在线实验课程的有效教学研究与探索
—以化工原理实验和化工仿真实验为例
张翠娟，冯尚华，张建平，何春红，张艳霞
（泰山学院 化学化工学院，山东 泰安271021）
摘要 本文以化工原理实验课程和化工仿真实验课程的教学研究为基础，探讨了疫情爆发期间，这两门课程的线上教学模式的特点，包括教学情境的完善，教学实施与展开，教学评价和教学优化等，并与线下教学模式作比较。这两门课程，都是以学生掌握化工原理中单元操作的工程应用为目的，培养学生的工科兴趣，提高学生的工科意识，通过积极有效的课堂教学，提高地方院校工科学生分析和解决工程问题的能力。
关键词：化工原理实验；化工仿真实验；在线课程；有效教学
中图分类号: TQ 016;G 642 文献标志码: A
Research and Exploration on Effective Teaching of Online
Experiment Course- take Chemical Engineering Principle Experiment and Chemical Engineering
Simulation Experiment as Examples
Zhang Cuijuan, Feng Shanghua, Zhang Jianping, He
Chunhong, Zhang Yanxia
(School of
chemistry and chemical engineering, Taishan University, Taian, 271021，China)
Abstract: Based
on the teaching research of chemical engineering principle experiment course
and chemical engineering simulation experiment course, this paper discusses the
characteristics of online teaching mode of these two courses during the
outbreak of epidemic situation, including the improvement of teaching
situation, teaching implementation and development, teaching evaluation and
teaching optimization, and compares with offline teaching mode. These two
courses are aimed at students to master the engineering application of unit
operation in chemical engineering principles, cultivate students' interest in
engineering, improve students' engineering consciousness, and improve students'
ability to analyze and solve engineering problems through active and effective
classroom teaching.
Key words:
chemical engineering principle experiment; chemical engineering simulation
experiment; online courses; effective teaching
Foundation item: General teaching reform project of
Taishan University(ZH202027); Key
teaching reform project of Taishan University(ZH202002)
基金项目：泰山学院一般教改项目（ZH202027）;泰山学院重点教改项目（ZH202002）
作者简介：张翠娟（1980-
），女，山东威海人，泰山学院化学化工学院讲师，工学硕士，主要从事化工专业课程的理论教学和实验教学工作。
1 引言
