人工智能作為引領(lǐng)未來變革的戰(zhàn)略性技術(shù)，正在以前所未有的速度重塑著教育格局和教學(xué)模式。課程是高等教育體系的核心組成要素之一，無疑成為了這場教育變革中的主角。廣州大學(xué)緊隨時代潮流，積極推動課程數(shù)智化賦能，立項建設(shè)了41門知識圖譜課程，全面提升了我校課程質(zhì)量。
《化學(xué)反應(yīng)工程》課程是化工與制藥類相關(guān)專業(yè)的一門核心課程，著眼于解決化學(xué)反應(yīng)過程的工業(yè)化問題，研究工業(yè)反應(yīng)器的開發(fā)、設(shè)計與分析，廣泛應(yīng)用于化工、輕化、制藥、食品、環(huán)境等眾多工程領(lǐng)域。為應(yīng)對日益復(fù)雜的工業(yè)化挑戰(zhàn)，改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，鄒漢波副教授課程團隊通過智慧化的教學(xué)手段，豐富教學(xué)資源，創(chuàng)新教學(xué)模式，增強了學(xué)習(xí)趣味性，更好地滿足了學(xué)生對該課程深入學(xué)習(xí)與實踐應(yīng)用的需求。
知識圖譜建設(shè)特色：
1. 圖譜精準(zhǔn)定位，助力重難點學(xué)習(xí)
《化學(xué)反應(yīng)工程》課程涵蓋大量的理論知識，如反應(yīng)動力學(xué)特性、流動和傳遞過程、反應(yīng)器設(shè)計和過程分析及優(yōu)化等，這些內(nèi)容抽象且復(fù)雜，許多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可能會感到困難。為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握這些知識，課程圖譜將化學(xué)反應(yīng)工程的概念、原理、公式、案例等知識點有機串聯(lián)，共建設(shè)146個知識點。設(shè)置重點、考點、難點并梳理知識點的前后置關(guān)系，形成清晰的知識網(wǎng)絡(luò)，以可視化的方式呈現(xiàn)出完整的化學(xué)反應(yīng)工程知識體系，幫助學(xué)生清晰把握知識脈絡(luò)，形成了完成的課程圖像。此外，創(chuàng)新設(shè)計知識圖譜的視覺效果，以全混流反應(yīng)器的外形特征為靈感，巧妙融入課程元素，提升了學(xué)習(xí)的趣味性。
《化學(xué)反應(yīng)工程》課程圖譜
2. 智能關(guān)聯(lián)資源，助力深度探索學(xué)習(xí)
鑒于《化學(xué)反應(yīng)工程》課程內(nèi)容的多樣性和深度，需要更專業(yè)、更深入的拓展資源來支持學(xué)生深度學(xué)習(xí)的需求。為此，課程依托知識圖譜的智能推薦系統(tǒng)，調(diào)用來自超星資源庫的相關(guān)學(xué)習(xí)資源，建立了跨時空的知識鏈接，豐富了拓展資料庫。例如，通過知識圖譜直觀展示了從Arrhenius方程到現(xiàn)代多尺度建模的演進脈絡(luò)；通過關(guān)聯(lián)新型反應(yīng)器設(shè)計（如3D打印微通道反應(yīng)器）為同學(xué)們打開了前沿技術(shù)的一扇窗。課程共建立知識點資源510個，其中關(guān)聯(lián)拓展資源416個，涵蓋了微課、圖片、3D動畫、電子書籍、仿真等多種資源形式。
課程資源建設(shè)
3. 虛擬現(xiàn)實結(jié)合，助力知識可視化呈現(xiàn)
利用視頻、3D動畫、虛擬仿真等資源，建立了虛實融合認知系統(tǒng)。例如，通過3D動畫技術(shù)，將間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器、活塞流模型等抽象的設(shè)備結(jié)構(gòu)、反應(yīng)機理等進行三維解剖，動態(tài)展示反應(yīng)器的內(nèi)容結(jié)構(gòu)、溫度場/濃度場分布、微觀反應(yīng)過程等，突破傳統(tǒng)教學(xué)的局限，加深學(xué)生對知識的理解與掌握；通過虛擬仿真在分子尺度化學(xué)鍵斷裂與生成的三維動態(tài)模擬，讓學(xué)生更好理解微觀的反應(yīng)過程，加深對催化反應(yīng)原理的認識。虛擬現(xiàn)實結(jié)合，將復(fù)雜的工程案例、實驗操作等生動展示，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了課堂參與度。
