郭芬芬王 平郭 磊李冠喜 刘柏玲

（1.曲阜师范大学生命科学学院 山东·曲阜 273165；2.曲阜市姚村镇小学 山东·曲阜 273105）

随着信息技术在教学领域中的应用，虚拟仿真实验教学成为实验教学的重要组成部分。虚拟仿真技术是现代教育的一种新兴辅助技术，可利用图形、动画、视频等计算机手段，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到提高实验技能的目的。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容，经多年努力，已建设数百个国家级虚拟仿真实验教学中心。虚拟仿真实验教学与专业实验密切结合，与实验教学并不矛盾，为实验教学提供了重要补充，为实验教学改革提供了新的方向[1]。

根据本科教学评估“以本为本”的要求，要求教师授课应以学生为中心，避免以讲授为主、师生互动为辅的传统教学模式。而复旦大学张学新教授于2014年提出的对分课堂正是体现以学生为中心、教师为引导的一种新型教学模式。对分课堂的核心理念是一半课堂时间由教师讲授，一半留给学生讨论进行交互式学习。对分课堂强调先教后学，教师讲授在前，学生学习在后。但它不仅仅是简单的一分为二，对分课堂教学模式的实施分为讲授（Presentation）、内化吸收（Assimilation）和讨论（Discussion）三个过程，因此对分课堂也可称为PAD课堂[2]，其关键创新在于讲授和讨论之间留给学生一定时间自主学习，针对性地内化吸收。张教授率先在心理学研究方法与实验设计课程上尝试此教学方法，得到不少师生的青睐[3]。对分课堂是“精讲-留白式”讲授，聚焦于知识结构的重点和难点，把细节留白给学生，学生在内化吸收和讨论中完成深入学习[3]。对分课堂教学模式在教师层面上可以降低课堂教学劳动负荷，提高工作效率，是解放教师的一种方式；在学生层面上可以极大地提高学生的学习兴趣，增强学生学习的成就感[4]。目前，对分课堂已被纳为上海市新教师培训课程、中小学教师“国培计划”（中小学教师国家级培训计划）的国培项目和全国高校教师网络培训中心的培训课程。全国数千名教师已将对分课堂应用在实践教学中，获得了良好效果，得到了广泛认可[5-6]。

化工原理课程难度相对较大，对于化工、生工、食品类等专业，化工原理又具有由理及工、承上启下的桥梁作用，对专业课程打基础、培养学生工程思维起着至关重要的作用。如何培养并增强学生的工程实践能力、降低学习难度、提高学习兴趣成了亟须解决的问题。而虚拟仿真技术的成熟和对分课堂教学模式的引入，对提高学生实践能力和课程教学质量具有重要意义。

1 化工原理教学中的问题

实践操作能力是化工原理重要的课程目标，但实践教学的开展有着重重困难，如实验教学场所和设备数量的限制，学生多人一组，独立动手的机会少，甚至不敢动手；综合性实验从准备到观察记录，耗时长，实验效果不理想，也无法让每个学生都在设备上独立完成；化工企业生产的高温高压易燃易爆的危险性和生产过程的复杂性，不允许学生实习时动手操作，企业讲解时因时间有限无法做到详细系统以及工厂环境嘈杂讲授内容听不清等，实习走马观花，实践效果有限。化工原理理论与实践脱节，学生工程思维培养受限。

化工原理课程难度相对较大，重理解、重系统性的学习，课堂学习任务重。为了在有限的课堂时间内详尽完整地将知识讲授给学生，教师将课堂时间占满，导致学生课堂参与度低，缺少独立思考的机会，不能发掘学习的乐趣，逐渐丧失学习的积极性。因此，引入虚拟仿真实践教学结合对分课堂的教学模式对培养学生工程实践能力和改善课堂教学效果具有重要意义。

2 化工原理教学方法

2.1 虚拟仿真技术的运用

虚拟仿真技术是现代教育的一种新兴辅助技术，可利用图形、动画、视频等计算机手段，构建高度仿真的虚拟环境，达到提高实践技能的目的。化工原理和生产实践联系紧密，首先通过工厂视频和图片资料，让学生对实际生产过程有完整系统的了解，然后通过3D技术真实全面地还原实际生产中的各个环节，使学生对虚拟环境有较真实的体验，对原料到产品的整个生产流程有全面系统细致的认识。学生通过设定各个操作条件，开关阀门，物料参数，掌握原料从进料开始，直至产品产出的整个生产工艺过程。不仅让学生学会物料的流动和流向，各工段的连接顺序、各工段包含哪些单元操作及操作原理，用到了哪些设备及如何操作，各单元操作中物料的传递等，更重要的是学会当遇到突发危险事故，如突然温度升高，压力增大，怎么通过调节操作条件，开关阀门去解决实际问题，锻炼了学生应对突发事故的能力，而这些都是传统实验及工厂实习中很难学到的[7]。

对特定生产环节的典型设备和操作进一步用动画生动形象地展示单元操作中物质传递或传热的过程，加深对课堂理论知识的理解和设备的了解。通过实验操作及相应现象的展示和错误操作的演示，锻炼学生对设备的操作能力和对生产过程的认识。通过3D交互操作，使不可视、不可及、高风险等化工生产过程直观形象，人机交互，操作性更强，学生能亲手操作，观察现象，记录数据。解决了学生不敢动手、不能独立操作的传统教学弊端，更好地培养了学生的实践能力和创新能力，并帮助消化和巩固学生所学的化工原理理论知识，做到理论与实践相结合。

2.2 和生活生产实践相结合

实践源于生活，在课堂讲授中，从生活中熟悉的场景中选取案例，深入浅出，将复杂的知识点简单化，如扬尘的沉降过程和原理，保温瓶的保温原理，暖气加热室内空气的传热过程，暖气片不热需要排气的原因，夏天路面温度高进而可一定程度上减少雾霾的原理，沥青路路面温度较高的原因，过滤离心等基本实验操作原理等，让学生切实感受到课堂知识和生活联系紧密，对知识有具体化的认识，并能学以致用。

在教学过程中，注重与企业生产实践结合。以工厂中遇到的实际生产问题为案例，通过小组讨论、师生探讨或指导学生查阅文献，指导学生解决生产实际问题，真正做到学以致用，并能进一步理解巩固理论知识，做到理论与实践相辅相成。

2.3 对分课堂的运用

化工原理课程难度相对较大，重理解、重系统性的学习。教师一直讲，学生难免一时注意力不集中导致跟不上而极大地降低课堂学习效率，影响学习兴趣和积极性。采用对分课堂，可以留给学生独立思考和理解消化的时间，从而系统性地掌握知识点，形成自己的认知结构，培养学生的思维能力，提高课上学习效果。并能及时发现问题、提出问题、解决问题，增强学生创新能力和综合素质的培养。小组讨论和师生讨论提高了学生课堂参与度和思考能力，充分调动学生的学习积极性，激发学习热情，提高课堂学习效率。并通过思考题的设置和交互式探讨，进一步帮助学生深入理解、真正掌握课堂知识。

3 结语

化工原理课程难度较大，但同时和生活生产实践联系紧密，通过运用虚拟仿真技术弥补实践上的短板，并结合密切联系实践的教学方法和对分课堂的教学模式提高课堂教学效果，从而达到培养学生实践和学以致用能力的目的。通过实践和创新，虚拟仿真技术和对分课堂教学模式在教学中的运用将会更加成熟和完善。