化工原理立体化教学资源库建设内容

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摘要:化工原理教学资源库有助于学生学习化工原理的知识内容,提升化工原理的教学质量。从已有的教学资源出发,通过不断扩展和补充,建立适应现代技术发展的、全面的立体化化工原理资源库。教师通过课堂知识,结合资源库引导学生自主学习其他相关内容,培养学生的学习兴趣,并增强学生理论知识应用到实践的能力,进一步提升学生的综合素质和知识水平,促进学生成长成才。

关键词:化工原理;教学资源库;实践能力;人才培养

“化工原理”是以化工单元操作原理和设备操作为主要内容的化工相关专业学生的重要基础课,具有实践性强、应用广泛等特点。“化工原理”课程对高校化工类人才的培养有着举足轻重的作用。通过学习化工原理,学生不仅能掌握流体输送、传热、精馏等典型化工单元的基本原理和典型设备的设计方法及基本实验操作,锻炼独立动手操作以及理论知识活学活用的能力,还能培养学生严谨的工作作风与科学的数据处理方法,为以后学习专业课程(如分离工程、化工设计等),从事科学研究和解决工程实际问题打下坚实的基础。通过该课程加深学生对化工单元操作基本规律“三传一反”的学习,帮助学生树立牢固的工程观点,培养学生解决工程实际问题的综合能力,因此,“化工原理”课程的学习对于培养高素质的应用型化工人才至关重要。

1建设教学资源库的必要性

近年来国家不断开展拔尖创新人才的培养,并推出“强基计划”等举措,另一方面化工行业新技术日新月异,对化工人才和知识应用提出了更高的要求,因此,不断更新课程内容,加强学生实践能力的培养是与时代发展保持一致的重要举措,而化工原理立体化教学资源库的建设可以拓展学生的知识维度,促进学生综合素质的发展。国内化工实力较强的高校在继续保持传统化工和新化工研究的同时,不断提升自身工程人才培养能力,教学技术和教学资源发展也与时俱进。天津大学、华东理工大学、北京理工大学、华南理工大学等高校越来越关注教学资源的使用。天津大学2016年新修订的《化工原理》教材增加了相配套课程的电子资源,包括演示文稿PPT文件、动画等内容,且部分内容彩色印刷,层次更分明、重点更突出[1]。《化工实验与实践》一书中除了典型实验的介绍,还增加了知识扩展内容,并提供二维码,丰富和扩展了实验内容[2]。除了与教材配套的资源外,天津大学、大连理工大学、北京化工大学、南京工业大学、北京东方仿真技术公司等多家单位都开发和研制了以“化工原理”课程及其衍生实践内容为服务对象的多媒体资源[3]。此外,华南理工大学在2005年建立了化工原理网络教学平台,围绕化工原理教学需求,制作了共包括视频、音频、动画等五类素材,为化工类师生提供全方位的学习资源[4]。大连理工大学(以下简称:我校)“化工原理”教学的发展历史悠久,目前教学方式主要以课堂教学为主,同时结合线上MOOC视频,为课堂补充习题、单元测试等资源[5]。随着信息技术及电子技术的发展,加上新冠疫情对全国教学工作的影响,现有的化工原理课程教材和多媒体课件等教学资源的建设需要进一步扩展和完善,弥补学生实践经验不足产生的学习困难,同时增强学生对工程实践和工程问题思考的认知,与化工新发展保持同步,因此开发教学适用性更强、使用更灵活、更全面的立体化教学资源库将成为化工原理课程教学资源建设的方向。

2教学资源库的建设内容

化工原理资源库的建设是在我校前期化工原理教学资源的基础上进行进一步完善和补充,如图1所示。结合信息技术及当前化工行业的发展等情况,增加相关内容,扩展学生知识结构,加强学生对理论知识运用到实践中的能力,为培养新型化工人才创造良好的条件。

2.1已有资源的完善和补充

2.1.1增加原理的动画演示对现有的PPT课件及MOOC资源进行归纳整理,对老旧内容进行选择性的替换。其中涉及原理知识的内容补充动画演示,如换热器冷热流体的流动和热量的传递,精馏过程中上升蒸汽和冷凝液体的流动,以形象生动的画面对原理性的公式进行补充和演示,激发学生的学习兴趣,增强学生对原理的理解和应用。2.1.2建立结构丰富的新型试题库对现有试题库进行整理,增加经典题型分析、开放型试题及新形式的试题等,丰富试题库的结构,增加试题数量和质量。其中,开放型试题可操作性强,解题方法不唯一,没有标准答案,可以为学生提供广阔思维空间,使学生从多角度、多层次、多渠道对所学知识进行应用探究,开展思维训练,培养学生的创新精神和创造性思维。

