師范類院校非化工專業(yè)“化工原理”課程教學(xué)中存在的問題及對策

侯小歌，張 杰，王俊英，胡炳義

（周口師范學(xué)院 生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院，河南 周口466001）

“化工原理”課程是將自然科學(xué)的普遍規(guī)律應(yīng)用于解決工程問題，起承前啟后及由理到工的橋梁作用，是化學(xué)工程、生物工程、制藥工程、食品工程等諸多過程工業(yè)類專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課［1-3]，也是周口師范學(xué)院生物工程專業(yè)的必修課.該課程是以動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞即“三傳過程”的基本概念與規(guī)律為主線，介紹常用單元操作設(shè)備的工作原理、設(shè)計與操作.涉及化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等多個學(xué)科，內(nèi)容較多、原理抽象、計算復(fù)雜，具有工程性較強的特點［4].在工科院?；は嚓P(guān)專業(yè)開設(shè)“化工原理”課程，由于他們本身開設(shè)的工程學(xué)科較多，彼此聯(lián)系緊密，實踐基礎(chǔ)較為扎實，實驗條件相對比較完善，學(xué)生易于接受，利于培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和工程實踐能力.但對于師范類院校的非化工專業(yè)來說，師資力量相對缺乏，相關(guān)學(xué)科課程開設(shè)較少，實驗條件不是十分完善.再加之該課程涉及的內(nèi)容與實際生產(chǎn)結(jié)合緊密，學(xué)生缺乏工程實踐經(jīng)驗，從而導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到難點不理解、公式不會靈活應(yīng)用、內(nèi)容枯燥乏味，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)不積極、課堂氣氛沉悶、作業(yè)抄襲甚至厭學(xué)等一系列學(xué)習(xí)問題.筆者針對周口師范學(xué)院生物工程專業(yè)“化工原理”課程教學(xué)問題展開了研究，并提出了相應(yīng)的對策，為該課程教學(xué)的進(jìn)一步改革提供參考.

1 課堂教學(xué)過程中存在的問題

對于生物工程專業(yè)學(xué)生來說，“化工原理”課程整體上內(nèi)容較難.主要表現(xiàn)為內(nèi)容枯燥、理論抽象、公式復(fù)雜、交叉學(xué)科較多，對于物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差和工程意識不強的學(xué)生，學(xué)習(xí)困難更大些.在周口師范學(xué)院生物工程專業(yè)“化工原理”課程的教學(xué)過程中，教和學(xué)存在一定的問題.

1.1 教學(xué)觀念陳舊，課堂以教師講學(xué)生聽為主題

該校生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案中規(guī)定“化工原理”課程共68個課時，一個學(xué)期完成.在內(nèi)容較多的情況下，教師習(xí)慣“滿堂灌”.加上時間短、授課容量大，學(xué)生一味聽課接受，工程思維受到一定的限制，不能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性.學(xué)生上課能聽懂、能理解，課下大部分忘記甚至全忘記，面對問題一籌莫展，僅僅會解決教師教過的習(xí)題類型，若類型稍有變化或者出現(xiàn)與工業(yè)生產(chǎn)實際結(jié)合緊密的問題，學(xué)生就不會做，甚至無從下手.這種現(xiàn)象說明學(xué)生對所學(xué)知識掌握不牢固，靈活應(yīng)用能力差，解決工程問題能力低，嚴(yán)重影響了學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)乃至以后的工作能力.

1.2 課堂啟發(fā)學(xué)生思維不夠，課堂氣氛沉悶

傳統(tǒng)的“化工原理”課堂教學(xué)主要介紹單元操作的基本概念、原理、公式推導(dǎo)及應(yīng)用、工程設(shè)備的結(jié)構(gòu)與操作，內(nèi)容繁多而枯燥.教師常采取“填鴨式”教學(xué)，自己講的多，學(xué)生參與的少，不注重學(xué)生學(xué)習(xí)方法和思維能力的培養(yǎng)［5]，不能充分地調(diào)動學(xué)生聽課的積極性.課堂上，學(xué)生面對教師板書的一大堆公式、PPT顯示的枯燥文字和花花綠綠的圖形線條，再加上工程實際與理論之間存在差異，學(xué)生普遍感到較難接受，甚至產(chǎn)生害怕學(xué)習(xí)的心理，缺乏聽課興趣，課堂氣氛沉悶，師生互動效果較差.

