化工原理立體化教學(xué)資源庫建設(shè)內(nèi)容

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摘要:化工原理教學(xué)資源庫有助于學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理的知識內(nèi)容,提升化工原理的教學(xué)質(zhì)量。從已有的教學(xué)資源出發(fā),通過不斷擴(kuò)展和補(bǔ)充,建立適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的、全面的立體化化工原理資源庫。教師通過課堂知識,結(jié)合資源庫引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)其他相關(guān)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并增強(qiáng)學(xué)生理論知識應(yīng)用到實(shí)踐的能力,進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和知識水平,促進(jìn)學(xué)生成長成才。

關(guān)鍵詞:化工原理;教學(xué)資源庫;實(shí)踐能力;人才培養(yǎng)

“化工原理”是以化工單元操作原理和設(shè)備操作為主要內(nèi)容的化工相關(guān)專業(yè)學(xué)生的重要基礎(chǔ)課,具有實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)?！盎ぴ怼闭n程對高校化工類人才的培養(yǎng)有著舉足輕重的作用。通過學(xué)習(xí)化工原理,學(xué)生不僅能掌握流體輸送、傳熱、精餾等典型化工單元的基本原理和典型設(shè)備的設(shè)計方法及基本實(shí)驗操作,鍛煉獨(dú)立動手操作以及理論知識活學(xué)活用的能力,還能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)與科學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法,為以后學(xué)習(xí)專業(yè)課程(如分離工程、化工設(shè)計等),從事科學(xué)研究和解決工程實(shí)際問題打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。通過該課程加深學(xué)生對化工單元操作基本規(guī)律“三傳一反”的學(xué)習(xí),幫助學(xué)生樹立牢固的工程觀點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的綜合能力,因此,“化工原理”課程的學(xué)習(xí)對于培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型化工人才至關(guān)重要。

1建設(shè)教學(xué)資源庫的必要性

近年來國家不斷開展拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng),并推出“強(qiáng)基計劃”等舉措,另一方面化工行業(yè)新技術(shù)日新月異,對化工人才和知識應(yīng)用提出了更高的要求,因此,不斷更新課程內(nèi)容,加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)是與時代發(fā)展保持一致的重要舉措,而化工原理立體化教學(xué)資源庫的建設(shè)可以拓展學(xué)生的知識維度,促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展。國內(nèi)化工實(shí)力較強(qiáng)的高校在繼續(xù)保持傳統(tǒng)化工和新化工研究的同時,不斷提升自身工程人才培養(yǎng)能力,教學(xué)技術(shù)和教學(xué)資源發(fā)展也與時俱進(jìn)。天津大學(xué)、華東理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校越來越關(guān)注教學(xué)資源的使用。天津大學(xué)2016年新修訂的《化工原理》教材增加了相配套課程的電子資源,包括演示文稿PPT文件、動畫等內(nèi)容,且部分內(nèi)容彩色印刷,層次更分明、重點(diǎn)更突出[1]?！痘?shí)驗與實(shí)踐》一書中除了典型實(shí)驗的介紹,還增加了知識擴(kuò)展內(nèi)容,并提供二維碼,豐富和擴(kuò)展了實(shí)驗內(nèi)容[2]。除了與教材配套的資源外,天津大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京化工大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、北京東方仿真技術(shù)公司等多家單位都開發(fā)和研制了以“化工原理”課程及其衍生實(shí)踐內(nèi)容為服務(wù)對象的多媒體資源[3]。此外,華南理工大學(xué)在2005年建立了化工原理網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,圍繞化工原理教學(xué)需求,制作了共包括視頻、音頻、動畫等五類素材,為化工類師生提供全方位的學(xué)習(xí)資源[4]。大連理工大學(xué)(以下簡稱:我校)“化工原理”教學(xué)的發(fā)展歷史悠久,目前教學(xué)方式主要以課堂教學(xué)為主,同時結(jié)合線上MOOC視頻,為課堂補(bǔ)充習(xí)題、單元測試等資源[5]。隨著信息技術(shù)及電子技術(shù)的發(fā)展,加上新冠疫情對全國教學(xué)工作的影響,現(xiàn)有的化工原理課程教材和多媒體課件等教學(xué)資源的建設(shè)需要進(jìn)一步擴(kuò)展和完善,彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗不足產(chǎn)生的學(xué)習(xí)困難,同時增強(qiáng)學(xué)生對工程實(shí)踐和工程問題思考的認(rèn)知,與化工新發(fā)展保持同步,因此開發(fā)教學(xué)適用性更強(qiáng)、使用更靈活、更全面的立體化教學(xué)資源庫將成為化工原理課程教學(xué)資源建設(shè)的方向。

