一种基于化工原理实验课程的教学系统的制作方法

1.本发明涉及互联网领域，特别是涉及一种基于化工原理实验课程的教学系统。


背景技术：

2.化学工业是国民经济的重要的支柱产业之一，也是国家的能源战略性支柱产业；化工原理是化工与制药类专业的专业核心课程，是化学工程与工艺、环境工程、制药工程、轻化工程、高分子、应用化学、食品等专业必修的基础技术课程、涉及到农业、医药、食品、能源等各个领域。“化工原理实验”是化工原理课程的重要组成部分，是理论与实践结合的重要途径，也是培养学生动于能力和创新能力的重要环节，是从事化工类相关研究的必修课程。它属于工程实验范畴，也是工程实践教学的开始。本课程主要介绍化工生产过程中所共有的典型的单元操作实验过程，也涉及到其它相关产业，它在化学工业生产中占有非常重要的地位和意义。
3.化工原理实验作为化学工程与工艺专业的专业基础课，独立开设实验课程。化工原理实验的目的在于巩固和深化化工原理课程的理论知识、掌握化工原理的专业实验技术与实验研究方法。该课程内容包括与化工原理课程密切相关的各个单元操作的实验部分。通过本课程的学习，使学生掌握化工原理实验的基本技术和操作技能、掌握化工原理实验研究的基本方法，深化对传递过程的理解，培养学生从事实验研究的能力、训练学生分析和解决问题的能力、使学生养成理论联系实际和严肃认真的学习态度，提高学生的独立思考能力和创新能力。通过化工原理实验教学可以提高学生在实验方案设计、设备操作、处理工程实际问题、分工协作及报告撰写方而的能力。
4.实践教学一直是化学化工类课程教学的重要环节，引起了全国各类高校的高度重视。目前全国化工原理实验的教学方法课程考核方式一般是线下实验为主，通过平时成绩20％ 实验报告80％的模式进行，部分高校也实行平时成绩20％ 实验报告40％ 理论考试40％，有的引入虚拟仿真进入实验，平时成绩20％ 实验报告40％ 仿真操作20％ 理论考试20％的模式。塔里木大学主要是平时成绩20％ 实验报告80％的模式进行，少量通过平时成绩20％ 实验报告40％ 理论考试40％模式进行。
5.传统模式下，教育资源集聚在校园这个相对封闭的物理空间里，局限于课堂、图书馆、实验室等场所，满足固定人群的需求；并且学生对教师授课的依赖性明显。学生的实际操作过程难以考核，不能区分分组每个学生的实验操作的差别。学生的基础不一样，不能实现分类教学，考核分数的差异无法实现。实践课程一般是实际动手能力的考核，有些还是实行一考定终身的模式，现在实验报告 理论考试的形式也难于体现课程教学与考核目标。大量学生存在应付的态度，就是走流程，学生都认为反正都能过，学习积极性不高。实验的现代化程度不高，没有反应新时代科技成果在现代化教学中应用。考核标准不具体化和精准化，教学内容不能反映到考核体系里。设计型创新型实验少，不符合现代化创新人才的培养目标。虚拟仿真实验只是作为预习，现代化的教学成果没有在教学中发挥它原有的作用。学生无法随时掌握实验成绩进展，及时调整实验进程和学习方法与态度。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于化工原理实验课程的教学系统，提高化工原理实验课程教学的质量和提高学生的学习兴趣。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种基于化工原理实验课程的教学系统，包括：
9.一种基于化工原理实验课程的教学系统，包括：
10.理论课模块，用于存储化工原理基本知识和化工原理实验研究方法题库，实现集中和开放式两种方式兼容互补学习方式；采用umy-ui的虚拟树形表格组件，支持无限级目录结构的创建，以及采用章节智能排序的算法给用户提供学习和练习；并当用户学习完成后，进入考试环节，基于 springboot轻量开发框架，通过智能评分系统自动记录学生的学习数据；还用于判断所述用户是否考试合格，若考试不合格，则继续学习；若考试合格，则进入课程模块；
