基于信息化模式下的新型化工实训装置的研究

何璐红，刘海龙，赵 扬，贺素姣

(河南应用技术职业学院 化学工程学院，河南 郑州 450042)

1 前言

信息化技术已经渗透到社会的各个方面。教育领域中，一场信息化的颠覆性变革正悄悄地发生着。教育技术学科是多学科交叉的创新实践领域，要整合多学科的优势力量，在创新中开展教学、研究和社会服务，在学科与教育改革实践的互动中培养学习者的学术视野和研发能力。“互联网+”时代下，“互联网技术+教育”[1]的服务模式将成为今后研究的主题。

信息化课程建设的理念是以学生为中心、以能力为重点和关注学习过程。信息化课程建设的重点是实现三个转化：将教材转化为支持学习的数字化资源，将学习内容转化为学习过程和学习活动，将结果性(终结性)评价转化为发展性评价。信息化课程设计的关注点是平台、内容和活动。信息技术不仅改变了教学活动的实施方式，对教学方法、教学工具以及教学内容等也产生了巨大的影响[2]。信息技术推动了教育模式和学习环境的发展，引导教育创新的方向。信息技术与教育深度融合已经成为教育发展的趋势，对于快速发展的中国而言，既是难得的机遇，也是巨大的挑战。从宏观层面来看，要实现信息技术与当代教育的深度融合，必须站在全局战略高度，做前瞻性的规划，才有可能抓住机遇，实现我国教育跨越式发展[3]。

在网络信息技术高速发展的时代，知识更新的速度也越来越快，通过信息化手段、网络技术进行自主学习已经成为一种非常普遍的学习方式[4]。很多高校开始建设自主学习的平台，高等教育中，“新工科”建设、专业工程认证、信息化教学等项目应运而生[5]。目前，国内外关于开展自主学习平台的研究，在理论课教学环节居多，在实训教学上，付诸实践的较少。目前，对于自主学习型实训装置的开发研究，主要体现在：

(1)多数高校开展的是网络课程的理论学习，没有和实际实训装置进行有机结合。

(2)很多高校的自主学习型研究主要集中在网络管理平台或者一些软件的应用，这种模式过分依赖了网络和各种管理平台，缺乏质量管控意识。

(3)传统的实训教学装置是单独的就某个工段进行学习，缺乏人机交互性，无法实现理论实操的全过程考核。

2 研究思路

课题研究的是具有自主学习功能的实训装置，相比传统的实训教学装置和教学模式，提供了更便捷的学、教、管理和交流的方案。实训装置共设计三个功能，学生课前通过各种资源进行线上预习，利用3D模拟装置进行练习，最终通过操作软件进行自动考核打分模式。

依据高职高专实训教学特点和课程改革要求，课题的理念是打造一种自主学习教学模式，该教学模式是一种非常方便、灵活、高效的教学方式，该模式还应用到不同层次的教学之中，在这一理念和模式下，建立“以学生为中心的学习指导体系”，以“自主学习”为导向，通过信息技术和教师的督导，学生在课前、课中、课后将所学知识巩固强化，提高了自学能力、实践能力和创新能力。自主学习型课堂教育学结构见图1。

图1 自主学习型课堂教学结构图Fig.1 Teaching structure of independent learing dassroom

3 研究的核心内容

文章研究的新型化工实训装置，是具有自主学习功能的实训装置，在信息化支撑下可以实现学生对实训装置从结构、原理、工艺过程的自主学习，实现操作训练的自主学习，实现学习过程到结果的全自动考核。通过新型控制系统与传统实训装置的有机结合，以信息化、网络技术、网络课程等手段，通过自主学习的方式，实现理实一体化的功能，形成教、练、考一体化模式，具有自主学习功能的实训装置功能见图2。

图2 具有自主学习功能的实训装置功能图Fig.2 Function map of training device with independent learning

具体的研究内容如下：

(1)设计并制造具有自主学习型实训装置，将新兴技术植入教学各个环节，完成某实训项目的知识讲授、操作训练和实训考试三个环节，以化工专业实训课—吸收解吸为例进行样机制造(如图3)，培养学生专业技能同时，提高其自学能力、研究能力和创新能力。