1.3 作業(yè)形式單一，學(xué)生能力培養(yǎng)不夠

由于以上兩個問題存在，再加上課后習(xí)題布置形式單一（僅以教材習(xí)題和設(shè)計簡單的訓(xùn)練題為主），學(xué)生對知識復(fù)習(xí)鞏固不到位，部分學(xué)生甚至抄襲作業(yè)或直接從網(wǎng)上下載答案，匆匆完成任務(wù)了事，不能對所學(xué)知識牢固掌握.因此導(dǎo)致學(xué)生自學(xué)能力較差、不能綜合分析問題、對知識的靈活應(yīng)用能力欠缺.由于教師受傳統(tǒng)的教學(xué)理念所限制，學(xué)生啟發(fā)思維、探究問題能力、計算和設(shè)計能力及綜合分析問題和解決問題的能力不能得到提升，學(xué)生的個性發(fā)展體現(xiàn)不突出.

1.4 實踐課時少，學(xué)生工程意識不強

“化工原理”要強調(diào)“工程”觀點，使學(xué)生樹立工程意識.但授課過程中，教師僅能做到利用現(xiàn)有的教學(xué)條件，粗略展示相關(guān)的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)設(shè)備，實踐教學(xué)缺乏.學(xué)生不能親自動手實驗，不能親臨生產(chǎn)現(xiàn)場，感性上沒有得到認(rèn)識，導(dǎo)致工程意識薄弱，對課程的作用和地位認(rèn)識模糊，學(xué)習(xí)興趣和積極性得不到提高.

2 改革教學(xué)內(nèi)容，使之更加貼近實際應(yīng)用

“化工原理”課程依然選用一貫使用的教材，由王志魁主編的供非化工專業(yè)使用的可在一學(xué)期內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)的生物工程專業(yè)使用的教材.主要內(nèi)容包括緒論和六個單元操作，其前后內(nèi)容邏輯性強、關(guān)系緊密，而知識又相對較為獨立.結(jié)合近幾年的課堂教學(xué)情況及生物工程專業(yè)的特色和人才培養(yǎng)的實際，重新安排了教學(xué)內(nèi)容，使之更加貼近實際生產(chǎn)應(yīng)用.具體做法是將“化工原理”課程教學(xué)內(nèi)容分為三個知識模塊，實行知識模塊教學(xué)法.作為第一個知識塊.通過總體介紹，讓學(xué)生明白本門課程的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)地位和作用、主要研究的內(nèi)容、學(xué)習(xí)任務(wù).“流體流動和流體輸送機械”整合為第二個知識塊.該部分是生物工程工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛也是最為重要的單元操作，同時也是后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ).因此可作為基礎(chǔ)知識模塊，授課時注重培養(yǎng)學(xué)生的觀察發(fā)現(xiàn)、思維啟發(fā)、分析問題、推理歸納及知識聯(lián)系和綜合應(yīng)用能力.可盡力借助化工實驗室設(shè)備，開設(shè)“流體流動”實驗.后五個單元操作均是以“流體流動”為基礎(chǔ)的分單元操作，分別為“沉降和過濾”、“傳熱”、“吸收”、“蒸餾”和“干燥”，可作為第三個單元操作知識塊.“沉降和過濾”單元操作一般為物料或中間產(chǎn)物的處理方法，在生物產(chǎn)品工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛，可作為重點介紹.“傳熱”單元操作在發(fā)酵工業(yè)和食品加工工業(yè)是必不可少的物理加工過程，只有學(xué)生理解了傳熱的過程和基本原理，掌握了過程計算的方法和設(shè)備的設(shè)計及選型，才能在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，才能更好地服務(wù)于該行業(yè).授課過程中著重介紹傳熱機理（探索傳熱膜理論模型的建立）、傳熱過程計算、設(shè)備的選型，培養(yǎng)學(xué)生探究能力、分析計算能力、問題的綜合分析和解決能力、傳熱設(shè)備的選型和設(shè)計能力.“吸收”單元操作主要應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)，與生物工程產(chǎn)業(yè)結(jié)合不甚緊密，故可舍棄不講.“蒸餾”在生物產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中也較為廣泛，如有機物的提取分離（植物精油的提取、工業(yè)發(fā)酵酒精的制取、白酒的釀造等），與“沉降和過濾”單元操作內(nèi)容并重.授課過程中著重介紹蒸餾基本原理、精餾機理、精餾過程計算、精餾塔的設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理、問題的綜合分析和計算能力、設(shè)備的選型和設(shè)計能力.“干燥”屬于生物產(chǎn)品的制取單元操作，該部分理論較為抽象，不易理解.其內(nèi)容包括干燥方法、機理、計算、設(shè)備，其中干燥設(shè)備與“生物工業(yè)下游技術(shù)”和“生物工程設(shè)備”課程內(nèi)容重復(fù)，本門課程中不再介紹，重點介紹干燥機理和相關(guān)計算.通過專題講解、實例分析、習(xí)題訓(xùn)練來培養(yǎng)和提高學(xué)生的理解能力、分析計算和靈活應(yīng)用能力.此外，課程內(nèi)容不僅要介紹典型的化工單元操作，還要不斷跟蹤現(xiàn)代生物化工及其相關(guān)學(xué)科最新發(fā)展動態(tài)，介紹與生物工程專業(yè)緊密相關(guān)的化工最新單元操作及科技前沿知識.如在介紹“分離”單元操作時，增加了現(xiàn)代最新的生物產(chǎn)品膜分離技術(shù)和二氧化碳超臨界流體萃取技術(shù)，擴充了學(xué)生視野，又增加了知識信息量.