2教學(xué)資源庫的建設(shè)內(nèi)容

化工原理資源庫的建設(shè)是在我校前期化工原理教學(xué)資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步完善和補(bǔ)充,如圖1所示。結(jié)合信息技術(shù)及當(dāng)前化工行業(yè)的發(fā)展等情況,增加相關(guān)內(nèi)容,擴(kuò)展學(xué)生知識結(jié)構(gòu),加強(qiáng)學(xué)生對理論知識運(yùn)用到實(shí)踐中的能力,為培養(yǎng)新型化工人才創(chuàng)造良好的條件。

2.1已有資源的完善和補(bǔ)充

2.1.1增加原理的動畫演示對現(xiàn)有的PPT課件及MOOC資源進(jìn)行歸納整理,對老舊內(nèi)容進(jìn)行選擇性的替換。其中涉及原理知識的內(nèi)容補(bǔ)充動畫演示,如換熱器冷熱流體的流動和熱量的傳遞,精餾過程中上升蒸汽和冷凝液體的流動,以形象生動的畫面對原理性的公式進(jìn)行補(bǔ)充和演示,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)學(xué)生對原理的理解和應(yīng)用。2.1.2建立結(jié)構(gòu)豐富的新型試題庫對現(xiàn)有試題庫進(jìn)行整理,增加經(jīng)典題型分析、開放型試題及新形式的試題等,豐富試題庫的結(jié)構(gòu),增加試題數(shù)量和質(zhì)量。其中,開放型試題可操作性強(qiáng),解題方法不唯一,沒有標(biāo)準(zhǔn)答案,可以為學(xué)生提供廣闊思維空間,使學(xué)生從多角度、多層次、多渠道對所學(xué)知識進(jìn)行應(yīng)用探究,開展思維訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造性思維。