11.课程模块，用于给用户提供化工课程基本知识教学与学习，并可与网络互通，实现开放式学习；当教学完成后，进行课程考试，基于 springboot轻量开发框架，通过智能评分系统自动记录学生的学习数据；还用于判断所述课程考试是否合格；若用户的课程考试不合格，则继续学习；若用户的课程考试合格，则进入虚拟仿真模块；
12.虚拟仿真模块，用于给用户提供虚拟仿真实验原理教学与学习，当教学完成后，进行虚拟仿真实验操作，并采用大数据分析算法，自动记录学生学习轨迹，教师查看课程内学员实验操作步骤和时间；还用于判断所述虚拟仿真实验操作是否合格；若虚拟仿真实验操作不合格，则继续进行虚拟仿真实验操作；若虚拟仿真实验操作合格，则进入实验操作模块；
13.实验操作模块，用于根据实验原理和方法进行实验室操作辅助教学，教师在上课期间将出勤和实验操作表现，现场在系统进行评分，实验操作报告在线撰写，并判断整个实验操作是否合格；若实验操作不合格，则继续进行实验操作；若实验操作合格，则进入综合设计模块；
14.综合设计模块，用于用户进行单元设备仿真设计实验，从单元实验室仪器操作到化工厂单元操作，再到单元设备安全事故演练，最后到单元设备仿真设计，实现一体化的综合教学和练习，并判断所述综合仿真设计实验是否合格；若综合仿真设计实验不合格，则继续完成实验室仪器、化工厂设备、安全事故演练和单元操作设备设计；若综合仿真设计实验合格，则通过该模块课程，暨通过化工原理实验课程；
15.通过理论课模块、课程模块、虚拟仿真模块、实验操作模块以及综合设计模块构建了网络云教室，在整个课程学习期间，通过websocket技术，课程内的学员和教师之间实时聊天；支持学生对课程查阅综合评分，并进行评论讨论，反馈课程学习情况，实现深层互动；所有学习记录和成绩都存于云端，实现云教学；实现实验报告和课程成绩一键打印；实现对实验课程全面过程考核，精准考核。
16.可选地，所述理论课模块中题库是开放管理的，系统支持教师后台添加或修改题库内容，自由组题，进行考核，实现智能化管理；自动记录学生的学习轨迹，成绩随时查看，帮助学生调整学习状态。
17.可选地，所述课程模块中支持化工原理实验课程教学内容更新；并自动记录学生
的学习成绩。
18.可选地，所述虚拟仿真模块中支持化工原理实验软件教学内容更新，并可以根据授课班级的教学目标不同，自由组合仿真实验项目；并且自动记录学生的操作仿真学习成绩，已经操作步骤记录，实现全面过程考核。
19.可选地，所述实验操作模块中支持在线进行考评记录，对个人同学进行考核；实验报告在线撰写和打印；教师后台批改实验报告，给予评语和分数；实验报告在线显示，便于降低抄袭现象发生概率，同时在线显示成绩，反馈学生。
20.可选地，所述综合设计模块中实行分类授课：分为初级、中级和高级三个级别进行授课，学生根据自己的能力水平，进行自由选择学习；将会图设计和工程软件设计计算引入教学；工程模拟和设计模拟与实际生产一致；成绩在线并反馈。
21.可选地，还包括：
22.总成绩确定模块，用于根据每个考试结果以及相应模块的权重确定总成绩，实现成绩报告单、实验报告和单个实验报告整体打印和选择打印功能。
23.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
24.本发明所提供的一种基于化工原理实验课程的教学系统，通过理论课模块、课程模块、虚拟仿真模块、实验操作模块以及综合设计模块五个模块的联合作用，使用户只有通过每个模块的考试之后，才能进入下一个模块，保证了基础知识、理论知识以及实际操作的牢固掌握。通过线上和线下教学共同实施，保证了学习质量，并且用户能够实时与线上同学和老师进行交流沟通，提高了教学质量和学生的学习兴趣。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明所提供的一种基于化工原理实验课程的教学系统结构示意图；
