績部分主要為作業(yè)成績，學(xué)生作業(yè)抄襲現(xiàn)象嚴重，所以平時成績不能反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程及能力發(fā)展情況，也不能很好的反饋教學(xué)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(shù)據(jù)修改，分析設(shè)計類題目較少，需要學(xué)生運用基礎(chǔ)知識深入思考分析的題目缺乏，只強調(diào)了基礎(chǔ)知識的掌握，不能鼓勵學(xué)生靈活運用知識，不能起到培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新意識的目的。

2 課程教學(xué)理念

針對《煤化工工藝學(xué)》課程教學(xué)中存在的問題，本課程教學(xué)目標牢固堅持“以生為本，學(xué)以致用，以能力培養(yǎng)為核心”的教育主體觀，圍繞學(xué)生開展教學(xué)工作。提出“123456”創(chuàng)新教學(xué)模式，即“1個主體”(學(xué)生)；“2個翻轉(zhuǎn)”(課內(nèi)翻轉(zhuǎn)、課外翻轉(zhuǎn))；“3個環(huán)節(jié)”(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(xué)手段”(學(xué)案導(dǎo)學(xué)、微課助學(xué)、合作互學(xué)、訓(xùn)練測學(xué)、評價促學(xué))；“6個教學(xué)過程”(新課導(dǎo)入、自學(xué)反饋、分組討論、要點精講、專題訓(xùn)練、拓展創(chuàng)新)。

3 課程教學(xué)改革具體措施

教學(xué)設(shè)計采用以學(xué)生為本的混合式教學(xué)模式：課前預(yù)習(xí)(案例分析)-課上討論和總結(jié)(問題驅(qū)動式)-課后復(fù)習(xí)和知識拓展，結(jié)合問題驅(qū)動法及小組討論法啟發(fā)學(xué)生思考分析問題，圍繞教學(xué)主線，運用教學(xué)資源庫和網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺，實現(xiàn)課前-課上-課后鞏固的信息化教學(xué)機制，以學(xué)生為主體完成知識和理論一體化教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容更加系統(tǒng)前沿，評價機制更為全面，具體實施方法如下。

(1)明確教學(xué)目標，確定教學(xué)重難點

在原課程內(nèi)容的設(shè)置基礎(chǔ)上結(jié)合本地特色，對課程教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化和調(diào)整，從廣度上使課堂內(nèi)容更為飽滿，拓展學(xué)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(jié)煤化工生產(chǎn)單元的普遍規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生建立從一般到個別、從個別到一般的科學(xué)思想，使相對零散的課本內(nèi)容系統(tǒng)化，促進學(xué)生知識網(wǎng)絡(luò)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(yù)熱和加壓，需要結(jié)合化工原理中的換熱器、泵和風(fēng)機等以及化工傳遞過程中的傳熱和傳動內(nèi)容。隨后根據(jù)反應(yīng)熱效應(yīng)和反應(yīng)特點，綜合化工熱力學(xué)和動力學(xué)，選擇合適的反應(yīng)條件。產(chǎn)物分離提純中，分離方法(吸收、萃取、精餾、結(jié)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(yīng)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(yīng)和分離平衡朝著有利的方向進行。這其中勢必需要結(jié)合化工儀表的檢測來實現(xiàn)，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(gòu)建增強了知識的系統(tǒng)性。以此為基礎(chǔ)，對比分析煤炭焦化、氣化、液化的相關(guān)原理、工藝設(shè)備和工藝流程，分析異同，延伸到國內(nèi)外新型煤化工清潔生產(chǎn)技術(shù)的設(shè)計思路和改進方向，進一步引導(dǎo)學(xué)生對未來煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局思考。

(2)教學(xué)方法優(yōu)化，強化工程能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)

充分挖掘?qū)W科特點，采用“創(chuàng)設(shè)情境—啟發(fā)誘導(dǎo)—思考探究—解決問題”的探究式教學(xué)模式。通過自制微課、雨課堂等教學(xué)資源，借助教學(xué)平臺，通過創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生求知欲，達到“課伊始，趣亦生”境界，既抓住學(xué)生的注意力，又加深對教學(xué)內(nèi)容理解，使學(xué)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(shè)計時，首先從實際生活實例入手，請學(xué)生思考平常喝酒時為什么出現(xiàn)臉紅和臉白的現(xiàn)象，加深學(xué)生對催化劑的認識-需與反應(yīng)特點相匹配。那么甲醇制烯烴中催化劑應(yīng)該怎樣設(shè)計呢？回顧該反應(yīng)的反應(yīng)特點。由反應(yīng)特點-催化劑特點-活性組分特點循序漸進引導(dǎo)學(xué)生思考，確定活性組分特點。根據(jù)工業(yè)催化中材料學(xué)知識，引導(dǎo)學(xué)生對比分析材料性質(zhì)，小組討論適用于該反應(yīng)的材料(利用采用雨課堂進行問題發(fā)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(chǔ)，確定分子篩如何選擇，并進行知識拓展，將學(xué)科前沿知識引入，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，進行科技工作者相關(guān)的思政教育(圖1)。最后老師根據(jù)學(xué)生討論情況進行分析總結(jié)，針對難點部分重點講解。由此強調(diào)學(xué)生參與教學(xué)過程，使學(xué)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(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果[8]。

圖1 問題驅(qū)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(xué)過程和教學(xué)結(jié)果綜合評價，充分調(diào)動學(xué)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(cè)重學(xué)生學(xué)習(xí)過程與學(xué)生能力發(fā)展[9]，包括作業(yè)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(nèi)互評、組內(nèi)自評成績，主要是對學(xué)生PPT展示環(huán)節(jié)和課堂討論環(huán)節(jié)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(guī)的選擇題、填空題、判斷題外，還增加了工藝流程分析和設(shè)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(qū)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(zhuǎn)變，倡導(dǎo)學(xué)生獨立思考能力和創(chuàng)新意識培養(yǎng)。

4 結(jié) 語

創(chuàng)新教學(xué)模式的課程教學(xué)改革通過編寫教材或指導(dǎo)書，及時補充更新教學(xué)內(nèi)容和工藝知識，從而實現(xiàn)全方位和立體化的教學(xué)資料體系；通過雨課堂、微課等教學(xué)平臺對課堂教學(xué)進行延伸拓展，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享，提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的主觀能動性；圍繞“理論與實踐教學(xué)一體化途徑和方法的研究”開展教學(xué)研究，擬將煤化工專業(yè)實驗、生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)和前沿學(xué)科知識融入理論教學(xué)中，增強知識的前沿性和實用性；進一步加強對教學(xué)過程的評價，采用教師評價和學(xué)生評價相結(jié)合的綜合體系，以提升學(xué)生獨立思考能力和創(chuàng)新意識。