徐 威 渠吉發(fā) 胡麗華 丁良輝

(南京工程學(xué)院 環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

步入新時代，信息就如同“血液”一樣流淌在社會各行各業(yè)中，現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透并影響著于人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。高等教育也不例外，從國家層面的教育發(fā)展規(guī)劃到學(xué)校一線教師的探索應(yīng)用實(shí)踐，從現(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)，到信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)必將使得教育教學(xué)產(chǎn)生較大的變革[1]。中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》明確指出“加快信息化時代教育變革”“利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式改革，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化教育與個性化培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合”等具體的方針及措施?；ぷ鳛閭鹘y(tǒng)的基礎(chǔ)學(xué)科，在領(lǐng)域技術(shù)的快速發(fā)展、教學(xué)設(shè)備以及個人認(rèn)知理念的更新的背景下，傳統(tǒng)化工課程教學(xué)體系和教學(xué)方式呈現(xiàn)出諸多不足，不但限制了課程建設(shè)的發(fā)展，也影響了化工專業(yè)學(xué)生的就業(yè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力?，F(xiàn)代信息化建設(shè)為化工專業(yè)教學(xué)注入了新的靈魂，提供了新的驅(qū)動力[2]。

1 信息技術(shù)化解理論教學(xué)難題

1.1 抽象知識的可視化與動態(tài)化

化工課程，特別是專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)核心課程，具有綜合性強(qiáng)、知識涉及面廣等特點(diǎn)，往往需要綜合數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科知識與技能，課程中需要涉及大量的數(shù)理符號、復(fù)雜公式，導(dǎo)致學(xué)生理解起來非常困難，甚至?xí)a(chǎn)生厭學(xué)情緒。

以化工傳遞過程為例，它是對化工核心“三傳一反”中“三傳”現(xiàn)象和問題進(jìn)行更一般化的分析，建立更一般化的數(shù)學(xué)模型。由于其看待問題的一般化及談?wù)摰氖枪残?，所以是抽象的，?dǎo)致學(xué)生和老師普遍感覺傳遞現(xiàn)象難懂、難學(xué)。利用現(xiàn)代模擬與仿真技術(shù)則可以將流動、傳熱、傳質(zhì)過程生動地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，讓書本上“黑白”、“靜止”的公式“色彩紛呈”、“生動活潑”起來。例如，圖1就是基于傳質(zhì)過程理論通過軟件仿真得到的結(jié)晶器中不同時刻顆粒濃度的濃度分布云圖，在課程相應(yīng)章節(jié)的開展過程將這些內(nèi)容以圖片、動圖、視頻的形式展現(xiàn)給學(xué)生，可以極大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)理論知識的理解與掌握。

圖1 結(jié)晶器中不同時刻顆粒濃度分布云圖(單位：kg/m3，(a) 50 s，(b) 100 s)

1.2 師生交流的常態(tài)化與便捷化

師生交流互動是教學(xué)的重要組成部分，好的交流互動是提高教學(xué)質(zhì)量的有效保障。然而，由于授課模式的進(jìn)一步轉(zhuǎn)變、師生性格與思維方式的差異等多方面的原因，近些年來，師生普遍感覺相互交流不夠頻繁、不夠深入。這一方面導(dǎo)致教師在教學(xué)過程中難以收到及時、真實(shí)有效的反饋，使得“因材施教”、差異化教學(xué)工作實(shí)施困難，效果不顯著；另一方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中要么不求甚解，要么苦思不得其解后放棄，走入“誤區(qū)”，鉆進(jìn)“牛角尖”，甚至誘發(fā)或加劇心理健康問題。

在信息技術(shù)的支持下，師生的交流方式更加多元化，并具有交流通道上的可視化和痕跡化、交流內(nèi)容上超鏈化和多元化、交流形式上的點(diǎn)對點(diǎn)化、交流對象的多層次化等特點(diǎn)。在課堂維度上，通過課程網(wǎng)站、課程平臺、班級QQ群、微信群或者云課堂布置作業(yè)，發(fā)布課外拓展的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在課外維度上，通過及時通訊、論壇等形式實(shí)現(xiàn)師生間實(shí)時或留言式的互動溝通交流，解決學(xué)生學(xué)習(xí)中的困惑、探討課程及學(xué)科中的問題[3]。

2 信息技術(shù)提高實(shí)踐環(huán)節(jié)效率

2.1 “線上線下”“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)踐教學(xué)

化工專業(yè)實(shí)習(xí)與實(shí)踐是實(shí)現(xiàn)高等院校工程教育專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是工程教育與企業(yè)生產(chǎn)工藝及社會實(shí)踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)實(shí)習(xí)都是工人師傅講、學(xué)生看和聽，沒有實(shí)際操作的機(jī)會；同時，由于化工廠區(qū)、生產(chǎn)的安全與環(huán)保要求，很難安排大量學(xué)生、集中時間的實(shí)習(xí)，導(dǎo)致實(shí)習(xí)工作開展不順暢、預(yù)期效果很難達(dá)到[4]。

借助虛擬現(xiàn)實(shí)、5G通訊等信息化手段，通過構(gòu)建全網(wǎng)規(guī)劃部署虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，可通過VR頭盔、體感設(shè)備實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)間的體感交互，可以解決實(shí)習(xí)過程中存在的困難、彌補(bǔ)了實(shí)習(xí)質(zhì)量的短板。以筆者所在教研室前期組織的畢業(yè)實(shí)習(xí)為例，在實(shí)施過程中一方面利用南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院“環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝實(shí)訓(xùn)虛擬仿真”，另一方面聯(lián)系南京化工實(shí)訓(xùn)基地。通過校內(nèi)仿真、現(xiàn)場仿真+實(shí)操的方式，推動了畢業(yè)實(shí)習(xí)工作的高質(zhì)量完成，特別是在2020年疫情期間，融合信息技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)為人才培養(yǎng)方案的執(zhí)行發(fā)揮了重要的作用。