三維動態(tài)模擬
4.學(xué)生自學(xué)自評，實現(xiàn)學(xué)習(xí)路徑個性化
構(gòu)建了單選題、多選題、簡答題、計算題等多種題型的化學(xué)反應(yīng)工程AI題庫，通過關(guān)聯(lián)課程知識點，實現(xiàn)學(xué)生對課程的自我學(xué)習(xí)和鞏固。課后利用AI助手，實現(xiàn)智能答疑、虛擬助手等功能，及時解決學(xué)習(xí)的困惑，增強學(xué)習(xí)的互動性。通過展示學(xué)生的知識掌握情況和學(xué)習(xí)進度，提供多維度的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的可視化。學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)進度和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)定位薄弱環(huán)節(jié)；課程智能推薦個性化的學(xué)習(xí)路徑和資源，針對性地進行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和鞏固，實現(xiàn)“千人千面”的精準(zhǔn)教學(xué)。
知識點掌握程度一覽表
5.建立問題圖譜，實現(xiàn)基于項目的教與學(xué)
采用“以問題為導(dǎo)向”和“基于項目的教與學(xué)”的教學(xué)模式，緊貼化學(xué)反應(yīng)工程課程各個知識點與化工實際生產(chǎn)，將課程主要知識點整合成難易適中、針對性強的工程項目或教學(xué)案例。將化工設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、化工過程工藝等核心問題與相關(guān)的子問題、概念和知識點連接起來，形成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基于工程案例的問題圖譜。在工程項目的實施過程中，學(xué)習(xí)借助Excel、Matlab、Aspen Plus等輔助計算工具，解決化學(xué)反應(yīng)器的計算與選型、工藝條件的對比與優(yōu)化、化工過程的分析與設(shè)計等工程實踐問題，有效地將不同反應(yīng)的動力學(xué)特點、各類反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計、反應(yīng)過程穩(wěn)定性分析等課程的知識點，與過程優(yōu)化、工藝設(shè)計、反應(yīng)器選型等專業(yè)能力相結(jié)合，構(gòu)建了“學(xué)生中心-項目驅(qū)動-能力導(dǎo)向”課程教學(xué)模式。
基于項目的教與學(xué)
6. 構(gòu)建思政圖譜，實現(xiàn)全程育人的課程格局
從“人文-科學(xué)-職業(yè)素養(yǎng)”三個維度出發(fā)，梳理化學(xué)反應(yīng)工程的“思政元素”，將愛崗敬業(yè)、守正創(chuàng)新、熱愛專業(yè)、精益求精、尊重生命等思政元素融入到課程思政建設(shè)體系中去。將課程所具有的思政元素與知識點建立思政圖譜，實現(xiàn)知識傳授和價值引領(lǐng)相統(tǒng)一。利用智慧課程平臺開展專題討論、思政視頻觀看、資料查閱、分享展示等自主性學(xué)習(xí)，線下課堂進行案例分析、分組討論、答疑解惑等引導(dǎo)性教學(xué)活動，形成教師主導(dǎo)、學(xué)生深入?yún)⑴c，全面、立體的有溫度的思政學(xué)習(xí)方式。
思政圖譜建設(shè)
《化學(xué)反應(yīng)工程》課程圖譜的建立，為學(xué)生提供了全新的學(xué)習(xí)體驗和個性化的學(xué)習(xí)路徑，大大提高了課堂教學(xué)效率和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。未來，廣州大學(xué)將繼續(xù)深入探索人工智能技術(shù)融入高校教育教學(xué)的方法路徑，打造更多有特色的高質(zhì)量數(shù)智化課程，賦能數(shù)字時代的一流創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。
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