27.图2为本发明所提供的一种基于化工原理实验课程的教学系统的原理示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种基于化工原理实验课程的教学系统，提高化工原理实验课程教学的质量和提高学生的学习兴趣。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.图1为本发明所提供的一种基于化工原理实验课程的教学系统结构示意图，图2为本发明所提供的一种基于化工原理实验课程的教学系统的原理示意图，如图1和图2所示，
本发明所提供的一种基于化工原理实验课程的教学系统，包括：
32.理论课模块101，用于存储化工原理基本知识和化工原理实验研究方法题库，实现集中和开放式两种方式兼容互补学习方式；采用umy-ui的虚拟树形表格组件，支持无限级目录结构的创建，以及采用章节智能排序的算法给用户提供学习和练习；并当用户学习完成后，进入考试环节，基于springboot轻量开发框架，通过智能评分系统自动记录学生的学习数据；还用于判断所述用户是否考试合格，若考试不合格，则继续学习；若考试合格，则进入课程模块；
33.理论课模块101属于线上与线下学习相结合，系统设置化工原理基本知识和化工原理实验研究方法题库，全部网上进行，学生可以进行自由练习和学习，不受时间和空间限制。学习和练习完后进入考试环节，考试完后进入化工原理实验室安全仿真操作，处理化工原理实验出现的安全事故，提高同学们的安全事故处理能力。
34.课程模块102，用于给用户提供化工课程基本知识教学与学习，并可与网络互通，实现开放式学习；当教学完成后，进行课程考试，基于 springboot轻量开发框架，通过智能评分系统自动记录学生的学习数据；还用于判断所述课程考试是否合格；若用户的课程考试不合格，则继续学习；若用户的课程考试合格，则进入虚拟仿真模块；
35.课程模块102属于线上学习模块，将课程引入教学，强化工程理念和工作伦理教育，实现了课程核心价值观引领。本模块设置中华民族优秀化工历史成就和现在中国化工成果在人类发展史上的贡献，以及世界上优秀的诺贝尔化学奖得主和中国优秀的化工专家的典型人物(比如中国化工专家侯德榜等)的成长发展历程和对化工产业的成就，培育职业观和成就观。
36.虚拟仿真模块103，用于给用户提供虚拟仿真实验原理教学与学习，当教学完成后，进行虚拟仿真实验操作，并采用大数据分析算法，自动记录学生学习轨迹，教师查看课程内学员实验操作步骤和时间；还用于判断所述虚拟仿真实验操作是否合格；若虚拟仿真实验操作不合格，则继续进行虚拟仿真实验操作；若虚拟仿真实验操作合格，则进入实验操作模块；
37.虚拟仿真模块103属于线上实验模块，选用典型的化工原理实验，进行3d虚拟仿真操作，练习实际仪器的操作和使用，熟悉化工单元设备的操作原理和操作方法，以及实验数据处理方法和程序。
38.实验操作模块104，用于根据实验原理和方法进行实验室操作辅助教学，教师在上课期间将出勤和实验操作表现，现场在系统进行评分，实验操作报告在线撰写，并判断整个实验操作是否合格；若实验操作不合格，则继续进行实验操作；若实验操作合格，则进入综合设计模块；
39.实验操作模块104属于线下实验模块，在虚拟仿真操作的基础上，选用典型的化工原理实验，进行实验室操作，学习实际仪器的操作和使用，熟悉实际化工厂单元设备的操作原理和操作方法，以及实验数据处理方法和步骤。分为出勤与表现、实验操作和实验报告单独给分，并且分组后的个人赋分制，打破了传统按组赋分的缺陷。老师可以从线上审阅每个学生的实验报告，根据每分实验报告进行评分。
40.综合设计模块105，用于用户进行单元设备仿真设计实验，从单元实验室仪器操作到化工厂单元操作，再到单元设备安全事故演练，最后到单元设备仿真设计，实现一体化的
