化工分离工程课程线上教学的探讨与实践

朱桂丹，尹 绚，赵秀峰，曹 玲，薛来奇

(1.昌吉学院 化学与应用化学系，新疆 昌吉 831100；2.清华大学 机械工程系，北京 100084)

面临2020年全球抗击新冠肺炎疫情的现状下，学校积极响应国家教育部提出的“停课不停教、停课不停学”的号召[1]。如何能快速高效的完成这一教学目标是我校师生共同面临的新课题。笔者在新型冠状病毒感染肺炎疫情影响下的新学期承担着本科生化工分离工程课程的授课任务。新学期初期师生告别了昔日熟悉的传统教学课堂，采用在线教学模式授课。授课对象、所授课程性质、网络状态以及学生的掌握效果等都是线上教学模式要面临和思考的要素[2]，要彻底分析现状，正确合理的调整教学策略，确保线上授课效果和质量。

如果在没有线上线下混合式教学的经验的前提下，完全将线下课堂教学搬到线上直播课中，将因为网络拥堵、师生硬件条件和生源本身等不确定因素导致线上授课效果大打折扣[3]。因此如何设计和实施符合高校的完全线上教学模式势在必行。本文以分离工程课程线上教学为例，结合近期以来的线上教学经验，为满足和适应疫情期间“停课不停学”的需要，对分离工程在线上教学内容、教学方法以及考核方式等方面进行探讨，提供一个“完全线上” 授课模式的化工专业教学案例，希望能为地方普通高等学校线上教学工作提供参考。

1 化工分离工程课程概述

化工分离工程是高校化工专业的一门重要专业课[4]，综合利用相平衡关系、膜分离知识、动力学原理、热量传递原理、热力学原理、动量传递原理以及质量传递原理等化工基础课程相关知识，来解决和深入研究实际化工生产过程中多体系物料的分离和纯化操作。化工分离工程以混合的多体系物料为研究对象，目标是解决多体系物料的高效分离。基础知识点多，理论性强，应用范围广，要求课堂教学理论知识和实际案例结合紧密，且化工分离工程日益在现代化工产业和绿色化学领域得到广泛应用。

1.1 化工分离工程课程在化工领域的地位

化工分离工程课程所讲述的知识体系普遍应用于石油化工、煤炭能源、冶金、食品加工业、轻工业和环境等工业领域[5]。例如在石油化工企业，物料分离装置系统的费用占总企业投资的50%以上。可见化工分离工程所学知识体系在化工生产过程中起着举足轻重的作用。国内大部分高校也将化工分离工程设置为非常重要的化工专业课程。因该课程具有广大的知识覆盖面、并且应用性极强，难度大等原因，培养的能力也是学生毕业后工作所不可或缺的。因此高校通常选择将分离工程课程安排在化工原理、化学反应工程、物理化学、化工热力学等基础化工课程之后进行学习(一般安排在大二下学期以后)。这样开设课程才可以保证学生能够在完全理解的基础上理论联系实际，从而提高解决实际问题的能力。

1.2 化工分离工程课程的特征

化工分离工程所述的众多基础原理和知识体系来源于化工原理、化学反应工程、物理化学、化工热力学等基础化工课程。然而，化工分离工程课程中的内容并不是化学反应工程等化工基础课程相关知识体系的简单重复，而是在此基础上进一步拔高和综合[6]。以精馏操作为例，在化工原理课程中介绍的是二组分体系分离，在理想气体和理想溶液进行相对简单的气液体系计算，而在化工分离工程课程中通常介绍的是多组分复杂体系分离，物料体系严格按照实际气体和实际溶液进行计算，结合和涉及了物理化学和化工热力学的相关知识范畴。由此可见，化工分离工程课程更注重于利用基础化工课程的专业知识解决实际化工问题，被公认为是高校本科阶段化工专业工程应用性最强、分离单元操作最接近实际化工生产的一门综合性学科。可以用于培养学生运用工程的手段分析和解决实际问题的能力。由于化工分离工程课程涉及面广泛、经验性知识内容丰富，国内外的分离技术与分离装置不断改进和创新。

2 化工分离工程课程线上教学内容选择

传统教学模式是教师参照书本教材以课堂教学为主的板书讲授教学模式，教学内容和教学模式枯燥乏味，学生学习缺乏积极性。尤其对于化工分离工程具有工艺流程复杂、工程应用背景强、计算过程复杂、公式繁多以及计算量大等特征，导致学生极易产生畏惧和排斥心理。然而，线上授课模式可以很好的利用多媒体教学，通过现代网络技术和多媒体技术将文字、图片、声音、动画以及分离流程视频等引入教学中，可以达到图文并茂、动静结合的效果，吸引学生眼球，增强学生理解抽象概念、图形性质和学科定理的能力。然而，网上授课如何精心选择教学内容是利用好多媒体教学的重中之重。

