人工智能（AI）时代背景下“精细化工工艺学”课程教学改革研究与实践探索

摘"要：人工智能（AI）技术是计算机科学的一个分支，近年来飞速发展，作为一项非常前沿的科技，其在教育领域的应用也日益广泛。针对以往在“精细化工工艺学”教学过程中存在的问题，如课堂缺乏创新性和互动性、理论教学与实践教学相脱节等，本文详细探讨了将AI技术引入“精细化工工艺学”教学中的一系列改革措施，旨在提高教学效果，培养学生的创新能力和实践能力。通过分析AI技术在教学内容、教学方法和评估体系等中的应用，提出了具体的教学改革方案和教学改革目标，以期为精细化工工艺学的教学改革提供参考。

关键词：精细化工工艺学；人工智能（AI）；教学改革；创新能力；实践能力

1"概述

“精细化工工艺学”作为应用化学专业的重要专业课程，其教学内容涵盖了高分子材料加工助剂、表面活性剂、食品添加剂、胶黏剂、涂料、化妆品等常见精细化工产品的配方设计、合成路线、生产工艺及应用性能。课程在帮助学生了解专业定位、掌握精细化学品种类及各单元反应的基本原理、分析精细化学品生产控制指标及影响因素及设计精细化学品的工艺流程等方面具有重要意义。

目前，大部分课程的教学过程采用传统手段，即教师采用板书、PPT讲解等方式传授知识，课堂上缺乏创新性和互动性。“精细化工工艺学”是一门实践性很强的专业课程，在教学过程中，往往存在理论教学与实践教学相脱节的情况。一方面，课堂上的理论教学过于注重知识的传授，缺乏对实际生产案例的分析和讨论，学生难以将理论知识与实际应用相结合；另一方面，实践教学环节相对薄弱，实验设备和场地有限，学生的实践操作机会较少，无法真正掌握精细化工工艺的实际操作技能。传统教学手段不仅很难让学生掌握所学知识，还无法激发学生的学习兴趣和积极性，导致课堂教学效果不佳。而且，“精细化工工艺学”课程涉及的领域广泛，知识点较为分散。教材中各章节之间的联系不够紧密，缺乏系统性的整合，学生在学习过程中难以形成完整的知识体系，对精细化工工艺的理解不够深入［12］。所以，在教学探索及改革的过程中，根据培养对象和培养目标，在课时允许的范围里，如何提升教学效率与质量，如何丰富教学资源与方法，如何让学生通过“精细化工工艺学”这门课程提升综合能力，是本课程团队的教师在近年的教学过程中不断教学反思并予以解决的问题。

人工智能（Artificial"Intelligence，简称AI）是计算机科学的一个分支，其指计算机系统能够执行通常需要人类智能才能完成的任务，如学习、推理、解决问题、理解语言、识别图像等。AI技术能够为教育领域带来许多的机会与改革，从智能教学系统到自然语言处理，从虚拟现实技术到智能评估系统，再到数据分析和预测，AI正在引领一场全新的教育改革［34］。利用AI技术，可以丰富教学素材和教学资源，让理论教学和实践教学达到更完美的契合，如利用AI技术可以从海量的网络资源中获取与“精细化工工艺学”高度相关的最新研究成果、行业动态、案例分析等内容，让学生能够及时了解和掌握精细化工领域的最新发展。同时，AI的智能化还可以通过自然语言处理技术与学生进行交互答疑，根据学生的学习进度、知识掌握情况等因素，为学生提供个性化的学习方案和学习资源。不仅如此，AI的开放性能够拓宽教师和学生的视野，对于教学质量的提高有极高的促进作用。AI背景下的多元教学模式可以发挥网络信息平台在教育资源配置中的优化和集成作用，将网络学习与教学互动紧密结合在一起，如此可在引导学生建构“精细化工工艺学”知识体系的同时，有效推进学生对行业发展的深入认知，并使其充分结合信息理解相关的专业知识，达到相辅相成的效果。在“精细化工工艺学”的实验教学中，利用AI技术还可以模拟一些专业实验中没有涉及的化学反应过程，提供虚拟实验环境，让学生在虚拟环境中进行实验操作，完成对于实验原理的理解和数据的分析预测［56］。最重要的一点，目前，在高校的本科课程教学过程中，AI技术的应用仍处于起步阶段，其对于教学的促进作用发展空间极大。将AI技术合理地与实际教学结合，对教学模式进行改革探索，有望为其他课程的教学改革提供一定的理论指导与推动作用。

