具有生物工程專業(yè)針對性的化工原理教學(xué)改革

化工原理是生物工程專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過綜合運用數(shù)學(xué)、物理及化學(xué)等基礎(chǔ)知識，描述動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞（三傳）的基本理論，研究過程工業(yè)中常用的基于“三傳”的物理加工過程（單元操作）的基本原理、工藝計算及相應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)和特點[1]?；どa(chǎn)過程中各種單元操作的基本原理、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理及其操作性能、設(shè)計與生物制品的分離純化過程密切相關(guān)。生物工程專業(yè)的學(xué)生通過化工原理課程的學(xué)習(xí)，了解研究工程問題的基本方法（實驗研究與數(shù)學(xué)模型建立等），能初步解決工業(yè)中的過程工程問題，實現(xiàn)由理及工的知識轉(zhuǎn)型，并為學(xué)習(xí)工程專業(yè)課程———生化分離工程打下基礎(chǔ)[2]。

化工原理具有內(nèi)容抽象、工程概念強、公式多而復(fù)雜的特點，學(xué)生學(xué)起來難度較大、積極性普遍較差。相較于化學(xué)工程與工藝專業(yè)，生物工程專業(yè)化工原理課程的學(xué)時較少，因此如何在有限的學(xué)時內(nèi)幫助學(xué)生建立工程觀點，培養(yǎng)工程思維和解決工程實際問題的能力，滿足高素質(zhì)、創(chuàng)新型生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標的要求，是該課程教學(xué)改革的關(guān)鍵。

一修訂教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)生物工程專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃及其專業(yè)特點，合理分配有限的教學(xué)課時，對課程中傳統(tǒng)的單元操作進行內(nèi)容精簡與更新；緊跟生物工程產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，在傳統(tǒng)化工原理單元操作中，增加與生物工程密切相關(guān)的新技術(shù)的原理與應(yīng)用，如膜分離、超臨界流體萃取等。生物產(chǎn)品的分離純化環(huán)節(jié)，與化工原理中的流體流動與輸送、傳熱、蒸發(fā)、精餾、干燥、萃取等單元操作的內(nèi)容與原理一脈相承，將涉及這些單元操作的章節(jié)作為授課的重點。在講授這些單元操作時，簡化公式推導(dǎo)，將復(fù)雜的問題簡單化，強調(diào)如何應(yīng)用理論結(jié)論解決實際問題。既要突出重點，又要避免造成學(xué)生的厭學(xué)情緒，并在教學(xué)中突出專業(yè)特點。例如，針對生物工程操作溫度較低的情況，在傳熱單元精簡熱輻射的內(nèi)容，但要求學(xué)生明白在高溫條件下輻射傳熱才是控制傳熱的主要因素；生物制品的生產(chǎn)多為高附加值、高要求、小批量的操作過程，間歇操作較為常見，因此可適當強化間歇生產(chǎn)方式的介紹。

二優(yōu)化理論教學(xué)

緒論課是學(xué)生接觸一門新課程的第一課，緒論課的質(zhì)量將直接影響學(xué)生對該課程的認識與學(xué)習(xí)興趣[3]。生物工程專業(yè)學(xué)生在初次接觸化工原理課程時，往往不了解課程內(nèi)容與自身專業(yè)的關(guān)聯(lián)性，這也是導(dǎo)致其學(xué)習(xí)積極性差的一個主要原因。因此，化工原理作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其緒論課在提綱挈領(lǐng)地介紹課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，應(yīng)強調(diào)課程在學(xué)科知識結(jié)構(gòu)中的重要性，使學(xué)生明確化工原理課程“學(xué)什么”以及“為什么學(xué)”?？梢越Y(jié)合化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，介紹化工原理課程的誕生和發(fā)展歷史，強調(diào)化工原理課程工程性的特點，處理的是一些物理過程，而與化學(xué)反應(yīng)沒有太大關(guān)聯(lián)。另外，不妨結(jié)合生物工程實例，從特定的產(chǎn)品出發(fā)，介紹化工原理在生物工程中的作用。如以學(xué)生熟悉的啤酒生產(chǎn)為例，從原料到成品，除了發(fā)酵過程，包括流體輸送、過濾、換熱（干燥、加熱、冷卻）在內(nèi)的物理加工過程，都屬于化工原理研究的基于“三傳”的單元操作。

在理論課教學(xué)過程中，多媒體技術(shù)的應(yīng)用具有突出的輔助作用。利用多媒體器材，通過豐富的色彩、聲音與形象向?qū)W生傳遞相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，有助于克服傳統(tǒng)教學(xué)模式單一、平鋪直說的缺點[4]。特別對于化工原理課程而言，其工程概念強，學(xué)生往往不具備相關(guān)的背景知識與經(jīng)歷，理解工程現(xiàn)象及其原理較為困難。利用多媒體技術(shù)，通過動畫演示、設(shè)備照片與操作視頻、圖文結(jié)合等方式將抽象的問題具體化、形象化，可以吸引學(xué)生的注意力、調(diào)動學(xué)生的積極性與興趣。例如，通過flash演示介紹不同類型換熱器，將冷熱流體的換熱過程以動畫的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生對工程設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有直觀的認識；在講解精餾操作中五種原料液熱狀態(tài)及其熱狀況參數(shù)q時，利用圖文結(jié)合的方式，描述精餾段與提餾段下降液相流量L與L’、上升氣相流量V與V’的關(guān)系，將復(fù)雜的公式推導(dǎo)與線條清晰的圖示結(jié)合，加深學(xué)生對知識點的理解與記憶；在講授新章節(jié)時，播放生物工程產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線中相關(guān)單元操作的視頻文件，有助于學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。當然，在利用多媒體技術(shù)提高教學(xué)效果時要切忌喧賓奪主，要時刻關(guān)注學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)狀態(tài)，結(jié)合板書，確保學(xué)生對知識點的理解與掌握。

