摘要：對(duì)高職《甲醇生產(chǎn)技術(shù)》課程中“魯奇低壓法甲醇合成工藝”教學(xué)單元采用信息化教學(xué)手段和教學(xué)方法進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，很好地化解了教學(xué)的難點(diǎn)，提高了教學(xué)效果，為《甲醇生產(chǎn)技術(shù)》課程的信息化改革提供了一定的參考經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：高職；甲醇生產(chǎn)技術(shù)；信息化教學(xué)設(shè)計(jì)
基金項(xiàng)目：陜西省教育廳重點(diǎn)課題“煤化工生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式的改革與實(shí)踐”（13Z06）；陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院教研課題（2014）
甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，也是能源的一種替代品，經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)化，可生成多種化工原料，如甲醛、醋酸、二甲醚等。魯奇低壓法是工業(yè)上合成甲醇常用的一種方法，對(duì)煤化工生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)及相近專業(yè)的學(xué)生來說，掌握其工藝流程、工藝條件、合成設(shè)備及合成崗位操作尤為重要。
一、教學(xué)分析
1.課程定位。本設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容選自煤化工生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)核心課程《甲醇生產(chǎn)技術(shù)》，此課程為理實(shí)一體化課程，工學(xué)結(jié)合特色鮮明，貫穿于整個(gè)理論教學(xué)、實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)和職業(yè)資格培訓(xùn)與鑒定的過程中，直接實(shí)現(xiàn)與工作崗位的零距離對(duì)接。此課程之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了化工原理、化工制圖、化工設(shè)備和化工儀表等專業(yè)基礎(chǔ)課程，為該課程的學(xué)習(xí)奠定了理論基礎(chǔ)。
2.教材分析。課程選用化學(xué)工業(yè)出版社高職高專“十一五”規(guī)劃教材《甲醇生產(chǎn)技術(shù)》，該教材按甲醇傳統(tǒng)生產(chǎn)工序安排教學(xué)內(nèi)容，介紹了甲醇原料氣制取、脫硫、變換、脫碳、甲醇合成及粗甲醇精制等內(nèi)容。本單元教學(xué)選取教材中的第六章—甲醇合成中的魯奇低壓法甲醇合成工藝。教學(xué)中，為了使各種工藝方法能夠自成一個(gè)模塊，我們對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，本單元的教學(xué)內(nèi)容包括魯奇低壓法甲醇合成工藝流程及工藝條件、合成主要設(shè)備、合成崗位操作三部分內(nèi)容。共4學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)2學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)2學(xué)時(shí)。
3.學(xué)情分析。本課程教學(xué)對(duì)象為煤化工生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)二年級(jí)學(xué)生，學(xué)生理論基礎(chǔ)較差，缺乏學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，尤其厭煩枯燥的理論知識(shí)，對(duì)自己的學(xué)習(xí)能力缺乏自信，空間思維能力較差，喜歡玩游戲，喜歡形象直觀的事物。學(xué)生具備一定的計(jì)算機(jī)操作能力，能夠熟練地運(yùn)用搜索引擎、網(wǎng)絡(luò)及教師提供的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)等多媒體手段獲取一定信息，為本課程信息化教學(xué)的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。
4.教學(xué)目標(biāo)及重點(diǎn)難點(diǎn)。根據(jù)本課程的課程標(biāo)準(zhǔn)和崗位能力要求，本單元教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)：
知識(shí)目標(biāo)：掌握魯奇低壓法甲醇合成工藝流程、工藝條件、主要設(shè)備結(jié)構(gòu)與作用。
能力目標(biāo)：能夠正確進(jìn)行魯奇低壓法甲醇合成崗位工藝操作，包括開車、緊急停車、正常停車及常見事故處理。
素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)、自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)及分析問題解決問題的能力。
重難點(diǎn)：
重點(diǎn)：魯奇低壓法甲醇合成工藝流程、主要設(shè)備的作用。
難點(diǎn)：魯奇低壓法甲醇合成工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、合成崗位操作。
二、設(shè)計(jì)思路