2"AI教学改革内容

2.1"教学内容优化

目前，我校应用化学专业“精细化工工艺学”课程所采用的教材为中国石化出版社的教材《精细化工工艺学》（第三版），教材由13个章节组成，主要介绍精细化工行业涉及的代表性产品及其结构、性能和生产工艺等。整体上看，课本内容与生产实际的关系密切，包含的知识点繁杂，传统的讲授方式相对枯燥和乏味，而且教材虽然进行了更新，但是与飞速发展的精细化工行业相比，其内容略显陈旧，无法及时向学生们传递领域内的前沿动态，同时缺少形象具体的影像。抛开学习的难度和强度，对于学生来讲，这些内容很难提起学习热情。在不改变教学大纲授课内容的情况下，在教学过程中利用AI技术，在海量的网络资源中，寻找适合学生的相关资源和学习内容，将其与知识点有机结合，帮助学生有效学习。

2.2"教学模式创新

翻转课堂：翻转课堂是一种以学生为中心的教学模式，将传统课堂上的讲授环节转移到课后，学生在课前通过视频、课件等资源自主学习，课堂上则进行互动和讨论。在“精细化工工艺学”课程中，教师可以利用AI技术制作高质量的教学视频和课件，并提供在线答疑和智能辅导。学生在课前自主学习，了解理论知识和基本概念，课堂上则进行小组讨论和案例分析，培养学生的团队协作能力和问题解决能力。

虚拟仿真实验：“精细化工工艺学”中涉及的精细化工产品众多，仅靠专业实验，无法使学生将每个类别的产品全部做一遍，同时，有些实验要使用有毒试剂或危化品，不适合学生实地操作。利用AI和虚拟现实（VR）技术，可以创建虚拟的化工实验室环境，让学生在学习完一些产品的工艺后，在虚拟环境进行实验操作，观察实验现象，分析实验数据，从而提高实验教学的效果和安全性。同时，虚拟实验有较多试错机会，还可以降低实验成本。

2.3"评价方式改革

利用AI技术构建智能评估系统，教师设定评价标准后系统自动化评估学生的学习效果，包括作业、测试等，通过分析学生的学习表现和成绩趋势，为教师提供教学反馈和改进建议。AI智能化评估不仅节省了教师的时间，提高教学效率，还能够更加客观地去评价学生。此外，在AI背景下，可建立更加全面的评价体系，包括学生的实践能力、团队合作能力、创新思维能力等多个方面，以更好地评估学生的综合素质和应用能力。

2.4"学习路径个性化

每个学生的学习能力是完全不同的，如果用同样的方式、同一个步调去学习，有些学生会觉得很吃力，而学习能力很强的同学又想获取更有深度的知识，这样的不同频也会导致学生效率低下，学习主动性变差。利用AI技术构建智能化教学系统，通过分析学生的学习进度和能力，AI可以为每个学生制定个性化的学习路径，并推荐适合每个人的学习资料，帮助他们更好地掌握知识和技能。

2.5"AI技术培训

师资培训是教学改革的另一个重要方面。现有的教师往往具有传统的理论知识，但对于新兴的AI技术了解相对较少。因此，我们需要对教师进行培训，提高他们在人工智能方面的知识和技能。可以通过组织教师参加相关研讨会、学术交流活动，或者邀请人工智能领域的专家进行讲座等方式来进行培训。通过系统的培训，教师将AI技术运用到教学活动中，达到人工智能与传统授课的有机结合。

在人工智能（AI）快速发展的背景下，应用化学专业的“精细化工工艺学”课程需要进行改革以适应时代的发展。通过以上5个方面改革的实施，可以提高学生的学习效率，对于行业发展进行持续追踪，同时，学生的综合素质和实践能力得以提升。

3"AI教学改革目标

3.1"提高教学质量和学习效率

整个教学过程中，提升教学质量和学生的学习效率是最关键的。针对“精细化工工艺学”课程的教学痛点，通过AI技术的应用，可以实现教学内容的智能化推荐、虚拟仿真实验教学等，从而丰富教学手段，提高学生的学习兴趣和积极性，最终达到提升教学质量和学习效率的目的。

3.2"培养学生的创新能力和实践能力

在新工科背景下，精细化工行业对于人才的需求非常迫切，简单理解书本知识已经满足不了企业和社会对于毕业生的要求。通过AI技术，教师可将丰富的行业资讯、科研热点分享给学生，学生在掌握书本知识的同时，拓宽了视野，创新思维得以培养，同时，通过AI技术提供的实验场景模拟，学生的实践能力能够得到提升。