此外，習(xí)題課是化工原理課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。在完成一個章節(jié)的教學(xué)任務(wù)后，安排一次習(xí)題課，利用討論式、啟發(fā)式的教學(xué)方法，通過例題演算與習(xí)題練習(xí)引導(dǎo)學(xué)生對重要知識點進行歸納總結(jié)。這有助于學(xué)生更好地消化重點知識，牢固掌握基本概念與原理，同時在習(xí)題演算過程中認識工程實際問題，形成正確的思維方式，培養(yǎng)其分析和解決工程實際問題的能力[5]。由于化工原理教材中的例題與習(xí)題具有鮮明的石油化工背景，與生物工程產(chǎn)業(yè)相去甚遠，生物工程專業(yè)的學(xué)生在習(xí)題練習(xí)過程中往往又會陷入迷思，不能理解單元操作在生物工程產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。因此，結(jié)合學(xué)生專業(yè)背景更新習(xí)題的內(nèi)容是非常必要的，有助于提高課程的專業(yè)針對性。例如，借鑒國內(nèi)外生化分離工程的教材，收集以生物料液處理為背景的相關(guān)單元操作的例題和習(xí)題。

三改革實驗教學(xué)

實驗教學(xué)是化工原理課程的一個重要環(huán)節(jié)，對于鞏固學(xué)生理論知識、樹立學(xué)生的工程意識、培養(yǎng)學(xué)生解決和分析實際問題的能力具有重要的作用[6]。在實驗教學(xué)過程中應(yīng)當注重學(xué)生設(shè)計方案、組織流程、實施具體操作、運行單元操作設(shè)備、處理與分析數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)等工程實驗綜合能力的培養(yǎng)，結(jié)合生物工程專業(yè)實例，開設(shè)具有專業(yè)背景的實驗內(nèi)容，降低驗證型實驗在教學(xué)過程中的比例，提高綜合型、設(shè)計型實驗內(nèi)容的數(shù)量與質(zhì)量。以篩板精餾塔實驗為例，在理論課上介紹實驗裝置的基本情況，向?qū)W生布置分離低濃度酒精溶液獲取高純度乙醇的任務(wù)，要求學(xué)生自行設(shè)計實驗步驟、提交實驗方案、完成分離任務(wù)、形成實驗報告。組織學(xué)生結(jié)合實驗結(jié)果比較不同操作對餾出液的濃度與體積的影響，從而達到活學(xué)活用理論知識的目的。此外，通過教研室集體備課，與相關(guān)專業(yè)實驗內(nèi)容融合、銜接，擴展化工原理實驗的內(nèi)容，有助于加深學(xué)生對課程的認識、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。如，利用生物工藝學(xué)實驗中發(fā)酵制造的酒精溶液為精餾實驗的原溶液，抽取精餾塔塔板上的液相溶液利用儀器分析實驗中氣相色譜進行組成分析等。

實驗報告的形成是化工原理實驗教學(xué)的重要組成部分。化工原理實驗內(nèi)容具有顯著的工程特點，實驗過程中數(shù)據(jù)測量量大，并需要學(xué)生利用手冊查閱相關(guān)的物性參數(shù)，通過分析計算整理成為圖表、公式或經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，因而?shù)據(jù)處理過程繁雜。在現(xiàn)今計算機技術(shù)高速發(fā)展的時代，通過手工計算、傳統(tǒng)坐標紙繪圖的方式處理實驗數(shù)據(jù)顯然已不符合當代產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求[7]。因此，在實驗教學(xué)過程中增加Origin、Excel等數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用介紹，鼓勵學(xué)生利用計算機分析實驗結(jié)果，有助于提高學(xué)生處理數(shù)據(jù)的規(guī)范性與準確性，培養(yǎng)符合企業(yè)生產(chǎn)需要的工程人才。

在成績評定過程中，需要綜合考慮學(xué)生在實驗操作中表現(xiàn)出的動手能力、分析實驗及提出進一步解決方案與建議的能力，注重評價學(xué)生實驗報告的規(guī)范性與科學(xué)性，客觀評價學(xué)生的成績，并對積極參與開放實驗的學(xué)生給予加分的鼓勵。其中，要特別增加設(shè)計型、綜合型實驗成績在總成績中的比重。對于設(shè)計型、綜合型實驗要分別對學(xué)生在構(gòu)思方案、設(shè)計步驟、實施具體操作、運行單元操作設(shè)備過程中體現(xiàn)的動手能力與知識水平進行考核。

總之，在化工原理課程中賦予其專業(yè)針對性，使生物工程專業(yè)學(xué)生更好地吸收、運用課程知識，是面向生物工程專業(yè)的化工原理教學(xué)的努力方向。從專業(yè)應(yīng)用角度出發(fā)，借鑒先進的教學(xué)模式，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進行改革，提高實驗教學(xué)的教學(xué)效果，在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、提高解決工程實際問題的能力方面具有現(xiàn)實意義。

參考文獻

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