利用互联网改革化工原理教学模式研究

王卫京，于 驰，李鸣明，富 强

（大连大学 环境与化学工程学院，辽宁大连 116622）

化工原理是化工及相关专业一门重要的专业基础课。该课程包括多个化工中的单元操作过程，每个单元操作过程都有独特的理论体系，因此该课程理论复杂，公式繁多，设备千差万别。由于化工生产的特殊性，学生平时很难接触到化工生产过程和设备，导致学生在学习化工原理的时候，无法与具体的生产实物相联系，也就无法有效地将理论与实际相结合，从而感到理论枯燥，公式复杂，内容不直观。进而对该门课程望而生畏，丧失学习兴趣与主动性，学习处于被动状态，效果不佳。

互联网的广泛应用，使各行各业发生了巨大变化，万物互联的物联网也随之兴起，我国更是将数字经济作为下一个经济增长点来发展。在教学领域，互联网不仅提供了丰富的教学资源，还产生了雨课堂、慕课、虚拟仿真等新的教学手段。采用新的教学手段，利用互联网丰富的资源，强大的交互能力，强化化工原理教学内容的直观性，提升学生对化工生产的感性认识，在感性认识的基础上进一步发展对化工过程的理性分析，是化工原理教学改革的一个重要方向。通过改革，提高学生在教学过程的参与度，使学生切实感受理论知识与工程实际的结合和应用，体验解决工程问题的思路和方法，提高学生学习的兴趣，使学生由被动学习转向主动学习。使学生融知识、技能、创新为一体，具有较强的综合能力，达到新工科培养复合型人才的教学目标。

1 利用互联网强化化工原理课程思政建设，引导学生树立正确的世界观

进行思想政治教育是大学教学中的一个重要部分，课堂是思想政治教育的重要阵地。化工原理是一门专业课程，其内容是有关化工单元操作的专业知识，很难从中发掘出课程思政内容。如果硬要在授课过程中加入思政内容，就会让授课过程变得十分的生硬，内容变化十分突兀，让学生感到纯粹是为了思政而思政，反而起不到良好的教学作用。只有将课程思政同教学内容无缝衔接，平稳过渡，才能使思政内容起作用，起到良好的教育效果。而如何在如此专业的课堂上进行课程思政教育，是摆在大学教师面前的一个重要课题。在长期教学实践中，教师利用互联网资源优势，在互联网中发掘出一个个和化工有关的事例，从中不断筛选出和课程思政有关的内容。如利用化工史上先辈们奋斗的光辉事迹，对学生进行激励。比如我国化工界泰斗时钧院士，具有坚定的信仰，在九十岁高龄申请入党，并获组织通过，向我们展示了一代大师毕生崇高的追求。在讲化工原理蒸馏部分时，向学生讲述余国琮院士的事迹。余国琮院士创造性地利用蒸馏的方法分离重水，解决了重水生产中的卡脖子问题，为我国的两弹一星做出了重要贡献，实现了“争一口气”的誓言。大庆油田从美国引进一套先进的负压闪蒸原油稳定装置，投产后轻烃回收率一直达不到生产要求，美国公司副总裁曾带领专家进行了2个月的调试仍未能解决问题。余国琮院士对设备进行了改造，使轻烃回收率不仅达到原设计指标，还超过了预期。通过讲述这些化工人生动的奋斗事迹，引导学生树立正确的三观，从思想深处培养学生学习的主动性。

在化工原理流体流动这部分内容中，讲到了毕托管，它是用来测流速的，教材上提到毕托管时，只是简单地用了一张插图。通过利用互联网查询，可以查到毕托管不仅在化工领域中使用，在航空中也广泛使用。飞机上广泛使用的空速管就是毕托管。因此，在讲述这部分内容时，对教材内容做了适当引申，向学生展示了各种各样飞机上使用的毕托管，开拓了学生的视野，在此基础上向学生讲述秘鲁航空603航班，由于工作人员的接连失误，造成清洁时使用的保护性胶布没有从毕托管静压口去除。在这个过程中，先后有三次机会发现并修正这个失误，却最终没有做到，致使飞机起飞后高度和空速指示错误，最后飞机坠毁，造成严重的空难。以此例为契机，引入课程思政内容，引导学生要养成重视细节，踏实负责的工作作风。否则一个小失误，就会带来大灾难。化工行业是一个特殊行业，生产工程中易燃易爆的环节多，对于化工行业的从业人员尤其要警钟长鸣。