2.1 精心选择教材,合理安排教学内容

近年来，随着现代化进程的加速和科技的不断进步，不断涌现出新分离技术，这些新分离技术也得到了科学界的认可并逐渐在工业界大规模的推广和应用，可见化工分离工程课程的教学内容需要与时俱进，跟进科技发展的步伐及时更新。然而化工分离工程课程的教学内容丰富又课时有限，实现面面俱到的全面涉猎十分困难。因此，选择教学内容和教材尤为重要。我们选用刘家祺主编的教材《化工分离过程》，该教材从内容和体系角度体现出创新精神，重视培养学生理论和实际结合的能力，扩展了化工分离工程的知识面，可以满足高校培养新世纪人才需求。

面临化工分离工程课程内容多、课时少的现状，以培养应用型高等化工人才为目的，参照教学大纲，合理调整教学内容，有效的将传统分离技术和最新的分离技术整合。因此，教学内容要以教材为主，结合化工分离工程最新研究成果，对教学内容实行合理扩展，便于学生掌握并运用当代新分离技术的知识理论体系。授课过程中，要在讲授基础理论的过程中引入化工生产实际案例进行分析，调动学生积极性。从工程应用的角度更加深刻的理解分离工程知识理论，为今后学生走上工作岗位打下坚实的基础。因此，如何收集、选材和应用多媒体呈现化工生产实际案例给学生是保证线上授课效果的其中关键一步。

2.2 线上教学资源及内容优化

线上教学通过多种多媒体，如图片、动画、视频等技术，既可以提高学生听课的专注度，还可以更形象直观的学习和掌握不同分离技术的工艺流程和原理。(1)文字素材主要用于线上课程的文字部分，线上授课平台不能直接照搬教科书上过长的文字描述，要事先对文字素材进行精编精选，避免因文字过多在授课浏览时不停地翻页，影响课件美观和分散学生注意力。(2)图片素材包括教材、实际化工工厂分离流程图以及最新研究的分离技术流程图和原理图，提高学生的积极主动性，便于提高学生在理论知识与实际化工生产过程相结合的能力。(3)动画和视频素材可以演放化工分离过程中计算推导过程、仿真平台模拟化工生产现场的真实分离过程。例如学生对多组分精馏的相关理论知识掌握后，将借助精馏仿真平台和乙酸乙酯生产软件所进行的演练精馏塔的开停车操作制作成动画和视频素材，可形象逼真地展现分离工艺的操作过程以及分离设备内部具体结构,使得分离设备的复杂结构直观化,抽象理论简单化，在授课平台上用PPT素材给学生很强的实物感,课堂内容生动丰富，刺激学生理论联系实际，多感官加深记忆。在线上授课过程中，逐渐对教学资源和课程内容进行优化，逐渐形成教材中理论知识、化工厂分离设备工作原理以及仿真平台模拟化工生产现场相结合的三维一体的线上教学体系。

3 化工分离工程课程线上教学方法探讨

传统化工分离工程教学主要以教师为主体，参照教材以板书和PPT相结合方式进行讲述，学生在课堂处于被动学习的状态，很难调动学生的学习积极性和自主性。然而，分离工程的特点是难度大、涉及面广以及实践性强，学生很难在被动学习的状态理解和掌握课程内容。另外，随着科技的快速发展，传统的教学模式已经不能完全满足新时期对化工人才培养的新需求，可见即使不面临全球疫情下必须线上授课，化工分离工程课程教学改革也迫在眉睫。本文将从多媒体教学法、案例教学法以及引导探索法进行化工分离工程课程线上教学方法的探讨和实践，提供一个在线上平台师生积极互动和学生自主性强的线上授课方法，进而提升化工分离工程课程的教学质量。

3.1 多媒体教学法

化工分离工程课程所设计内容包含较多化工分离设备和工艺，这些设备的分离过程原理复杂又抽象，不可能通过板书完美的讲述给学生，只靠板书文字材料学生也很难接受和理解。然而，多媒体技术却可以通过搜集和整理相关化工分离设备或工艺流程的图片、动画以及视频，并将其和教材理论知识相结合采用PPT模式在线上平台展现给学生，使整个课程讲授过程形象且生动，这便是多媒体手段教学的优势。例如在讲述某个化工分离过程时，就可以通过放映和鼠标跟踪讲解视频或动画来展示所涉及化工分离设备在整个过程中是如何进行的工作，视频或动画的放映随时可以暂停和开始，便于给学生阐明化工分离设备的工作原理。让学生身临其境的学习和理解。

