陈作义，柳晓俊

(广东第二师范学院化学与材料科学学院，广东 广州 510303)

在全球疫苗施打实现群体免疫之前，新冠病毒仍在持续的变异与传播，疫情随时随地都可能爆发。为了阻断疫情在校园蔓延，网络授课在2020年春季起即成为各大中专学校的一种常备教学形式。化工原理课程是化学工程与工艺、材料化学、暖通空调、土木工程等专业的一门重要基础课程。对于化学化工类专业而言，化工原理是连接物理化学、高等数学、普通化学等基础课程与专业课程(如分离工程、反应工程等)之间的“桥梁纽带”课程，也是由基础学科课程向工程学科专业课程过渡的基础核心课程，课程的特点是运用数学的知识解决化学过程中的物理现象。化工原理又叫单元操作，是来分析和解决化工类型生产中的流动、传热、过滤、吸收、精馏、萃取、搅拌、蒸发等单元操作的问题，起着由理论到工程、由基础到专业的双重桥梁作用，对培养学生的工程思维与创新能力起着至关重要的作用。本论文以在线网络教学为背景，利用翻转课堂模式将课程思政元素融入化工原理教学与改革中，优化教学过程中的各个环节，着力培养具备民族自豪感、使命感和责任感的高素质专业人才[1]。

作为一门计算型学科，化工原理各个单元操作的原理不同，公式复杂又多难以死记硬背，学生对化工原理基本的知识点的理解和掌握困难很大。网络教学的优点在于教学时间的灵活性和视频的可重复性，但若学生没有较好的完成课前预习，教师仅仅将传统的面授内容搬到网络进行，很难按时完成教学内容，教学质量和教学效果更加难以保证。所以课前预习内容的设置、网络教学的展开方式决定了学生的学习效率、知识掌握程度和专注程度。化工原理教学过程中非常注重师生之间的互动和交流，而仅靠隔着屏幕的网络教学，互动和交流的效率很难与面授课堂相比，加上课程的新知识高密度和高难度都可能会使学生在上课时的注意力下降。所以网络网络教学的化工原理课程，必须忠实贯彻新工科教育改革的宗旨，教育理念必须从“教”向“学”实现转移，学生的学习风格也必须包含具体经验、反思观察、抽象概括、主动实践等教学元素，把教育理念和教育基础放到工程领域的具体情境中，将学生努力培养成具备扎实的工程基础理论和专业知识的高水平工程师[2]。此外，由于化工原理课程与工程实际或日常生活联系比较紧密，因此线上可以通过一些视频的导入调动学生学习的积极性，并尽量启发学生运用所学知识解决身边问题，提高学生学习本课程的兴趣。

2.1 复习模块

虽然化工原理课程的各章节知识相对独立，但每章知识点不可能一次课讲完或者一周内讲完，为了尽快完成新老课程的衔接，每次课前准备10分钟左右的视频，以视频录播的形式回顾上次课的主要内容，集中对上次课学生困惑较多的知识点和疑问较多的作业题进行答疑，尽快将学生的思维切换到化工原理所需的工程性和计算型思维上来；
并为当次的新课的导入作好铺垫。

2.2 新内容导入模块

讲授复杂枯燥的专业课程，必须要注重引发学生对问题的思考、激发学生的学习兴趣、塑造学生对知识渴望。在每次新课内容之前，可以通过图片或者短视频来描述本章节内容所讲解内容的实际意义，尽快聚焦学生的注意力。化工原理课程涉及的众多内容，是能够从日常生活中挖掘许多案例的。如在讲解沉降过程时，可以设问“比萨斜塔上落下的两个铁球真的同时落地吗”、“下雨的时候雨水为什么没有把伞布砸破”；
在讲解扩散系数时，可以设问“为什么说酒香不怕巷子深”、“既然氨水极易溶于水为什么不在有氨气溢出的地方多挖一些水塘”；
在讲解对流换热系数与传导传热的相对大小时，可以设问“开水瓶贮水以存水多少保温效果最好”。这些设问让学生意识到化工原理与日常生活紧密联系，易引起学生的兴趣，让学生享受知识解释生活的乐趣。讲解离心泵的工作原理和基本结构，可利用动画呈现：泵轴带动叶片旋转，叶片尾端液体在惯性离心力的作用下被甩向外周，在泵壳作用下液体动能有效转化为静压能，并从排出口输出；
同时液体被甩出后，叶轮中心形成低压区，大气压将液体连续不断的吸入和排出。通过动画展现，有效帮助学生理解泵的工作原理、内部结构及其操作中要避免的“气缚”和“汽蚀”现象[3]。离心泵的吸液、排液以及动能和静压能之间的转换也采用动图形式展示，学生们就很容易接受和理解，图文并茂同样也非常有助于教师对内容的正确讲解。化工原理中公式最集中、理论最枯燥的要数吸收章节了，全章约有70多个公式，包括亨利定律的多种形式及其亨利系数、双膜理论及假设、各种传质速率方程及其传质系数和推动力、复杂且陌生的准数表达式、填料层高度的计算等等，课堂中若单纯用文字描述或公式推导，学生很难深刻理解其原理。网络课堂可以利用各种优秀的线上授课视频及动画来充实课程内容，使同学们更直观、形象的了解其中的传质原理，提高他们的学习兴趣。在吸收塔内填料层高度的解答过程时，可以使用思维导图的模式，以计算目标中涉及的各个公式中的已知量和未知量逐项填入思维导图中，并将使用到的各个公式列在思维导图中，经过逐步推算，将吸收塔的塔顶塔底的气液两相组成分别求出，代入到平均推动力公式中求出传质单元数，并最终求得填料层高度。