2.2新建資料庫的內(nèi)容

2.2.1化工設(shè)備庫的建設(shè)“化工原理”課程除了詳細(xì)介紹單元操作的原理外,重點(diǎn)還要學(xué)習(xí)化工設(shè)備的構(gòu)造、使用及設(shè)計方法,因此增加常用化工設(shè)備的介紹是化工原理資源庫建設(shè)必不可少的內(nèi)容。另外工業(yè)生產(chǎn)中的化工設(shè)備體積龐大且難以看到內(nèi)部結(jié)構(gòu),而采用動畫形式演示設(shè)備的結(jié)構(gòu),可以使學(xué)生了解設(shè)備的概況、工作原理及基本操作;另外可以借助實(shí)況錄像向?qū)W生展示實(shí)際生產(chǎn)過程的實(shí)況,為學(xué)生建立設(shè)備結(jié)構(gòu)、流動狀態(tài)及操作參數(shù)之間的聯(lián)系打下基礎(chǔ)[6]。同時增加設(shè)備制造廠家的鏈接和介紹,使學(xué)生了解不同設(shè)備的型號和分類,了解不同類別的設(shè)備及其應(yīng)用,為將來從事課程設(shè)計的設(shè)備選型和為生產(chǎn)實(shí)習(xí)中理解操作設(shè)備和規(guī)范做充足準(zhǔn)備[7]。2.2.2工程案例庫的建設(shè)在學(xué)習(xí)和了解相關(guān)專業(yè)知識的基本理論之后,結(jié)合這些理論在實(shí)際生產(chǎn)過程中具體應(yīng)用的典型案例,可以使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,加深對理論知識的理解和掌握。工程案例庫主要包括經(jīng)典的工藝流程,其中各生產(chǎn)流程應(yīng)包括工程設(shè)計部分和工藝參數(shù)部分,在教學(xué)過程中通過對某一特定生產(chǎn)流程的剖析,使學(xué)生如同在實(shí)際生產(chǎn)中。通過對典型工程案例分析比較,使學(xué)生在錯綜復(fù)雜的實(shí)際工程實(shí)踐中,掌握如何采取過程分解、過程簡化和過程綜合的研究方法來處理實(shí)際工程問題,既培養(yǎng)學(xué)生的工程思維習(xí)慣,又使學(xué)生積累工程實(shí)踐經(jīng)驗[8]。2.2.3專業(yè)軟件庫的建設(shè)在“化工原理”課程的學(xué)習(xí)中,實(shí)驗數(shù)據(jù)多,且涉及大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算,甚至?xí)性嚥钛h(huán)運(yùn)算和作圖,占用學(xué)生較多的時間和精力,分散了他們對重點(diǎn)內(nèi)容的關(guān)注。為了減輕學(xué)生的計算負(fù)擔(dān),提高學(xué)習(xí)效率,突出過程分析和優(yōu)化等重點(diǎn)內(nèi)容,可以通過化工專業(yè)軟件的強(qiáng)大功能來輔助設(shè)計計算和作圖[8]。如計算功能強(qiáng)大的Matlab,作圖軟件AutoCAD,數(shù)據(jù)處理和作圖軟件Excel和Origin,及大型工程處理軟件Aspen[9]等。盡管這些軟件平時學(xué)生都能接觸,但卻了解的不多,可以通過開展講座、互相交流等方式提高學(xué)生掌握使用軟件的程度,同時學(xué)會使用這些軟件也為今后畢業(yè)設(shè)計及工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。2.2.4綜合擴(kuò)展庫的建設(shè)上述資料庫都是和化工原理的知識內(nèi)容緊密相關(guān)的,而適當(dāng)補(bǔ)充一些其他知識,有助于拓展學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。(1)科學(xué)家故事選擇古今中外的科學(xué)家,對其經(jīng)歷及成就進(jìn)行介紹,做成展板掛在宿舍、教學(xué)樓和實(shí)驗樓的走廊等地,從人文方面激勵學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的愿望,激發(fā)學(xué)生科研和創(chuàng)新的動力。(2)化工專業(yè)英語詞庫隨著全球化的發(fā)展,英語的學(xué)習(xí)越來越重要。而我校本科生的培養(yǎng)方案里卻缺少化工專業(yè)英語的課程,使部分學(xué)生在讀研期間對相關(guān)英語單詞和短語感到陌生?；ぴ碚n程中會接觸小部分專業(yè)英語,但還不夠全面,通過建立英語詞庫,增加學(xué)生的專業(yè)英語水平,為今后工作和讀研提供支持。(3)常用化工期刊數(shù)據(jù)庫如何利用數(shù)據(jù)庫檢索資源是每名學(xué)生應(yīng)該掌握的一項基本技能。查閱文獻(xiàn)是獨(dú)立解決問題的基礎(chǔ),通過任務(wù)型導(dǎo)向使學(xué)生利用數(shù)據(jù)庫資源搜索相關(guān)文獻(xiàn)和資料,進(jìn)行分析、篩選與調(diào)研,掌握文獻(xiàn)查閱方法,可以鍛煉學(xué)生查詢和總結(jié)知識的能力,有利于未來的專業(yè)課學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計及科研工作。(4)競賽資料庫通過參加化工原理競賽和化工設(shè)計大賽,進(jìn)一步改進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力欠缺等問題,不斷增強(qiáng)學(xué)生的知識水平和工科思維,進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生在化工專業(yè)方面的自信心和工程實(shí)踐能力,達(dá)到以賽促教、以賽促學(xué)效果。結(jié)合近幾年競賽的內(nèi)容,選取競賽經(jīng)典內(nèi)容和題型進(jìn)行分析和練習(xí),同時增加具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的資源,強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力。化工原理立體化資源庫的內(nèi)容不止限于上述所列出的部分,還可以補(bǔ)充化工原理雙語教學(xué)的資料、虛擬仿真實(shí)驗資源[10]、課程設(shè)計的相關(guān)知識、學(xué)習(xí)經(jīng)驗分享、實(shí)驗儀器的設(shè)計及網(wǎng)站建設(shè)[11]等內(nèi)容。資源庫的建立不僅能幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)化工原理知識,還能提高學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗,為將來的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。

3結(jié)語

以現(xiàn)有的教學(xué)資源為基礎(chǔ),通過整理和總結(jié),不斷進(jìn)行補(bǔ)充和完善,開發(fā)教學(xué)適用性更強(qiáng)、使用更靈活、更全面的化工原理立體化教學(xué)資源庫。該資源庫可以有效補(bǔ)充化工專業(yè)相關(guān)學(xué)生的專業(yè)知識,不斷加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng),并拓展學(xué)生所學(xué)知識的應(yīng)用范圍,助力化工人才的培養(yǎng)。

作者：孟玉蘭 張文君 曹晶晶 肇啟東 單位：大連理工大學(xué)化工學(xué)院