图3 吸收解吸实训装置的基础工艺流程Fig.3 Basic process flow of absorption and desorption training device

(2)根据实训内容开发微课及教学视频音频素材，学生在课前就可以通过移动终端扫描装置的二维码，进行设备的预习和认知，利用Unity3D技术构建虚拟实训装置平台，在系统的引领下，学生通过交互操作，直观了解装置的构成及各部件作用，熟练掌握设备的工艺流程，实现装置、结构、流程的自主学习模式。

(3)在实操方面，课题设计操作软件，学生按照系统预先设置的步骤来操作，同时装置会给与提醒，并且根据操作结果进行赋分，真正做到了操作步骤的自主学习。学生通过指纹识别和面部识别进行身份确认后，可以根据操作步骤和操作质量进行“自动打分”考核模式，考核成绩直接上传至教师端，实现了“自动打分”的考核模式。

4 研究的核心价值

根据工程教育专业认证与“新工科”建设的相关要求，教育目标的定位是要求学生要有发现问题，针对不同的实际问题，解决实际问题的能力。具有自主学习功能的实训装置可以促进学生知识领会、工程技能的提升及职业素养的养成；可以培养学生的化工思维、化工技能和化工素养，从而形成自主学习的习惯，有适应化工发展的能力；可以变化工实训的“装置操作”为“情境再现”，通过3D仿真演示，实现行业企业工作场景模拟；在实训过程中，角色分工、协作一致，完成实训教学任务，树立工程理念、积累工程素养。

5 研究的技术路线

该课题根据化工生产以及现代教育的特点，选用化工生产中常见的具有代表性的操作单元之一的吸收、解吸单元作为基础研究单元，采用的技术路线如图4。

图4 技术路线原理框图Fig.4 Schematic diagram of technical route

6 研究的创新点

(1)创新自主学习模式，突出以学生为主体的自学能力。通过设计相应的自主学习策略来支持自主学习，实现教学资源的发布与接收、实训装置的认知与操作、课前预习与课后评价、学生学习成效评价等教学功能。通过虚拟系统的模拟训练，学习在进入实训室实操时，可以提高成功率，大大降低因不当操作而带来的废物排放、危险因素等，甚至利用全模拟技术将不当操作现象虚拟呈现，实现了“环境友好型”化工教学。

(2)发挥“双路径引导式”学习，突出以学生职业技能提升为需求。通过线上互动管理平台、教师对学生的管理和监控，实现双路径引导学习，很好地将信息化和传统教学结合起来。在实训过程中，角色分工、协作一致，完成实训教学任务，树立工程理念、积累工程素养，提升学生的职业技能。

(3)拓展实训教学内涵，突出学生综合素质的积累。通过“以学生为中心”的自主学习与训练，将“新工科”对应的教学、教育理念承载在实训教学中，将岗位责任、岗位意识、质量观念灌输其中，日积月累，自然而然的实现技能提升，达到溶于心、画于型。在自主学习过程中通过团队分工、角色扮演、岗前交接班会议等形式，培养团队合作意识，提升有效沟通能力，培养工程职业道德和责任关怀理念，最终强化项目层级管理能力。

7 展望

在国家实施“创新驱动发展”、“中国制造2025”、“新工科背景”下，近年来，很多高校进行了课程改革和创新型人才培养方案的调整，培养学生自主学习能力是高职院校教学改革的重要目标，是促进学生终身学习能力培养和可持续发展的需要，更是响应新时期教学改革发展趋势的实践要求。通过自主、合作和探究式学习提高学生的学习兴趣，培养学生的创新能力和自学能力，进而培养实用、有用、适用、好用、满足新工科需求的化工专业人才。

文章论述的新型化工实训装置，契合了最新高职高专的课程改革要求，符合国家号召信息化教学的响应，关于实训装置，课题组与河南莱帕克化工设备制造有限公司联合研发样机载体，成型后，在省内高校化工专业实训室进行成果应用，取得了良好的教学效果。