2.3 拓展性学习模块

对于化工原理这类工程应用性很强的学科，学生往往有一个共同的感觉：课堂上都能听懂，一下课全忘，碰到作业眼前一黑不知所措。为了帮助学生梳理知识点、加强对重难点进一步的理解，每次网络讲授课后，会准备一张图片次日发到课程学习的微信群，让学生在短时间内对新学的知识点有一个简要的回忆。每一章学完，要求学生使用思维导图对该章内容进行总结，通过绘制思维导图，学生主动将所学知识点串联起来，并将各章节的思维导图的完成质量作为学生平时作业纳入期末考评的一部分。图1为吸收章节的思维导图的示意图。

图1 吸收章节知识的思维导图Fig.1 The mind map of knowledge for absorption chapter

2.4 学习反馈模块

网络教学课堂时间有限，大多数很难在上课时段将所学内容准确理解和掌握。每堂课结束后，会在超星平台要求学生及时做好复习和预习，并布置适量的作业，通过超星平台强大的统计功能，及时掌握学生课后所下功夫，并通过腾讯课堂、微信群和超星平台收集学生对近期课程的学习感想、学习困惑或者提出建议。结合微信群和超星平台的分享式教学，多路发掘，触类旁通，逐渐形成关于学习内容的双向解答和分析，教学相长，确保学生获得的每一个知识点的精确性和完整性[4]。此外，反馈式教学能增进学生的思考，并能拉近教师和学生之间的距离，增进感情，有利于知识的传递和分享，可以真正实现教书育人的双模式教学。

习近平总书记在2016年的全国高校思想政治工作会议上指出，“做好高校思想政治工作，要用好课堂这个主渠道，提升思想政治教育亲和力和针对性，要坚持以德树人，全方位育人”[5]。作为一种新的综合教育理念，课程思政以 “立德树人”作为教育的根本任务，它以构建全员、全程、全课程育人格局的形式将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。通过科学家的典型人物事迹，可以激起学生的理想信念、使命感和科学教育精神。如流体流动这一章节中提到的顾毓珍公式[6]，可将顾毓珍先生生平做一张简表：顾毓珍十岁丧父，在其母亲的严厉规范下自小就打好了中英文基础，后考上辅仁中学和清华学校，出国到MIT攻读化学工程学士和博士学位，学成后毅然回国报效祖国。他严于治学，勤奋工作，无论是教学和科学研究，都一丝不苟、孜孜以求。他发起成立中国化学工程学会，编著《化学工程学丛书》，对我国化学工业的发展和化学工程学科所作的奠基性贡献。此外，还有范旭东、侯德榜、吴蕴初、苏元复等著名化工奠基人的艰苦奋斗和爱国事迹，都体现了中国人自强不息的拼搏与爱国精神。化工原理课程中许多理论和公式以科学家命名的，其中传热章节中的傅里叶定律，即由法国著名科学家傅里叶首先提出。傅里叶虽然科学成绩斐然，但他的个人奋斗史其实非常坎坷。傅里叶九岁成为孤儿，从小就表现出对数学和物理的浓厚兴趣，1807年傅里叶向法国科学院递交关于热传导的论文《热的传播》，但是被拉格朗日、拉普拉斯等审阅后否定，第二次提交又被强烈的反对。最后傅里叶以执着的态度坚守科学精神，对内容进行了梳理和扩充，终于在1822年出版了他的经典著作《热的解析理论》。傅里叶曲折的成功路让我们意识到，科研道路并不是一帆风顺而是有很多艰难险阻等待克服的，成功只垂青于那些“勤奋”“百折不挠”和“专注”的学者。另外一些人名方程，如伯努利方程、斯托克斯公式、牛顿冷却定律、傅里叶定律、亨利定律、费克定律、拉乌尔定律、吉利兰关联式等，这些方程的提出都沉淀了前人的智慧。通过介绍科学家的故事，可以加深学生对重要知识点理解，让学生认识到除了具备扎实的专业知识，还要有专注执着、精益求精的工匠精神。化工兴邦，安全兴国，安全是各行业特别是化工行业的头等大事[7]。在化工原理教学中，通过对于历年的大型化工安全事故进行穿插介绍，鼓励学生课后自觉查阅相关事故的来龙去脉及处理应对措施，努力将安全理念、职业道德、行业法律法规等德育元素和意识渗入到课堂学习中，培养具有良好安全观的新一代化工人。

在全球新冠疫情反复的情况下，大学生容易产生价值观错误、理想信念缺失等严重问题。在网络教育的大背景下，不断深化化工原理课程教学改革，通过转换“教”与“学”的角色，使用超星平台资源，使用腾讯课堂和微信群的及时互动功能，更好的将教学的四个模块在网络教学中呈现出来，从而提升教学效果。同时还要将思政元素融入课堂教学中，把马克思主义辩证思想与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，培养具有正确人生观、价值观、安全观、职业素养和匠心精神的新型绿色化工人才。

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