综合教学和练习，并判断所述综合仿真设计实验是否合格；若综合仿真设计实验不合格，则继续完成实验室仪器、化工厂设备、安全事故演练和单元操作设备设计；若综合仿真设计实验合格，则通过该模块课程，暨通过化工原理实验课程。
41.综合设计模块105属于线下上混合实验模块，实行分类授课，选用传热实验为例进行。设计模块中工艺参数设计是指温度、压力和流量等工艺指标，单元设备结构是指换热器尺寸大小的设计，比如直径和管束数等。初级实验：实验室安全虚拟仿真操作；传热综合实验3d虚拟仿真操作；换热器单元(换热器工厂)3d虚拟仿真操作；换热器单元(换热器工厂)3d安全演练操作；管壳式热交换器设计与仿真操作。中级实验：实验室安全虚拟仿真操作；传热综合实验3d虚拟仿真操作；换热器单元 (换热器工厂)3d虚拟仿真操作；换热器单元(换热器工厂)3d安全演练操作；管壳式热交换器设计与仿真操作；换热器aspenplus的模拟与计算；换热器auto cad设备装配图。高级实验：实验室安全虚拟仿真操作；传热综合实验3d虚拟仿真操作；换热器单元(换热器工厂)3d虚拟仿真操作；换热器单元(换热器工厂)3d安全演练操作；常减压装置 3d虚拟仿真；管壳式热交换器设计与仿真操作；换热器aspenplus的模拟与计算；换热器auto cad设备装配图。
42.通过互联网 技术实现了课程实验和成绩同步显示，各模块的考试和练习题都是在网络设置题和答案，直接给出判分，线下实验线上管理的目标。根据普通高等学校本科专业类教学质量国家标准中的化工与制药类教学质量国家标准的要求制定教学大纲，给予权重，按比例赋分，达到了过程全面考核的目的，不通过的通过可以再学，直至通过课程，真正达到了因材施教的目的。
43.采用线上和线下互动式的教学方法。学生在学习过程中，按照从易到难，从认知到体验的过程，从仿真操作型开始，首先进入第一个模块。在完成第一层次的学习并满足一定的要求后，才可以开始下一层次学习。各层次之间采用了“闯关式 线上和线下”的方法。在每一个模块中，由于学习目的和学习内容有所区别，所以实验方法和实验步骤也不尽相同。在每一个模块中，都强调了学生的自主学习意识，由学生自主进行学习和实验操作。可以归纳为三种实验方法，分别为“介绍认知，自主学习”、“指导运行，自主操作”和“任务驱动，自主设计”。
44.所述理论课模块101中题库是开放管理的，系统支持教师后台添加或修改题库内容，自由组题，进行考核，实现智能化管理；自动记录学生的学习轨迹，成绩随时查看，帮助学生调整学习状态。
45.所述课程模块102中支持化工原理实验课程教学内容更新；并自动记录学生的学习成绩。
46.所述虚拟仿真模块103中支持化工原理实验软件教学内容更新，并可以根据授课班级的教学目标不同，自由组合仿真实验项目；并且自动记录学生的操作仿真学习成绩，已经操作步骤记录，实现全面过程考核。
47.所述实验操作模块104中支持在线进行考评记录，对个人同学进行考核；实验报告在线撰写和打印；教师后台批改实验报告，给予评语和分数；实验报告在线显示，便于降低抄袭现象发生概率，同时在线显示成绩，反馈学生。
48.所述综合设计模块105实行分类授课：分为初级、中级和高级三个级别进行授课，学生根据自己的能力水平，进行自由选择学习；将会图设计和工程软件设计计算引入教学；
工程模拟和设计模拟与实际生产一致；成绩在线并反馈。
49.本发明所提供的一种基于化工原理实验课程的教学系统，还包括：
50.总成绩确定模块，用于用于根据每个考试结果以及相应模块的权重确定总成绩，实现成绩报告单、实验报告和单个实验报告整体打印和选择打印功能。
51.本发明中本课程以“方法与技术”设置实验项目，形成以“基础—应用—设计”为主线、以“方法”为中心的化工原理实验教学体系，达成实验教学“目标—过程—评价”的一致性。
52.构建网络云教室可跨校区、跨校园、跨国远程互动；手机互动和多视窗互动教室便于学生即时参与课堂、多屏呈现讨论过程，虚拟仿真教室可让学生体验vr“黑科技”，走廊、宿舍等公共空间将教与学的思维碰撞延伸至课外。