2.2 基于現(xiàn)代信息技術(shù)的課程設(shè)計體系

化工課程設(shè)計中融入信息技術(shù)，改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，可以充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。如構(gòu)建信息技術(shù)支撐的理實(shí)一體項(xiàng)目教學(xué)模式，將各種信息化手段貫穿于課前、課中和課后等教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，從而改變了以往以教師為中心的學(xué)習(xí)方式，教師由知識的傳授者變?yōu)橹笇?dǎo)者或咨詢者。同時，現(xiàn)代信息手段通過圖像、渲染等方式，能夠更加生動活潑地展現(xiàn)課程設(shè)計的作品，增加學(xué)生的成就感與獲得感。

以化工原理課程的實(shí)施過程舉例：首先依據(jù)學(xué)情，布置任務(wù)、創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，再將教學(xué)內(nèi)容、案例資料發(fā)放到課程網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)平臺上。然后通過課程網(wǎng)站、班級QQ群、微信群或者云課堂布置作業(yè)、任務(wù)，發(fā)布課外拓展的學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時，再濕濕的全過程中，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)及時溝通、交流、答疑，促進(jìn)課程設(shè)計及時、高質(zhì)量地完成。此外，化工原理課程設(shè)計中涉及的設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理可通過flash動畫和虛擬仿真展示，幫助學(xué)生充分理解；涉及到的設(shè)備結(jié)構(gòu)及裝配圖借助三維軟件繪制三維立體圖，讓學(xué)生感受、理解從二維平面流程圖，轉(zhuǎn)換為三維立體實(shí)際效果，幫助學(xué)生掌握知識點(diǎn)，極大提升了授課效果。

3 信息技術(shù)推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)發(fā)展

3.1 貫穿全過程的專業(yè)競賽與課外實(shí)踐

隨著信息化的發(fā)展，化工過程的智能化設(shè)計、運(yùn)營程度越來越高，相應(yīng)地，為專業(yè)人才培養(yǎng)設(shè)置的各類競賽與課外實(shí)踐對信息化工具的運(yùn)行、智能化思維的體現(xiàn)愈發(fā)凸顯。傳統(tǒng)計算方法已經(jīng)不能夠很好的滿足日益復(fù)雜的化工技術(shù)數(shù)據(jù)計算要求[5]。

以全國高?；I(yè)級別最高、參賽隊(duì)伍最多、影響力最大的全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽為例，在作品的實(shí)施和評價過程中，就涉及流程模擬、設(shè)備計算與校核、管道三維布置、廠區(qū)三維漫游等一系列的專業(yè)軟件和平臺，特別是近些年來，在作品的評價中更是增加了人工智能、大數(shù)據(jù)等新興概念的引導(dǎo)?？梢哉f，在整個競賽的全過程中信息化技術(shù)是其中重要的核心環(huán)節(jié)。在競賽的過程中，指導(dǎo)學(xué)生掌握計算機(jī)聯(lián)合繪圖、模擬、數(shù)據(jù)分析等軟件的思維和技能，引導(dǎo)其關(guān)注并運(yùn)用信息化、智能化技術(shù)的前沿，不僅可以大幅度提高競賽作品的質(zhì)，還為畢業(yè)生走向現(xiàn)代自動化、智能化的工作崗位做好鋪墊。

3.2 面向工業(yè)4.0的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

“工業(yè)4.0”描繪了制造業(yè)的未來愿景，提出繼蒸汽機(jī)的應(yīng)用、規(guī)?；a(chǎn)和電子信息技術(shù)等三次工業(yè)革命后，人類將迎來以信息物理融合系統(tǒng)(CPS)為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命，化工行業(yè)的發(fā)展和未來也必將落入“工業(yè)4.0”的范疇。特別是在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”指導(dǎo)思想的引領(lǐng)下，對化工專業(yè)培養(yǎng)的信息化需求更加強(qiáng)烈。

以影響力最大的“中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”為例，它要求參賽項(xiàng)目能夠?qū)⒁苿踊ヂ?lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、下一代通訊技術(shù)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域緊密結(jié)合，服務(wù)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，培育新產(chǎn)品、新服務(wù)、新業(yè)態(tài)、新模式。這些要求無一不指向了信息化技術(shù)，關(guān)于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)都體現(xiàn)了信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合。以面向工業(yè)4.0的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育為抓手，把信息化技術(shù)糅合到教育教學(xué)過程中，將相關(guān)理念銘刻在學(xué)生心里，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)眼界和實(shí)力的學(xué)生的重要手段。

4 結(jié)束語

信息化教學(xué)已成為“互聯(lián)網(wǎng)+”時代提高教學(xué)質(zhì)量與效率的關(guān)鍵。如何培養(yǎng)出國家、社會真正需要的化工類人才是教育教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[6]。針對化工學(xué)科、行業(yè)的特點(diǎn)，教育工作者應(yīng)合理利用各種信息化技術(shù)，培養(yǎng)企業(yè)需要的化工類人才，培養(yǎng)獨(dú)當(dāng)一面的新時代創(chuàng)業(yè)人才。廣大的教學(xué)工作者要繼續(xù)強(qiáng)化“現(xiàn)代信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)融合”的教育理念，從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容等多方面探索并構(gòu)建新型的教學(xué)結(jié)構(gòu)，探索符合學(xué)生認(rèn)識發(fā)展規(guī)律的教學(xué)方法，卓有成效地開展現(xiàn)代化的教學(xué)。