大学化学, 2020, 35(5): 88-91 doi: 10.3866/PKU.DXHX202003054

专题

化工原理课程的在线教学

张舜光, 刘雅, 于爱敏,

Online Teaching of Chemical Engineering Principles Course

Zhang Shunguang, Liu Ya, Yu Aimin,

通讯作者: 于爱敏,Email: aiminyu@tjut.edu.cn

收稿日期: 2020-03-16   接受日期: 2020-03-24  

Received: 2020-03-16   Accepted: 2020-03-24  

摘要

在新型冠状病毒肺炎爆发期间,对化工原理网络课程进行了教学改革实践。从教学手段的二次“研发”,到专业性软件引入在线教学,再到生活实例与化工过程原理的结合类比,提高网络教学的课堂效果。通过这种改革尝试,不仅提高了学生对课程的兴趣度,而且增加了学生对抽象化工过程的理解,丰富其理论,为今后线上线下混合教学的发展奠定基础。

关键词: 化工原理 ; 课程研发 ; 3D模拟 ; 教学改革

Abstract

During the outbreak of novel coronavirus pneumonia, teaching reformation in the principles of chemical engineering online course was carried out. The teaching means was secondary researched and developed. The chemical professional software was used in online teaching. And the combination of life instance and chemical process principle improved the teaching effect. Through the reform attempt, students' interest in the course and their understanding of abstract chemical process is improved. The students' theory is enriched, which lays a foundation for the future development of mixed online and offline teaching.

Keywords: Chemical principle ; Curriculum development ; 3D simulation ; Teaching reform

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本文引用格式

张舜光, 刘雅, 于爱敏. 化工原理课程的在线教学. 大学化学[J], 2020, 35(5): 88-91 doi:10.3866/PKU.DXHX202003054

Zhang Shunguang. Online Teaching of Chemical Engineering Principles Course. University Chemistry[J], 2020, 35(5): 88-91 doi:10.3866/PKU.DXHX202003054

目前,在党中央和国务院的坚强领导下,我国在疫情防控工作上已初现成效,这场新型冠状病毒肺炎疫情,是一场对党和全国人民的考验,是对我国治理体系、经济韧性、危机应急能力、社会动员能力的全面检验。根据习近平总书记关于“把人民群众生命安全和身体健康放在第一位”的重要指示,教育部要求:延期不延教,停课不停学,将具体安排通知到每一所学校、每一位教师和每一位学生,充分为学生提供优质的学习资源[1]

在我们举全国之力与新型冠状病毒肺炎疫情赛跑之际,大数据、人工智能、网络平台等技术的应用价值有目共睹,而对于我们教育工作者来说,充分利用好网络教学手段,以网络平台为手段促进教学,用知识缝制铠甲武装学生,不远的将来,各行各业都会有他们披甲上阵[2]

化工原理属于工程科学,是研究化学生产技术、过程和设备共性规律的一门科学。化工原理与人的生活密切相关,有些化工类产品在人类的发展历史上,有着划时代的重要作用,甚至代表着人类文明的一定历史阶段。作为一门专业性较强的课程,化工原理所面临的是大量的工程实际问题,只有在错综复杂的诸多影响因素中,抓住主要矛盾,进行合理的简化,才能找到解决实际问题的正确途径,因此,在本课程的学习中,不能采用与自然科学一样的理论思维方法,而需要引入工程化实际应用的概念来分析解决问题。化工原理的教师们一直在致力于教学方式方法的改革,以便让学生能够改变思维方式,深入理解实际工程的“单元操作”理念。

