化工过程分析与合成课程线上教学模式与实践*

张巧飞，高建飞，党 丹，赵盈盈，孙保帅

(河南工业大学化学化工学院，河南 郑州 450001)

在突如其来的新冠疫情影响下，全国高校响应教育部新学期“停课不停学”的号召，利用网络平台进行线上教学。《化工过程分析与合成》是必修的化工基础课程，与化工热力学、化工原理、化学反应工程一起构成了化学工程与工艺学科的专业基础课程体系[1]。在《化工过程分析与合成》课程线上教学模式改革过程中，采用超星学习通、腾讯课堂以及QQ群相结合的混合在线教学模式，研磨设计精细丰富的教学方案，不断加强课程内容的建设和完善，优化教学内容，探索如何提升线上课堂的教学效果。

1 基于超星学习通的课程建设

超星学习通是由超星集团开发的，融课程、资源、微应用于一体的网络教学与学习平台，为教师和学生提供一站式的学习和工作环境[2-3]。基于超星学习通，《化工过程分析与合成》的网络课程建设主要体现在课程平台建设、课程内容建设和学习互动建设三个方面，并对教学内容进行重新规划(图1)[4]。

图1 化工过程分析与合成线上教学内容设计

在开始授课之前，完成了《化工过程分析与合成》课程的平台建设。首先在课程门户封面上完善与课程相关的信息，包括课程介绍、课程目标、教学内容与要求、课程执行大纲、参考教材、教学资源、课程章节以及课程评价等方面，便于学生们对本课程形成一个清晰的认识和整体的了解。然后进入课程首页进行本课程在平台上的设计，这也是基于超星学习通平台课程建设的核心。

本课程共讲授三大模块的内容，即化工过程系统的模拟和分析，化工过程系统的优化以及化工过程系统合成。这三大模块是从数学和系统工程角度出发，讲授如何对化工过程系统进行模拟并建立数学模型；对化工系统中常见的优化问题、优化方法和化工操作参数的优化等提出解决方法；讲授如何对化工系统中的换热网络、分离塔序列进行综合合成等。因此本课程既与数学知识关系密切，又与化工过程实例密不可分。在授课过程中，过多地讲授数学知识会让学生觉得内容晦涩难懂，反而无法与过程系统思想建立良好连接。因此在本课程讲解过程中，笔者利用学生已经熟练掌握的绝热闪蒸、等温闪蒸、精馏过程等实际工况为例，帮助学生建立化工系统的概念，并在这些化工过程工艺流程图的基础上建立数学模型，再进行过程系统的模拟与分析。这样一来，学生对模拟和分析的概念既能产生兴趣又能理解掌握，并深入脑海，达到较好的学习效果。

本课程具体内容以章节为单位，结合实际课时安排，依次对每章节内容进行设计和充实。为了便于学生们对课程进行系统性的学习，每一章节笔者设计了六大板块内容，依次是课前导读、微课视频、课件资料、课堂测验、课后作业、拓展阅读。其中，课前导读又包含3个方面内容：本章教学内容及基本要求、学前思考和课前预习。本章教学内容及基本要求可以帮助学生对该章所授内容形成一个整体的了解，便于熟悉主要知识点、掌握学习的重点和难点；课前思考可以让学生带着问题进入课程的学习，可以提升学生学习的主动性和积极性，提高学习效率；课前预习则可以让学生提前对本节课内容有一个基本的认识，以提升授课期间学生对新知识的掌握程度和接受能力。微课视频是笔者在授课之前录好的教学视频，视频浓缩了本次课所要讲授的核心内容，包含了章节重点和难点，学生可以根据自己的实际安排，灵活选择时间进行学习，大大提升了学习的能动性和自由性。微课视频通过专业软件进行剪辑，加入了动画、字幕和各类标注，既可以增强重点知识的逻辑性，也可以增加学生学习的趣味性。如在讲解过程系统模拟面向方程法中的Bending-Hutchison算法时，如何选择主元进行高斯消元很难用PPT讲解清楚，但结合动画和各类标注，学生可以清楚地看到主元的选择和消元流程。

课件资料包含了教师的授课课件、电子文档等，学生可以自由下载阅读，方便对课程重、难点进行反复学习，达到熟练掌握的程度。课堂测验和课后作业则是教师分别安排在课上和课下的小考核，课堂测验可以及时进行学习效果监测，掌握本次课学生对知识的掌握程度，课后作业可以帮助学生巩固和加深所学知识。最后的拓展阅读板块，是笔者收集的与本章节内容相关的拓展知识，内容丰富，充满趣味，帮助学生开阔眼界、增长见识、塑造价值观。例如，疫情开始时全国出现了口罩“饥荒”，为了增强学生对化工专业的自豪感和责任感，给学生推送“国家如果没化工，连口罩都无法生产”的公众号文章，适时融入课程思政元素。再如讲解第五章化工生产过程操作工况调优时，里面涉及人工智能模型在工况调优中的应用，笔者特意从网上搜索了很多该方面有趣又有用的视频，帮助学生理解人工神经网络模型的建立和优化，努力达到新工科理念要求。