2020年初，新冠肺炎疫情席卷全国。教育部下发推迟开学通知后，各高校采取“停课不停教、停课不停学”的网上教学方式，确保教学进度和教学质量。网络线上教学整合了课堂教学和信息技术，教师积累教学经验，推动了课堂教学改革的深入。教师作为教学活动的主体，对自身的信息教学能力提出了更高的要求。从课堂教学到网络线上教学，各方面都需要适应和调整。因此，如何开展有效的线上教学，保证线上学习与线下课堂教学质量的实质等效，是高校教师需要解决的关键问题。
化工原理是我院化工与制药类专业的一门重要专业基础课，具有较强的工程背景，是从理论到工程，从基础到专业的桥梁，在化学工程及相关专业学生的专业素质和工程能力培养中发挥着重要作用。化工原理实验的开设是培养学生综合能力和创新能力的重要途径[1]，由于受到实验场地和实验仪器的限制，学生需要分组合作完成整个实验过程。
化工仿真实验是化工过程的数学仿真，以化工过程基本规律为依据，建立数学模型，在计算机上实现该化工过程的应用技术。实际工业生产中的一些成熟的复杂工艺也可以用在工艺仿真教学中，从而最大化最优化的利用仿真实验室实现化工专业实验实践教育。仿真实验与化工原理实验“虚实结合”，展现出独特的教学优势，为实习实训打好基础[2,3]。
疫情下，如何让在线教学更有效地发挥作用是高校面临的主要问题。本课题基于对在线实验课程有效教学的梳理与分析，提出有效教学策略，并将其应用于具体的实验课程教学实践中，为高校教师开展在线实验课程有效教学提供借鉴与参考。高校线上教学不仅是在疫情期间起到了应急的作用，而且是我国高校教育教学领域的一场学习革命。这次突发疫情加速了高等学校网络教育的发展。随着互联网、大数据和云平台等技术的发展与运用，网络在线教育在高校教学中的地位和作用将更加重要，网络在线教育的比重将逐步提高。因此，深入研究在线课程有效教学策略并付诸实践，对于高校教师适应第四次工业技术革命对高等教育发展的影响具有重要的现实意义。
2在线实验课程的教学准备
2.1教学目标和实验内容
有效教学是指授课完成后，学生获得一定的进步或发展。教师的教学表现和教学态度会影响教学质量，但不是无效教学的原因，学生没有收获和进展，才是无效教学。学生不学，教师付出再多，也是无效教学。学生学得很辛苦但没学会，也是无效或低效教学。教学目标要简明、清晰、具体、科学，不能过高、过多，确保教学任务在有限的时间里完成。教学内容要适量适度，合理安排，不能太多，学生消化不了，也不能太少，浪费教学时间。
化工原理实验工程性、实践性强，是联系化工理论与生产实践的桥梁，能够验证理论和培养学生解决工程问题的技能和技巧[4,5]，教学目标为：(1)培养学生的工程观点，训练学生了解实验结果对设计生产装置和解决实际问题的工程意义， (2)
培养和训练学生对化工过程建立正确的数学模型的技能和技巧，以及用这些模型定性地分析工程问题；(3)培养学生灵活运用基本理论和理论指导下的科学研究能力，如：如何筹划试验方案，测取和整理实验数据，撰写实验报告，学会分析实验失败的原因，提出改进措施等；
化工仿真实验是化工类专业实践性很强的专业课程，将化工单元操作建立数学模型，在计算机上进行装置的工艺流程模拟。与化工原理实验虚实结合，高温、高压、剧毒等高危、极端条件下的实验，成本高，消耗大，这种情况下仿真实验优点明显。
仿真实验课是专业技术课，其任务是使学生了解化工仿真的重要性，通过仿真巩固所学理论知识，并能运用有关知识来指导实际操作，积累单元操作的经验，提高学生团队协作和工程能力[6,7]。
实验课程内容包括离心泵、流体阻力、过滤、传热、吸收、精馏和蒸发等单元操作，仿真实验还另加入了固定床反应器、间歇反应釜等反应工程专业实验，每门课程大约10-12个实验。
2.2教学情境和完善
教学过程中学生所处的教学环境和情感氛围，都属于教学情境的范畴。
学校的硬件环境和软件设施属于教学环境，教师的职业素养和责任心也属于教学情境。良好的教学教学情境不仅有助于学生尽快融入教学活动，还能充分调动学生学习的主动性和积极性，启发学生思维、开发学生创新能力，是提高工学学科教学实效的重要途径。建立良好的有价值的教学情境是课堂教学的基本内容之一，这也是教学改革的重要内容。
2020年春季学期，这两门实验课程采用了线上教学的方式，教学情境弱化。学生所处的物理环境无法改变，只能从教师提供的情感氛围及软件方面改善。为了提高教学效果，教师对每门课程的第一个实验格外重视，课前，每门课程建立一个工作群，下达实验内容和实验安排，发放线上实验网站，督促同学们安装好客户端，登陆自己的个人账号，为实验做好准备。上课时，采用腾讯直播的方式，向学生演示实验流程，了解实验过程和实验要点，以及实验过程易错点。尽量让学生能够感觉到，虽然是在自己家里，尽管没有同学陪伴，但学习的状态和正常在校期间是一样的，每位同学都必须使用计算机完成实验内容。