3.3"减轻教师工作负担

利用AI技术，对学生进行综合评价能够更为客观。通过一些线上学习方式，学生在整个教学过程中的表现能够被完整记录，同时，AI可以对学生的错误和不足进行诊断分析，为学生提供个性化的学习建议和改进方案，帮助学生提高学习效果，同时减轻教师批改作业等负担。教师有更多的时间和精力去关注学生的学习效果，同时及时进行教学反思和教学设计。

4"AI教学改革需解决的问题

4.1"AI技术保障

在学校硬件设施及项目资金的支持下，确保教学过程拥有足够的计算机资源来运行AI系统。首先，在运用AI技术的过程中，需要稳定、高速的网络连接，以满足AI技术对数据传输的要求。其次，要使AI技术服务于教学，需要具备相关知识，即从学生到教师，都要进行必要的学习和培训，能够熟练运用AI系统或软件。在日常教学实践过程中，要有针对性地将AI工具落实在教学改革的每一个地方，达到改革目的。

4.2"教学内容与AI技术的有机结合

《精细化工工艺学》教材的内容往往比现实中的工业发展滞后一些，相比于科技的发展，教材的更新较慢。因此，在本次教学改革的过程中，将AI技术应用到教学内容的更新上尤为重要。利用AI可以分析大量的教材内容，找出其中的过时信息或者表述复杂的部分，将其转变为通俗易懂的解释，或利用人工智能在教学过程中筛选最新的、与授课知识相关的科研成果和技术进展，可以有效助力教学效果，拓宽学生视野，开拓学生思维。

4.3"提供教学决策

为了更客观、系统地评价学生，减轻教师工作量，为学生建立AI评价体系，利用AI为教师提供数据驱动的教学决策支持。例如，通过分析大量的教学数据，向教师推荐最佳的教学方法、教学顺序和教学资源配置，帮助教师尤其是新手教师提高教学质量。协助教师进行教学反思，通过对比不同班级、不同教师的教学数据，教师可以发现自己教学过程中的优势和不足，从而有针对性地改进教学。如何准确全面地提供教学决策，也是AI教学改革过程中需要解决的关键性问题。

结语

在AI时代背景下，“精细化工工艺学”课程的教学改革具有重要的现实意义和应用价值。通过引入AI技术和实施多元化教学模式，可以激发学生的学习兴趣和主动性，培养学生的实践能力和职业素养。同时，加强师资队伍建设和开展教学研究和教学改革，可以提高教师的教学水平和专业素养。然而，教学改革是一个长期而复杂的过程，需要不断探索和实践。未来，我们将继续深化教学改革，探索新的教学模式和方法，推动“精细化工工艺学”课程的不断发展和完善，为精细化工行业的发展提供有力的人才支撑。

参考文献：

［1］任晓蕾，张杰，陈盛明，等.新工科背景下“精细化工工艺学”课程的教学改革［J］.装备制造技术，2023（01）：213215+228.

［2］刘骏.浅析精细化工工艺学教学改革与探索［J］.科技风，2019（34）：55.

［3］刘敏.浅谈AI+教育的应用与发展［J］.技术与市场，2020，27（03）：7677.

［4］卢国庆，杨沁，贺相春.生成式人工智能赋能高等教育形成性评价的价值、挑战及路径［J］.电化教育研究，2024，45（11）：8491.

［5］韩文静，董建鑫，周辰，等.人工智能背景下医学影像技术专业线性代数课程教学改革与实践［J］.数理医药学杂志，2024，37（10）：799805.

［6］袁霁雯.“5G+AI”视域下皮革制品专业英语智慧学习空间构建研究［J］.中国皮革，2021，50（11）：113116.

基金项目：人工智能（AI）背景下应用化学专业课程教学改革研究——以《精细化工工艺学》为例；广东石油化工学院广东联合宝莹生物科技有限公司科产教融合实践教学基地（710135182012）；广东省质量工程项目“广东石油化工学院——广东奥克化学有限公司科产教融合实践教学基地”

作者简介：王雅婷（1990—"），女，汉族，甘肃漳县人，博士，讲师，研究方向：纳米纤维复合材料。

*通信作者：余成华（1989—"），男，汉族，福建永安人，博士，副教授，研究方向：生物质功能材料。