陶亞輝，馮玉如

(太原科技大學(xué)晉城校區(qū)，山西 晉城 048000)

《化工原理》課程是化工類及相近專業(yè)的一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課，它是綜合運用數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等專業(yè)知識，分析和解決化工類型生產(chǎn)中各單元操作問題的工程學(xué)科[1]。該課程擔(dān)負著由理論到工程、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用，對化工類及相近專業(yè)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)、工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。同時，課程開設(shè)的目的是使學(xué)生獲得常見化工單元操作過程及設(shè)備的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本計算能力，并受到必要的基本操作技能訓(xùn)練。為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程和將來從事工程技術(shù)工作，實施常規(guī)工藝、常規(guī)管理和常規(guī)業(yè)務(wù)打好基礎(chǔ)。

為提高《化工原理》教學(xué)質(zhì)量，完成培養(yǎng)目標(biāo)，本文希望發(fā)揮現(xiàn)代科技優(yōu)勢，將AR技術(shù)應(yīng)用于專業(yè)基礎(chǔ)課程中，改善傳統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀。

1 AR技術(shù)簡介

增強現(xiàn)實(AR)，也被稱之為混合現(xiàn)實，是一種實時地計算攝影機影像位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)[2]。這種技術(shù)的目標(biāo)是通過屏幕把虛擬世界套入現(xiàn)實世界并進行互動。換言之，就是將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，真實環(huán)境和虛擬物體同時存在。增強現(xiàn)實提供了在一般情況下，不同于人類可以感知的信息。它不僅展示了真實世界的信息，而且將虛擬信息同時體現(xiàn)，兩種信息相互補充、疊加[3]。

研究表明[4]AR技術(shù)可以改善教學(xué)，主要體現(xiàn)在能夠改變學(xué)習(xí)者獲取知識的表征方式以及交互方式等方面。現(xiàn)有的教學(xué)模式大多是教與學(xué)產(chǎn)生的聽覺上的交流互動，而引用AR技術(shù)于教學(xué)，將會給人一種視覺感官上的交互體驗。尤其是在專業(yè)課堂的學(xué)習(xí)中，利用AR技術(shù)的優(yōu)勢，有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)核心理論時更加快速有效[5]。使每個學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)諸如單元操作、設(shè)備結(jié)構(gòu)、立體三維模型等難以理解的知識，有效提升教學(xué)效率。

2 《化工原理》課程教學(xué)現(xiàn)狀

為滿足新世紀(jì)能源化工技術(shù)密集、資本密集、人才密集三位一體的發(fā)展需求[6]，現(xiàn)代化工專業(yè)亟需培養(yǎng)一批技能型、應(yīng)用型、適應(yīng)性強的化工人才。作為山西省高等教育綜合改革試點之一，新校區(qū)非常重視化工類專業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。但校區(qū)剛剛成立建設(shè)，資深專業(yè)人才儲備不足，培養(yǎng)方案及大綱制定多數(shù)需依靠老校區(qū)協(xié)助，因此難免受原有培養(yǎng)模式不同程度的影響。

2.1 授課學(xué)時分配不合理

受上世紀(jì)末國家培養(yǎng)跨世紀(jì)“A”型人才辦學(xué)理念的引導(dǎo)[7]，各專業(yè)課程在課堂上的教學(xué)課時量逐步減少，同時在培養(yǎng)方案中逐步增設(shè)實驗、實踐環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生處理工程問題的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度、良好的實驗素養(yǎng)及獨立解決問題、數(shù)據(jù)處理和實驗設(shè)計能力，不斷提升學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力。但《化工原理》課程注重系統(tǒng)性和邏輯性，課堂教學(xué)內(nèi)容適宜刪減的并不多，課時量的壓縮事實上直接導(dǎo)致了每堂課內(nèi)容的增加，無形中加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力。緊促的教學(xué)模式，不僅讓學(xué)生和教師都疲于應(yīng)對，更使學(xué)生不能全面系統(tǒng)的理解教材中的各類知識，只是粗淺表面的聽、記。學(xué)生要想學(xué)好這門專業(yè)基礎(chǔ)課程，就必須在課后耗費更多的時間去研究課本，鞏固課堂內(nèi)容，甚至還要通過其他方式來消化專業(yè)性較強的版塊，學(xué)習(xí)效率低下，學(xué)生茫然無措。