2.2新建资料库的内容

2.2.1化工设备库的建设“化工原理”课程除了详细介绍单元操作的原理外,重点还要学习化工设备的构造、使用及设计方法,因此增加常用化工设备的介绍是化工原理资源库建设必不可少的内容。另外工业生产中的化工设备体积庞大且难以看到内部结构,而采用动画形式演示设备的结构,可以使学生了解设备的概况、工作原理及基本操作;另外可以借助实况录像向学生展示实际生产过程的实况,为学生建立设备结构、流动状态及操作参数之间的联系打下基础[6]。同时增加设备制造厂家的链接和介绍,使学生了解不同设备的型号和分类,了解不同类别的设备及其应用,为将来从事课程设计的设备选型和为生产实习中理解操作设备和规范做充足准备[7]。2.2.2工程案例库的建设在学习和了解相关专业知识的基本理论之后,结合这些理论在实际生产过程中具体应用的典型案例,可以使学生理论联系实际,加深对理论知识的理解和掌握。工程案例库主要包括经典的工艺流程,其中各生产流程应包括工程设计部分和工艺参数部分,在教学过程中通过对某一特定生产流程的剖析,使学生如同在实际生产中。通过对典型工程案例分析比较,使学生在错综复杂的实际工程实践中,掌握如何采取过程分解、过程简化和过程综合的研究方法来处理实际工程问题,既培养学生的工程思维习惯,又使学生积累工程实践经验[8]。2.2.3专业软件库的建设在“化工原理”课程的学习中,实验数据多,且涉及大量的数学运算,甚至会有试差循环运算和作图,占用学生较多的时间和精力,分散了他们对重点内容的关注。为了减轻学生的计算负担,提高学习效率,突出过程分析和优化等重点内容,可以通过化工专业软件的强大功能来辅助设计计算和作图[8]。如计算功能强大的Matlab,作图软件AutoCAD,数据处理和作图软件Excel和Origin,及大型工程处理软件Aspen[9]等。尽管这些软件平时学生都能接触,但却了解的不多,可以通过开展讲座、互相交流等方式提高学生掌握使用软件的程度,同时学会使用这些软件也为今后毕业设计及工作打下坚实的基础。2.2.4综合扩展库的建设上述资料库都是和化工原理的知识内容紧密相关的,而适当补充一些其他知识,有助于拓展学生的知识结构。(1)科学家故事选择古今中外的科学家,对其经历及成就进行介绍,做成展板挂在宿舍、教学楼和实验楼的走廊等地,从人文方面激励学生学习和创新的愿望,激发学生科研和创新的动力。(2)化工专业英语词库随着全球化的发展,英语的学习越来越重要。而我校本科生的培养方案里却缺少化工专业英语的课程,使部分学生在读研期间对相关英语单词和短语感到陌生。化工原理课程中会接触小部分专业英语,但还不够全面,通过建立英语词库,增加学生的专业英语水平,为今后工作和读研提供支持。(3)常用化工期刊数据库如何利用数据库检索资源是每名学生应该掌握的一项基本技能。查阅文献是独立解决问题的基础,通过任务型导向使学生利用数据库资源搜索相关文献和资料,进行分析、筛选与调研,掌握文献查阅方法,可以锻炼学生查询和总结知识的能力,有利于未来的专业课学习、毕业设计及科研工作。(4)竞赛资料库通过参加化工原理竞赛和化工设计大赛,进一步改进学生实践能力欠缺等问题,不断增强学生的知识水平和工科思维,进一步增强学生在化工专业方面的自信心和工程实践能力,达到以赛促教、以赛促学效果。结合近几年竞赛的内容,选取竞赛经典内容和题型进行分析和练习,同时增加具有高阶性、创新性和挑战度的资源,强化学生的实践能力。化工原理立体化资源库的内容不止限于上述所列出的部分,还可以补充化工原理双语教学的资料、虚拟仿真实验资源[10]、课程设计的相关知识、学习经验分享、实验仪器的设计及网站建设[11]等内容。资源库的建立不仅能帮助学生更好的学习化工原理知识,还能提高学生的实践经验,为将来的学习和工作奠定基础。

3结语

以现有的教学资源为基础,通过整理和总结,不断进行补充和完善,开发教学适用性更强、使用更灵活、更全面的化工原理立体化教学资源库。该资源库可以有效补充化工专业相关学生的专业知识,不断加强学生实践能力的培养,并拓展学生所学知识的应用范围,助力化工人才的培养。

作者：孟玉兰 张文君 曹晶晶 肇启东 单位：大连理工大学化工学院