此外，超星学习通提供的通知、签到、投票、选人、抢答、主题讨论、问卷、分组任务、学生反馈、统计等功能可以很好地帮助教师组织课堂活动，在调动课堂气氛和增加趣味性的同时，及时了解学生的学习情况、学习轨迹和学习效果，真正做到“以学生为中心”，实施“因生制宜”、“一生一策”，对学生在学习过程中遇到的问题进行个性化的讲解和答疑，不仅促进师生间的双向沟通和交流，还可以进一步保障教学的质量。例如，为了强调生产实际与专业背景知识的结合和学生团队协作与创新理念的培养，给学生布置天然气制甲醇精馏过程模拟与分析、甲醇提纯过程模拟与分析、乙炔气相法合成醋酸乙烯、醋酸乙烯精馏工段模拟与优化等方向的分组任务。学生通过查找文献资料、工艺流程确定、过程软件模拟与优化、后期作业word文档的编辑及ppt制作及讲解等过程对学生的综合能力进行训练。在此过程中，每个学生在小组中均有不同分工，让学生通过大作业将工厂实践与理论结合起来，不仅可以激发学生的学习兴趣，使学生对本课程的学习印象更为深刻，而且有利于增强学生团队协作能力、创新实践能力和工程实践能力。

2 基于腾讯课堂的直播互动

腾讯课堂是腾讯推出的专业在线教育平台，非常适合线上直播教学和师生互动学习，支持课堂内容回放。考虑到超星平台在开学网课高峰期直播功能会遇到卡顿现象，笔者选择腾讯课堂作为直播平台，进行课程重难点知识讲解，并与学生进行课堂互动。学生前期通过学习通平台，经过自主学习课程章节相关内容包括课前导读、微课视频、课件资料等，对本章节内容已经有一个基本和整体的认识。因此教师在利用腾讯课堂直播授课时，可以有充足的时间去着重讲解本章节重点和难点内容，通过反复强调和加深练习，帮助学生理解和掌握。另外，教师也可以安排互动环节，包括课堂测验、随机提问、在线答疑以及翻转课堂，以提升学生对知识的消化程度以及举一反三的能力。

3 基于QQ群的课后答疑

经过前期调研，绝大部分学生都习惯使用腾讯QQ，建立以班级为单位的课程QQ群可以方便地进行师生、生生之间的沟通、讨论以及课后答疑等活动，而且QQ的使用不需要进行额外的复杂软件安装，用起来简单易行，可以作为学习通学习互动的有效补充。教师可以在课前通过QQ群发布通知、公告等，提醒学生上课时间，以免发生迟到、缺课行为；也可以在课后提醒学生及时完成教师在学习通平台上布置的作业，明确作业上交截止时间，并督促学生按时提交。学生在课程学习过程中，遇到任何不理解的地方和难以求解的问题，都可以随时在群里提出，教师看到后第一时间进行答疑解惑，帮助学生解决疑点和难点。另外，QQ群里关于问题提出和解决的聊天记录，可以方便其他学生进行浏览和学习，以避免类似问题带来的疑惑。

4 考核方式改革

按照教学大纲，《化工过程分析与合成》线下课程考核采用“平时考核+期末考试”的方式进行，平时成绩包括考勤、课堂测验、课后作业，占30%；期末闭卷考试成绩占70%。

为了满足设计丰富的线上教学环节考核需求，并且得益于学习通自动记录学习任务点的优势，首先加大了平时成绩在课程考核中所占的比重，由以往的30%提升到50%，通过“权重设置”功能设置作业、课堂互动、签到、访问数、讨论等各模块所占的总成绩比例，通过多维度成绩分配，实现过程性评价。教师可通过“课堂报告”统计学生课堂表现情况，通过“成绩统计”了解每位学生的学习积分，通过学情分析了解整个班级的作业完成度、平均分及签到率等。其次把班级学生分成若干小组布置大作业，以课程2、3章为例，由于化工过程系统稳态模拟与分析以及化工过程系统动态模拟与分析这部分内容是本课程的核心内容，笔者为了加强学生对这块内容的掌握、理解以及和工程实际的联系，要求学生以组为单位做思维导图，便于学生形成清晰的知识脉络和工程思维，同时也培养了学生互帮互助、团结协作和自主学习的能力。最后，在超星平台建立题库，期末考试中利用随机组卷功能生成试卷，采用信息化的手段实现线上考试，并通过多种防作弊功能有效地避免学生作弊，如一生一卷、防切屏、试题库乱序、不允许学生粘贴答案等，最终考试成绩可以很大程度上反映学生真实的学习效果。

5 结 语

在进行《化工过程分析与合成》课程的线上教学期间，采用超星学习通、腾讯课堂、QQ 群相结合的混合线上教学模式，打破了时间和空间的限制，学生可利用碎片化时间通过学习通进行自主与预先学习，使得课堂直播时互动的时间大大增加，从而提高了学生学习的主动性与积极性；同时，科学、合理利用线上教学平台的功能，教师及时了解学生对所学知识掌握的程度，根据反馈的实际情况进行及时的调整，真正做到“以学生为中心”，实现课程目标的达成。

疫情影响下的“停课不停学、停课不停教”大大推动了线上课程的建设，对教师教学理念的改变，线上教学能力的提升，以及教学模式的探索，都有重要意义。基于前期的线上教学经验的积累，继续贯彻“以学生为中心、成果为导向和持续改进”的三大教育理念，在今后的《化工过程分析与合成》课程教学过程中，积极进行“一流课程建设”，不断完善和优化教学内容，探索线上线下混合式的教学模式，推进信息技术与课程教学深度融合，创新“互联网+”教学方法，调动教与学两方面的积极性，提高课程教学质量，达到更好的教学效果[5]。