以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，在整個(gè)教學(xué)過程中以學(xué)生為主體，教師為指導(dǎo)，通過設(shè)計(jì)一個(gè)生產(chǎn)中的具體問題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)，()采用多種信息化手段，充分激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，提高學(xué)生主動(dòng)參與的積極性和自學(xué)能力。以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”和“問題解決”作為學(xué)習(xí)和研究活動(dòng)的主線，將課堂理論教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、動(dòng)手實(shí)踐的能力，最終完成本設(shè)計(jì)的教學(xué)任務(wù)和學(xué)生素質(zhì)能力的培養(yǎng)。
三、教學(xué)過程
將教學(xué)過程設(shè)計(jì)為4個(gè)部分。
1.課前預(yù)習(xí)。教師通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)下發(fā)課程導(dǎo)學(xué)和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表，學(xué)生通過因特網(wǎng)檢索及教師提供的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，搜集與魯奇低壓合成法相關(guān)的信息和資料，并填寫任務(wù)完成單，對(duì)自學(xué)情況做自我評(píng)價(jià)，列出認(rèn)為較難理解的內(nèi)容和學(xué)習(xí)中存在的問題，教師總結(jié)分析學(xué)生自學(xué)情況，適當(dāng)調(diào)整課程內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配，從而提高課堂教學(xué)的針對(duì)性和教學(xué)效果。
2.引入新課。首先，通過播放煤制甲醇生產(chǎn)概述的Flash動(dòng)畫使學(xué)生了解從原料到產(chǎn)品甲醇的整個(gè)生產(chǎn)過程，了解本單元內(nèi)容在整個(gè)生產(chǎn)過程中的作用。教師簡單敘述甲醇生產(chǎn)的五個(gè)工段，使學(xué)生在復(fù)習(xí)之前所學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，也明確甲醇合成工段在整個(gè)甲醇合成生產(chǎn)過程中的地位及與前后工段的銜接關(guān)系。
其次，通過某化工廠的實(shí)際案例，提出問題，引發(fā)學(xué)生思考并討論，進(jìn)而引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)。
“某化工廠采用魯奇低壓法合成甲醇，甲醇合成塔滿負(fù)荷正常生產(chǎn)中，合成塔催化劑床層溫度上升，操作人員進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)不精心，違章作業(yè)，造成溫度反復(fù)波動(dòng)，催化劑溫度從325℃上升到680℃~720℃，將剛投產(chǎn)的4.2t催化劑全部燒毀，造成全廠停產(chǎn)11天，損失98萬元”。
合成塔催化劑床層溫度為什么會(huì)上升？正常的`操作溫度應(yīng)該是多少？假設(shè)你是車間的技術(shù)人員，應(yīng)該怎么及時(shí)判斷并處理這個(gè)事故，避免不必要的損失？
要解決這個(gè)問題，就必須了解魯奇低壓法甲醇合成工藝流程及工藝條件、合成設(shè)備及合成崗位操作，也就是本單元教學(xué)的三個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。
3.任務(wù)分解。
任務(wù)一：魯奇低壓法甲醇合成工藝流程及工藝條件
化工工藝流程一般較為復(fù)雜，涉及到的設(shè)備較多，物料路線復(fù)雜，其講解是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的難點(diǎn)之一。因而我們使用Flash動(dòng)畫來展示整個(gè)工藝流程，讓原本靜態(tài)呈現(xiàn)的設(shè)備、管路動(dòng)起來，以解決這個(gè)教學(xué)難題。通過鼠標(biāo)操作，學(xué)生能夠看到合成原料在備和管路間的走向和變化，并了解各設(shè)備內(nèi)反應(yīng)的工藝條件。
設(shè)計(jì)了設(shè)備之間連線的游戲和互動(dòng)問答，設(shè)備連線游戲要求學(xué)生按照一定的工藝流程順序在設(shè)備之間進(jìn)行連線選擇，連線錯(cuò)誤就會(huì)出現(xiàn)提示，正確則出現(xiàn)物料流動(dòng)現(xiàn)象，互動(dòng)問答是主要考查學(xué)生對(duì)不同管線中物料組成的掌握，學(xué)生選擇錯(cuò)誤，系統(tǒng)提示錯(cuò)誤并顯示正確答案，通過這樣的互動(dòng)小游戲，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深其對(duì)工藝流程學(xué)習(xí)的記憶。
任務(wù)二：合成工藝設(shè)備
魯奇低壓法甲醇合成工藝設(shè)備主要包括魯奇管殼型甲醇合成塔、冷凝器、甲醇分離器等，其主要工作原理和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，是本節(jié)課的難點(diǎn)之一。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，僅僅通過一張平面結(jié)構(gòu)圖來講解，枯燥乏味，教學(xué)效果差。在工藝流程Flash動(dòng)畫中，學(xué)生可以通過鼠標(biāo)移動(dòng)看到各設(shè)備的作用。此外，利用三維模型將合成塔、甲醇分離器和冷凝器的主要部件、工作過程和工作原理形象、直觀地展示出來。例如在合成塔中，將原料氣的進(jìn)塔、塔內(nèi)的反應(yīng)和產(chǎn)品的出塔以動(dòng)畫形式展現(xiàn)出來，幫助學(xué)生了解設(shè)備內(nèi)部工作過程和工作原理，很好地化解了設(shè)備講解的難點(diǎn)。