2 利用互联网进行翻转课堂教学，改变化工原理教学模式

根据爱德加·戴尔的学习金字塔理论，在不同的学习教学方式中，两周后的知识留存率为：听讲为4%～8%，阅读为6%～10%，声音和图片为12%～18%，示范为20%～45%，动手作为45%～65%，小组讨论为60%～80%，教别人为80%～98%。在这中间，课堂授课的知识留存率最低，而教导他人，应用所学知识，知识留存率最高。而研究人员对毕业后工作的学生进行调查后发现，在关于高校学习生活最受益的环节选择比例中，工科学生的选择如表1所示。

表1 工科类学生关于高校学习生活最受益的环节选择比例

从表1可以看出，学生的选项中，排第一的是校外实习与社会活动，为32.6%，其次是同学间的互动交流，为26.1%，第三为课外自学，为19.7%，第四、第五分别是课堂教学和教师指导，仅占11.2%和10.4%。由上述研究可以看出，在大学教学环节中，以教师为主体的课堂教学是学生认为收益最小的环节。长期以来，化工原理由于理论较多，一直采用讲授的方式进行教学，教学效果并不好，这是原因之一。而翻转课堂给学生提供了应用知识教导别人和学生之间相互交流、讨论的机会。利用翻转课堂对化工原理教学模式进行改革，让学生变成课堂主角，有可能改善化工原理教学效果。但是由于化工原理课程理论多，理论难度大，如果用翻转课堂教学，由于学生基础不同，能力不同，会导致教学效果差别过大，反而起不到提高教学效果的作用。

在长期的教学实践中发现，化工原理的教学内容是有规律可循的。化工原理主要是化工中的单元操作问题，对于每一个单元操作，课程内容大致可分为概述、基础理论分析、有关的设备与技术三部分。在这三部分内容中，有关的设备与技术这部分理论性不强，内容也简单易懂。但是由于教科书的滞后性，涉及前沿技术与设备不多，内容相对陈旧，学生学起来兴趣也不大。针对这种情况，在教学中把这部分内容进行压缩，让出部分学时进行翻转课堂，将这部分转化成研究有关该部分领域的前沿与进展的课题。同时让学生自由组合，组成一个个学习小组，利用互联网进行自学，探索该领域的研究进展及发展前沿，然后每组在课堂上以做报告的形式进行讲解，通过这种形式，将自学、讨论、教别人等教学方法融合起来，让学生参与教学，实现由要我学到我要学的转变。同时由于学生是自愿组队完成课题，在完成课题过程中学生能够相互帮助，互动交流。通过这种改革，实现学生互动交流，应用所学，进而提高学习效果。实践证明，学生对这种教学模式很是欢迎，积极主动在网上查询各种资料，认真归纳总结，精心准备课堂报告。在讲解过程中，一些学生把某一领域历史进行了认真梳理，总结了该领域技术发展的脉络，强化了对该领域知识体系的认识。还有一些学生不仅在报告中展示了该领域的研究前沿，还讲解了我国在该领域的研究进展，甚至给出了相应的研究项目及成果。还有同学找到了某领域的最新技术，甚至有的同学把一些不常见的用途都查了出来。学生们的学习积极性很高，在该领域的视野得到极大拓宽。

通过对化工原理教学模式的改革，使学生由被动听课到主动讲课，由学知识到用知识，提高学生了学习本课程的主动性。同时学生能够在自学过程中互相交流，使教学效果倍增，也培养了学生的合作精神与团队意识。

3 利用网络平台，强化学生对化工生产的感性认识

由于化工生产的特殊性，化工生产单位一般不允许人随便进出，学生平时很难直观认识化工生产过程及设备，更不要说现场深入了解设备结构了。这种现状致使学生无法形成对化工单元操作的感性认识，在听化工原理授课时，就会感到抽象，难懂，对本课程望而生畏。

近年来，随着计算机与互联网技术的发展，虚拟仿真技术得到飞速提高。虚拟仿真技术能够虚拟现实，做到人机互动，具有便捷化、信息化、无危害化、便于呈现的技术特点，所以，虚拟仿真技术在国内外的大学、科研机构取得了飞速发展，得到了广泛应用。比如墨尔本大学就建立了3D化工实践教学系统，促进了化工教学的发展。在国内许多大学如中国科技大学、清华大学、复旦大学等，都在教学和科研中开发了虚拟仿真技术。