53.构建了在线答疑平台，支持实时交流，课程内的学员和教师之间可以实时聊天，聊天内容支持文字、图片、文件等，讨论交流课程学习过程中遇到的问题，通过实时互动交流的方式不仅可以帮助学生快速解决问题，还可以激发学生的学习兴趣。
54.构建了网络机器人，采用nlp算法实现共同接待、秒级响应、智能辅助输入等全场景辅助答疑，比人工效率大幅提升3倍。与人工不同，即便是有100个访客同时说话，网页机器人也能从容接待，并不会有任何延时产生。同事，机器人7*24小时在线、线路稳定，时刻保持最佳状态，有效解决夜间/假期无人值守问题。
55.即总成绩＝基础理论知识考核
×
4％ 课程考核
×
1％ 线上仿真实验考核
×
30％ 线下实验操作考核
×
45％ 综合设计考核
×
20％。具体的分数明细如表1所示：
56.表1
57.58.59.60.61.62.63.64.65.[0066][0067]
在化工原理实验中，四个层次采用了不同的考核方式。第一层次是为了检验学生对于基础理论掌握程度和课程，主要根据学生学习的时间和基础知识要点进行考核评分，包括对课程、安全、环境等综合能力的考察；第二层次是为了检验学生对于虚拟操作技能的掌握程度，主要根据学生学习的时间和操作熟练程度进行考核评分，包括对安全、环境等综合能力的考察，主要是根据学生能否及时排除异常情况、操作正确与否等；第三层次是为了检验学生对于实验仪器操作技能的掌握程度，主要根据学生操作方法、操作熟练程度、实验报告的撰写和实验数据的处理进行考核评分，包括对实验仪器操作、数据处理等综合能力的考察，主要是根据学生能否及时排除实验过程异常情况等；第四层次是为了检验学生对于化工单元操作设备的设计能力和水平的检验，主要考核学生分析和解决工程实际问题的能力，包括对物料衡算和能量衡算的模拟结果、换热器工艺条件的优化、实验结果分析是否合理进行考核评分，主要是根据学生设计计算的结果是否合理、是否完成设计任务等进行评分。
[0068]
本发明结合互联网的技术同时实现了线下和线上教学，并且起到了以下效果：
[0069]
(1)建立线上线下混合式教学模式，考核坚持教学内容和教学目标的各个知识点全部兼顾，实施过程考核评价。
[0070]
(2)“互联网 ”技术建立闯关式的学习模块，实行权重给分制，实现重难点的区分。
[0071]
(3)“互联网 ”技术实时显示学习成绩，学生能及时调整实验进程和学习方法与态度，教师能及时跟进，保证了学生的课程的教学效果。
[0072]
(4)探索分类教学法，学生实验成绩通过加权成绩比例，体现分类教学的细化考核。
[0073]
(5)将互联网 技术，所有的理论考试、测评和实验报告等内容，全部在网上进行，实现了无纸化实验报告，全面改革了实践教学方式，进入云教学时代。
[0074]
(6)改变传统的线下实验报告考核模式，将出勤和表现与实验操作分开计分评价，利用“互联网 ”技术在课上同步提交，进一步细化了评价标准和可考核体系。
[0075]
(7)通过“互联网 ”技术，构建智能机器人(智能客服)和线上同学与教师交流平台，实现对学生全程指导和交流，相互学习，全面提高教学效果。
[0076]
(8)利用“互联网 ”技术，将课程引入在线教学与评价，强化工程理念和工作伦理教育，将实现了课程核心价值观引领。
[0077]
(9)通过“互联网 ”技术，建设网络云教室可跨校区、跨校园、跨国远程互动；手机互动和多视窗互动教室便于学生即时参与课堂、多屏呈现讨论过程，走廊、宿舍等公共空间将教与学的思维碰撞延伸至课外。
[0078]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0079]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。