任務(wù)三：合成崗位虛擬仿真操作
合成崗位的操作能力是本教學(xué)單元的能力目標(biāo)，主要包括甲醇合成的冷態(tài)開車、正常停車、緊急停車和事故處理等崗位操作步驟，是學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握了合成的基本理論后的實(shí)踐過程。但是，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)高度的自動(dòng)化、連續(xù)化和集成化，加上化工企業(yè)易燃、易爆、危險(xiǎn)性大的特點(diǎn)，學(xué)生下廠實(shí)習(xí)，難以深入實(shí)際，更無法親身體驗(yàn)工業(yè)裝置的開、停車與事故處理，學(xué)生的動(dòng)手能力得不到實(shí)質(zhì)性的訓(xùn)練。因此，這部分教學(xué)可以利用虛擬仿真軟件來解決這個(gè)難點(diǎn)。該軟件完全模擬甲醇合成工段的實(shí)際生產(chǎn)過程，在計(jì)算機(jī)上建立虛擬的操作環(huán)境，其控制原理、手段、界面和操作場景都和現(xiàn)代化工生產(chǎn)實(shí)時(shí)控制極為相似。
首先播放軟件操作演示視頻，指導(dǎo)學(xué)生掌握軟件操作過程和方法。
學(xué)生登陸軟件后可根據(jù)系統(tǒng)提示反復(fù)進(jìn)行開車、停車及事故處理操作，每操作一步，計(jì)算機(jī)都能通過后臺(tái)模型的運(yùn)算將操作后的現(xiàn)象以及工藝參數(shù)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)化的顯示，并對(duì)每一步操作進(jìn)行打分，最后統(tǒng)計(jì)出總分。教師可以設(shè)置操作故障點(diǎn)，考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)和排除故障的能力，從而全面考查學(xué)生對(duì)甲醇合成工藝流程、工藝條件、設(shè)備操作的掌握。
通過仿真手段，使學(xué)生能真實(shí)感受實(shí)際操作過程，解決課堂教學(xué)理論與實(shí)踐脫節(jié)這一難題。本任務(wù)以學(xué)生操作練習(xí)為主，教師講解為輔，真正實(shí)現(xiàn)做中教，做中學(xué)。
4.討論總結(jié)。
（1）分析案例。在學(xué)習(xí)了理論知識(shí)和仿真操作之后，學(xué)生分組對(duì)之前的案例進(jìn)行討論，分析故障發(fā)生的原因并提出解決方法，小組之間進(jìn)行互評(píng)，最后教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。
（2）歸納總結(jié)。教師將魯奇低壓法甲醇合成生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的故障列出，讓學(xué)生寫出故障原因和處理措施，學(xué)生代表將總結(jié)結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)，教師點(diǎn)評(píng)，考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)的能力。
四、教學(xué)評(píng)價(jià)
教學(xué)評(píng)價(jià)采取教師評(píng)價(jià)和學(xué)生自評(píng)相結(jié)合、過程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法。不僅要考查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)生的態(tài)度、興趣、參與程度也要進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要包括三個(gè)部分。
1.學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表。課后按預(yù)定的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表開展自我評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果反思學(xué)習(xí)過程，改進(jìn)學(xué)習(xí)策略或調(diào)整學(xué)習(xí)活動(dòng)。
2.仿真軟件操作測(cè)試。仿真軟件測(cè)試在課堂上完成，教師可以通過軟件后臺(tái)設(shè)置測(cè)試題目，包括仿真工藝操作和問答題兩部分，考查學(xué)生對(duì)甲醇合成的原理、工藝流程、主要設(shè)備及崗位操作的掌握程度。
3.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)在線測(cè)試。學(xué)生課后可登陸甲醇生產(chǎn)技術(shù)課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的題庫，進(jìn)行自我測(cè)試，滿足學(xué)生課后的自主學(xué)習(xí)。
五、結(jié)論
本單元教學(xué)利用了Flash動(dòng)畫、仿真、圖片、因特網(wǎng)等信息化教學(xué)手段，很好地化解了化工工藝流程、設(shè)備及崗位操作講解的難點(diǎn)，取得了較好的效果。通過企業(yè)真實(shí)案例提出問題，創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)中的主體性，提高了學(xué)生獨(dú)立思考、分析、觀察和歸納問題的能力，在教師的引導(dǎo)下，很好地完成了本單元的學(xué)習(xí)任務(wù)。
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