2.2 課程教材亟待結(jié)合實際

現(xiàn)行的《化工原理》用書是“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材，該書考慮到了學(xué)科的最新進展和課程教學(xué)的資源化需求，自問世以來，受到業(yè)界和讀者的熱情支持和認可，總體反映良好[8]。但其關(guān)于操作、結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的展現(xiàn)方式已不能滿足二十一世紀(jì)現(xiàn)代化教育的需求。例如換熱器、吸收塔等各類典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)講解雖配有示意圖，但卻不夠直觀清晰，學(xué)生知識空洞，在接觸不到實物的情況下，很難短時間內(nèi)想象構(gòu)造出一空間立體結(jié)構(gòu)；離心泵的氣蝕現(xiàn)象與氣縛現(xiàn)象又是如何產(chǎn)生，如何正確區(qū)分兩者，書本中雖羅列了其含義、概念，但是卻有大多數(shù)人是沒有真正了解其本質(zhì)，無法做到理論與實物相結(jié)合。

3 《化工原理》課程與AR技術(shù)的結(jié)合

AR作為新型的人機接口和仿真工具，顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿?。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來以及智能手機的普及，為這一技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。將手機作為一種新的媒介應(yīng)用于教學(xué)中，未嘗不是一種新的的嘗試與改革。

《化工原理》作為一門核心的工程學(xué)科，它要解決的不單是過程的基本規(guī)律，而且面臨著真實、復(fù)雜的生產(chǎn)問題。實際問題的復(fù)雜性不完全在于過程本身，還在于化工設(shè)備復(fù)雜的幾何形狀和千變?nèi)f化的物性。學(xué)生在課堂上通過教師板書或PPT所述接收書本上的理論知識時，并不能立刻將其吸收消化，很多時候都是處于一知半解的狀態(tài)，這不僅需要教師多次講解來深刻理解，還要求學(xué)生課后花費更多的時間去鉆研這些理論。

若以AR技術(shù)作為載體支持，通過智能設(shè)備，可以在講解的過程中或課后復(fù)習(xí)出現(xiàn)困惑時，掃描設(shè)備照片便可立即獲取到該部分單元操作、結(jié)構(gòu)的虛擬3D立體圖，同時匹配文字詳解和視頻剖析，以此方式，使得書本內(nèi)容迅速可視化，從而實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。例如，在講解《化工原理》中精餾塔的結(jié)構(gòu)時，課本關(guān)于塔身以剖面圖呈現(xiàn)，很多學(xué)生不能立刻空間想象出塔體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、進料板的位置、各理論板的排布方式等情況，對老師的講解存在很多疑慮。又如，在學(xué)習(xí)完氣體吸收和蒸餾這兩章節(jié)之后，如何區(qū)分填料塔和板式塔，幾種散裝填料如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、共軛環(huán)、海爾環(huán)、納特環(huán)是怎樣的結(jié)構(gòu)特點，弧鞍、矩鞍、環(huán)矩鞍之間的聯(lián)系與區(qū)別，塔板的結(jié)構(gòu)、塔板的溢流類型、塔板上氣液兩相接觸的狀態(tài)等知識，以及塔板上漏液、液泛、霧沫夾帶等異常操作現(xiàn)象的出現(xiàn)，是否又能立馬辨識與掌握？如果將AR技術(shù)應(yīng)用其中，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中即可迅速通過移動客戶端，帶入虛擬場景，親臨現(xiàn)場學(xué)習(xí)，這樣的學(xué)習(xí)方式不僅有助于學(xué)生深入理解，同時也能顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

4 結(jié)語

AR是充分發(fā)揮創(chuàng)造力的科學(xué)技術(shù)，為人類智能擴展提供了強有力的手段，對生產(chǎn)方式和社會生活產(chǎn)生了深遠影響。將AR技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域，與專業(yè)課程相結(jié)合，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)的不足，必將形成一種全新的教學(xué)模式，為教育教學(xué)改革提供新思路、新嘗試，真正將課堂教學(xué)用靈用活，使學(xué)生做到基礎(chǔ)扎實、素質(zhì)過硬，為高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才之目標(biāo)添磚加瓦。