化工生产过程具有高危性。很多软件公司针对这个问题，利用虚拟仿真的无危害化特点，开发了大量各种各样的化工仿真软件。这些软件具有真实生动、互动性强、界面友好的特点，非常适合学生学习、实验以及实践使用。在互联网上，这些仿真公司建立了大量的仿真平台，平台上有化工生产及设备的仿真软件。利用这些化工仿真平台，学生就可以进入虚拟化工生产厂，在网上就能够观察各种化工生产过程和设备，进入设备内部观察其运行情况，了解设备结构及原理。同时，学生还可以对化工生产过程进行仿真操作，在网络平台上对生产进行开、停车，处理各种生产事故。我们在教学过程中，就让学生操作了聚氯乙烯，合成氨以及常减压蒸馏等生产过程。化工生产仿真软件具有无危害性，可重复操作，学生在网上能够反复操作，反复实践，形成了对化工生产操作及设备的深刻认识。教师在系统后台监控学生的操作情况，并可以进行考核。通过这种教学模式，引导学生熟悉整个化工生产流程，从全局的角度了解每个化工单元操作在生产中的位置及作用，进一步理解化工单元操作原理，将书本上的理论与实际相结合，提升学生对化工生产的感性认识，在感性认识的基础上进一步发展对化工过程的理性分析，使学生切实感受理论知识与工程实际的结合，在工程实际中的应用，体验解决工程问题的思路和方法，提高学生学习的兴趣。

4 充分利用网络教学资源，丰富化工原理教学内容

近年来，互联网发展迅速，各种教学资源在网上越来越丰富，化工原理课程也不例外。作为化工原理授课教师，就要充分利用这些教学资源，作为自己教学内容的补充。

作为大学教师，大部分时间是在校园内从事教学科研活动，而对校园外本行业的生产及发展情况了解并不充分。在教学中经常会碰到学生问我们他们毕业后从事什么样的工作，工作内容及环境是什么样的问题。碰到这些问题，教师很难给出全面形象的回答。学生对自己毕业前景也是一头雾水，找不到努力的方向。针对这些问题，我们从互联网上选取了介绍化工厂，化工设计院，化工研发工作等方面的视频，涵盖了化工专业学生就业的大部分方向。这些视频很多都是由化工专业毕业生制作，通过第一人称视角介绍他们从事的工作，以及毕业后回首大学生活的感悟，在学习中的经验及教训，很贴合学生的实际需求。学生经过观看视频，再结合自身情况，就很容易明白自己将来想干什么，找到努力的方向，在学习化工原理的过程中就能抓住学习的重点，激发他们的学习兴趣。

另外，在教学过程中还可以利用互联网资源，在网上下载各种图片、动画，直观展示化工设备及其原理。例如从网上下载板式塔、填料塔的动图，能够很清楚地向学生展示塔内的结构及流动情况。可以观看有关化工直播，跟着化工主播认识化工生产过程，在直播中学生看到生产实际中最先进的设备及工艺。可以组织学生学习有关慕课，聆听大师授课，从不同角度对知识点进行学习。这样不仅充分利用学生的碎片化时间，学生随时对所学内容进行复习，而且学生从另外一个不同于教师的视角理解知识点，加深了对所学知识的掌握。还可以让学生利用网络自学Aspen等设计软件，并用之设计换热器、精馏塔等设备，参加化工竞赛等，利用最先进的软件对化工原理知识学以致用，在使用知识的过程中掌握知识。总之，利用丰富多彩的网络资源，从不同侧面强化化工原理的学习。

5 结束语

化工原理包含多个独立的单元操作过程，理论繁杂，公式众多，设备各式各样构成了该课程内容的特点，也成为学生学习该课程的难点。如何帮助学生克服这个难点是摆在化工原理授课教师面前的问题。互联网的产生，给社会的各个角落带来了改变，也给化工原理教学带来了改进的契机。互联网具有资源丰富，仿真生动、互动性强、能够共享的特点，可以弥补化工原理教学手段的不足。作为化工原理课程授课教师，要顺应时代发展趋势，充分利用互联网优势，改革化工原理教学模式，提高化工原理教学内容直观性，增加学生在教学中参与度，挖掘学生学习主动性，促使学生交流互动，最终达到提高化工原理教学效果的目的。