近几年的教学改革中,许多专家一直在提倡O2O模式,即线上和线下混合教学模式。线上通过网络平台,为学生提供线上教学资源,供学生在课外进行自主学习;线下的课堂教学,针对教学重点和难点深入讲解,促进学生更好地掌握知识、理解知识和应用知识[3]。然而,疫情期间的网络教学是独立的,它不同于O2O模式的教学方法,而是需要将所有的知识都通过网络教学传递给学生,因此,网络教学的课堂效果直接关系到学生对知识的理解和吸收程度,那么,在这种单一的网络教学模式下,如何通过教学改革来有效地提高课堂效果,是值得探讨的,也对广大高校教师教学能力提出了更高的要求。针对此次疫情中的网络教学,在化工原理的网络教学过程中,从教师实际经验和学生学习效果出发,对网络教学的收获及其在今后教学中的应用做如下总结。

1 线下转线上,课程“研发”是关键

为有效进行课程“研发”,笔者在网络教学开始之前做了大量的工作,观看了好多名师的网络教学视频、MOOC课程视频、学堂在线课程视频等,发现无论是商业性还是非商业性课程,学生在网上选课时大多首选名师名家的课程,而部分“大咖”们的课程通常会遭遇一个问题,那就是线下课堂很受欢迎,而线上课堂的被接受程度却不是十分理想,这主要是因为线上和线下的教学模式不完全一样,线上课程并不是简单的录课放到网上的概念,而最重要的是要注重“课堂效果”,也就是说,从线下转型线上课程,需要对课程进行二次“研发”,使教学形式、课件及语言组织等适合线上课程。所谓课程的二次“研发”,是指在遵循现有课程大纲、教材的前提下,对教学内容进行补充、丰富、完善和发展,对于目前线下转线上的教学模式来说,主要体现在教和学模式的改变上。

以化工原理的二次“研发”举例:首先,是教学课件的二次研发,线下课程中采用的是“课件+板书”相结合的方式,课件中动画不能太多,需要授课教师以肢体动作和语言来吸引学生的注意力,从而对单元操作原理和理论进行推导和讲解;而线上课程中,学生的注意力都集中在屏幕上的课件中,因此,需要对教学课件进行再“研发”,将重点分类整理并在课件中增加专业相关的有趣内容,以提高学生注意力,增加其对课程的理解。再如教学用具的二次“研发”,线下课程在讲到相应的单元操作时,可以用相应的实物教学用具给大家展示其结构和原理,而线上课堂该部分内容将其进行了相应的改进,采用CAD(Computer Aided Design)示意图、3D剖面图等来展示其结构和原理,进而提高课堂教学效果。

2 增加技术手段,提高“化工原理”课堂效果

上面提到,课堂效果才是线上教学应该关注的重要方面,而技术手段的运用,能够有效提高课堂教学效果,有利于增加学生的理解。根据相关学者的统计和报道[4, 5],现在使用的通用性技术手段包括软件和硬件两方面,软件方面包括腾讯课堂、在线课堂、雨课堂、MOOC视频、钉钉、超星等一系列网络教学平台提供支持;硬件方面包括电脑、摄像头、数位板等一系列网络教学设备提供支持。综合地运用上述手段,可实现上课、提问、出勤统计、考试等一系列教学活动。

本文中提到的用于化工原理教学的技术手段,除了包含以上通用性技术手段之外,还包括运用化工单元操作的专业性技术手段,以提高网络教学的课堂效果,如化工设备3D漫游、化工模拟流程[6]、化工虚拟仿真等化工类常用的软件,将抽象的讲授内容具体化、实质化,这部分内容在线下授课中涉及较少,而其逼真程度与动态效果非常适合网络教学使用。如本学期《化工原理》下册中的蒸馏塔的理解,加入3D效果(图1)后,学生对其结构、原理及相关计算的理解更加透彻。

图1

图1   蒸馏塔汽液接触原理3D仿真


3 网络教学也可以“好玩有趣”

在线下授课的过程中,课题组一直在对上课的方式方法不断地进行改进,以提高课堂教学效果,学习不是单纯的说教,学习也可以好玩有趣。对于化工原理这门课程来说,有许多的原理和知识与日常生活是息息相关的,如果把化工原理与生活中的示例结合起来,用于网络教学,一定能够提高学生的学习兴趣,增加课堂教学效果。