当然多媒体教学并不是完美无瑕，化工分离工程课程包含很多计算过程，如果在PPT中仅采用文字素材和公式形式讲述，学生很难集中注意力，对计算式的由来也会非常陌生。在这种情况下可以将传统板书线上化，演示公式推导的计算过程，从而让学生跟随线上板书一步步引导最终理解和加深计算过程。所谓传统板书线上化，就是课前对公式推导过程进行录频后在线上授课平台进行放映讲解；或者直接在线上平台进行真人公式推导演示。通过多媒体与板书线上化两者有机结合，充分利用两种授课模式的优势，取长补短，从而提高学生的注意力，增强学生上课积极性和自主性，最终提高线上授课质量。

3.2 案例式教学法

化工分离工程是应用操作性极强，设计计算多且要求高的一门实用性课程。从化工领域已经工作的毕业生的反馈意见中也可以得到相一致的结论。因此，该课程的教学不能只针对理论知识进行教授，更重要的是要在讲述理论后要进行化工分离实际案例刨析，以此加深学生的理解和记忆，也可以培养学生解决实际问题的能力。搜集和设计经典案例，并对案例从不同角度和多种影响因素进行讲述和分析，让学生深入学习和掌握分离过程技术的开发、应用以及原理。案例式教学法在线上授课的引用，足以提高学生的学习兴趣与积极性，并可加深课程内容的理解，培养学生应用所学知识解决实际工程难点的能力，最终促使学生在未来工作中更有竞争力。

3.3 引导探讨式教学法

随着科技高速发展，化工分离技术也突飞猛进，为了学生在以后的工作中适应和熟练掌握新技术，化工分离工程课程不能只重点讲述分离工程的基础性知识，只对新技术简单介绍。在课时有限的前提下，为了能让学生更多的接触和了解新分离技术，线上授课模式应该合理分配课时，留出一些课时进行引导探讨式教学法来扩展新分离技术的讲授。选择几个教材中新颖的分离技术进行专题训练，将班里学生进行分组并分配专题，选出小组代表，在老师的引导下每个小组通过查找和搜集教材、网上资料、企业文件、最新的论文文献等材料，整理材料并制作相关专题的PPT，由小组代表在线上平台讲述相关理论。其他同学积极讨论与提问，本组同学进行答疑。全班同学都参与互动，充分调动学生的学习积极性和主动性，转变传统沉闷枯燥的教学氛围，在传授知识的同时，培养学生的自学能力、创新思维以及课程组织能力，使得线上平台变得更加活跃，提高学生的参与程度，实现化工分离工程课程的理论应用于实践的教学模式。

4 考核评价方式的改革

传统的考核评价主要由平时成绩(30%)和期末考试成绩(70%)两部分组成，这种主要靠一张试卷评价学生成绩的考核方法存在许多弊端，虽然可以让学生加深理论知识的复习，但是对于实践性极强的化工分离工程，并没有真正考核学生实际分析和解决问题的能力[7]。也没有重视学生的综合素质培养和锻炼。如果按照这种考核评价方式，前面所述的线上教学模式均是纸上谈兵，学生会把精力集中放在线下考试前的理论知识复习，不会把精力放在PPT上分离工程的理解与实际应用讲解中。应该采用全面综合的考核评价方式，包括考勤表现评价(15%)、线上平台互动次数和质量(15%)、案例式课题总结报告考查评价(15%)、引导探讨式教学法中的考查评价(15%)以及期末考试评价(40%)等5大部分。

5 结语

疫情防控期间，笔者根据化工分离工程课程授课经历，已证实“完全线上”的教学模式是切实可行的，并取得了显著的成效。学生对线上授课的内容、教学模式以及知识接受程度给予了认可，提高了学生上课积极性和自主性。但是线上授课模式还需要经历一定的时间和考验来逐步完善。在今后的线上教学工作中，需要继续精心筛选优质网络资源，完善线上教学素材以便充实教学内容，以此来提高线上平台的创新性和吸引力。充分发挥线上教学的优势，如师生应该利用线上平台积极讨论互动，便于随时提出问题和解决问题，增强学生参与的积极性和主动性。另外，要特别注重线上教学过程中基础理论知识与实际化工分离过程相结合，培养学生工程实践意识，提高学生在实际化工生产中分析和解决问题的能力，最终培养出适应社会发展要求的应用型高层次人才。