3在线实验课程的教学实施
3.1教学展开与教学体会
在线实验课程平台搭建在云服务器上，学生计算机符合一定的软件、硬件要求，能连接因特网，安装好客户端后就能在任意的地方完成实验。实验课程学习的主要方式为学生自主做完每个实验，教师课前下放预习任务，课程开始时讲解，课上同步辅导，学生签到后先听讲解，然后自己做实验，有问题可以通过在线语音和教师沟通解决。北京东方仿真提供了这两门实验课程的学习软件。
化工仿真实验的实验项目线下线上区别不大，使用的线上软件版本不同。线下实验室中购买的软件为2D版本，线上软件核心内容和线下相同，界面和习题有所改善。实验项目在外层加入3D效果后，对学生的直观印象更好。但软件日益更新，要求计算机的具有更高的配置，否则会造成实验过程卡顿停滞。
学生在家中上课，周围的环境氛围是不如实验室中的，教师通过和学生的互动，让学生感觉不是自己一人在行动，人人都在学习时，改善提高学习氛围。如果教师在后台发现某些学生操作分布不高或者没有分数，可以单独询问学生，针对性地解决问题。
对教师来说，化工原理实验的在线课程是首次接触，软件的3D场景以化工原理实验室为蓝本进行仿真。这种方式做实验，每个学生独立完成，实验的连续性较好，视觉感官效果好，出现问题需学生自己解决，不需要合作。可以对实验项目的整个流程有宏观的了解。实验过程中实验数据的采集，采用按鼠标键的方式进行，数据采集后，可以自动生成实验报告。整个实验过程是较为完整的。但这种实验方式对学生的实际动手操作能力的训练，效果是不确定的。学生观察到的是电脑屏幕，而不是具体的实验实物，不能避免纸上谈兵的情况出现。
化工原理实验的线上实验课程，是疫情时期的特殊选择。在正常教学时，可以使用在线软件辅助教学，如果学生在操作实验前，使用在线软件进行实验预习，实验后进行实验过程的回顾，实验效果会更好。
3.2教学评价与成绩考核
化工原理实验和化工仿真实验 在线实验课程教学中，在教学过程中观察、分析学习者的参与度，查看学生的实时实验成绩，对其课程的学习效果进行监督。学生实验课程的成绩，除了采用终结性评价，还要考虑过程性评价和表现性评价[8]。线上登陆教师账号，获取系统中每个学生每个实验的分数，再考虑学生每个实验的课后习题分数，答题次数，每个学生每个实验做了多少次，每次用时多久，这些数据都可以导出，作为过程性评价的参考。在组织讨论和答疑中，采用超星学习通或者腾讯课程的方式，在线直播或留言，进行讨论和答疑，发放的思考题、讨论题，看学生的反馈，作为表现性评价的基础。学习通中发放期末实验考试试题，学生在考试规定的时间里答题，提交后教师批阅后，导出成绩，作为终结性评价的参考。学生的实验综合成绩，按照实验操作成绩占比40%，平时成绩占比20%，考试成绩占比40%的权重加和算出。
4在线实验课程的教学优化
长时间对着电子产品进行在线学习，会影响学生的学习效率，我们一方面要督促学生按时上课，另一方面要提醒学生劳逸结合，保证合理的生活作息。在线实验过程中，3D实验软件的某些操作设置并不友好，对实验的进度有影响，而这种软件问题解决起来，不像线下实验的操作那么便捷。学生返校后，化工原理实验室和仿真实验室对学生开放，学生可以灵活选择时间到实验室把实验补充做完。线上仿真实验的教学效果达成度和线下相近，正常教学时线下仿真师生沟通更便捷。而化工原理实验，需要学生们动手操作，教学效果才能最大程度实现，这是保证实验教学质量重要的措施。
5结语
疫情期间，线上教学是保证正常教学秩序的必要措施。线上教学的优点有目共睹，课件视频可以反复观看，不受时间空间的限制，学习者人数不受限制等等。但线上教学的缺点也是有目共睹的，特别是实操类实验课程，线上教学只能是退而求其次的选择。在教学情境的改变的情况下，如何保证学习效果，是全体教师应该关注的问题。在国际政治形式日益复杂的形势下，全球公共卫生环境的不确定性，促使我们在线上教学方面做出更多努力和探索。
参考文献
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实验室研究与探索,2014,33(5):235-238.
[7] 吴寿煜,
张宇红. 卓越工程师教学模式的研究与实践[J].
高等工程教育研究,2011(6):34-39.
[8]王军.一流专业建设背景下化工专业实验教学模式探讨［J］。广东化工，2019，46(15)
:205,209.
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