从化工原理[7]教学的内容和大纲出发,按每一节的内容去梳理,尽量在生活示例中找到有趣的例子,加入网络教学中,提高网课质量。比如,讲到液体挥发度的时候,引入“油锅捞铜钱”的例子,锅里先加入食用醋,再加入油,由于油的密度小而在上层,食醋密度大而在下层,加热时候由于食醋的挥发度(非沸点)大,在温度较低时就产生相对运动,像烧开的热油一样,这时候对人是没伤害的,可以捞取锅里的东西(图2,来自网络);再如,在讲流体输送设备时,离心泵的“吸入阶段”,其原理是叶轮旋转,造成泵内真空,大气压与泵内产生一定的压差,从而为液体吸入泵中提供动力,这部分的理解比较抽象,那么就可以将其与吸水枪或压水井的原理进行类比,如图3(来自网络),压水井吸水原理与真空泵类似,从而提起学生兴趣,加深学生的理解程度。

图2

图2   油锅捞铜钱原理


图3

图3   压水井吸水原理


4 教学效果的总结

线下转型线上,首先是对课程的二次“研发”,对教学文件进行适当的调整,使其适应网上教学;其次是采用一切可采用的技术手段,尤其是引入专业型技术手段,有效地增加学生的理解;然后,使网络课程不但易于理解,而且变得有趣,提高网络课堂教学效果。而这些教学手段的运用,不仅仅是将其用于网络课堂,在今后的化工原理线上课堂中,也应该适当增加,其最终的着眼点在于学生的接受程度、理解程度等,化工原理的线下教学和线上教学的教学效果进行阶段性统计如表1所示。

表1   化工原理线下教学和线上教学效果对比

教学方式出勤率分析简答题计算题
线下教学97%–100% 94.5分98.2分
线上教学99%–100% 98.3分98.4分

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对化工原理相同学期教学手段改革前后进行了简单对比,其中,教改后出勤率较高是由于网络教学手段的使用,使学生出勤率较高,这与疫情期间的保护措施亦有很大关系,其中,未出勤学生多数出于网络问题;对于阶段测试来说,计算题教改前后成绩相差不大,说明教改对于理论计算和推理的提高不大,教改前后理论掌握均较好;对于分析简答题,教改后平均分明显要高于教改前,这说明,本文中教学改革手段的引入,大大增加了学生对课程的理解程度,有效地提高了课堂教学效果。

5 结语

线下教学转线上教学,学习场景变了,教学手段变了,教学的方式方法都应该进行改革,对于传统教师,尤其岁数较年长的教师来说,接受和适应都需要克服很大的困难,教师的职业赋予我们神圣的使命,在疫情期间,虽不能像医生护士一样冲在第一线,但课堂就是教师的战场,我们会尽一切努力,在对课程质量进行严苛要求的同时,将学习变得轻松,一位大学教师一节45分钟的课程,讲稿、课件等教学文件可能会修改几十次甚至上百次,正是这种严苛的要求,不断打磨课程,才能为学生缝制知识的铠甲,让其披荆斩棘,不断前行,为国家和社会做出最大的贡献。

参考文献

教育部应对新型冠状病毒感染肺炎疫情工作领导小组办公室关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见.[2020-02-04]. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202002/t20200205_418138.html.

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钟南山.给孩子们的信——用知识缝制铠甲,不远的将来,各行各业都将由你们披甲上阵.广州日报, 2020-03-08.

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杨宇翔; 黄继业; 吴占雄. 课程教育研究, 2014, (2), 3.

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刘贤响. 大学化学, 2020, 35 (5), 10.

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李兴华; 刘治彤; 唐梦寒; 朱成建; 俞寿云. 大学化学, 2020, 35 (5), 24.

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孙兰义. 化工过程模拟实训, 第2版 北京: 化学工业出版社, 2017.

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柴敬诚. 化工原理, 北京: 高等教育出版社, 2004.

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