3 改革教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)效果

課程講授不僅是傳遞知識體系，而且更是促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識、能力、技能等全面發(fā)展的手段，而講授方法和手段將直接影響以上各項目標(biāo)的實現(xiàn).針對以上教和學(xué)中存在的問題，要求教師積極參加教學(xué)研究活動，不斷研究教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法.摒棄以往弊端，改革教學(xué)方法和手段，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量.

3.1 教學(xué)過程要強調(diào)以學(xué)生為主體，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動作用

針對本課程的各個單元操作內(nèi)容和特點，精心組織課堂教學(xué)，合理設(shè)置問題，啟發(fā)學(xué)生思考.針對某一現(xiàn)象，如流體流動現(xiàn)象、離心泵的氣傅和汽蝕現(xiàn)象等，教師科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生觀察，及時發(fā)現(xiàn)問題并引導(dǎo)分析，由學(xué)生獨立推導(dǎo)結(jié)論.針對“三傳”機理的講授，可采用“討論式”和“探究式”教學(xué)方法.通過討論和探索研究，逐步引導(dǎo)學(xué)生建立理論研究模型.由模型建立過程計算公式，然后在理解原理和公式的基礎(chǔ)上，使學(xué)生做到綜合分析和知識的靈活應(yīng)用，最后精心設(shè)計作業(yè)題目，由學(xué)生獨立完成，使學(xué)生的知識得以鞏固，能力得到提高.

3.2 增設(shè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的“工程”意識

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是一般工科院?！盎ぴ怼闭n程教學(xué)必不可少的一部分，但作為師范性院校的理工科來講，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對較為薄弱，存在實驗數(shù)目開設(shè)少甚至不開設(shè)現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生動手能力差，“工程”意識淡薄.“化工原理”作為該校生物工程專業(yè)的必修課程，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)必不可少.改進(jìn)以往純粹的理論講授模式，積極創(chuàng)造外在和內(nèi)在的條件，增設(shè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié).一方面，開設(shè)校內(nèi)實驗教學(xué)，可借助生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院和化學(xué)化工學(xué)院的實驗條件，通過學(xué)校和學(xué)院的宏觀協(xié)調(diào)，安排相關(guān)實驗.具體實驗項目為流體流動實驗、阻力測定實驗、降塵室的分離和旋風(fēng)分離機的分離實驗、板框壓濾機的恒壓過濾與過濾常數(shù)的測定實驗、精餾實驗.另一方面，增加校外見習(xí)認(rèn)知環(huán)節(jié)，借助專業(yè)見習(xí)實習(xí)基地，讓學(xué)生對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行零距離接觸，直觀上有了感性認(rèn)識，樹立“工程”意識.回到課堂上，在學(xué)習(xí)的過程中會逐步確立“工程”的觀點，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性.

3.3 增設(shè)課程設(shè)計環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力

教師在授課過程中，針對設(shè)備選型、設(shè)備計算設(shè)計內(nèi)容，在相應(yīng)單元操作基礎(chǔ)知識學(xué)完之后，合理安排課程設(shè)計題目，作專題講座，包括課程設(shè)計的完整過程即設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計要求、設(shè)計說明書的編寫［6].由于“傳熱”單元操作在生物發(fā)酵和生物加工產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最為廣泛，故針對“傳熱”單元操作安排課程設(shè)計題目，學(xué)生分配給“化工原理”課程組的各個指導(dǎo)教師，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，進(jìn)行課程設(shè)計技能訓(xùn)練，時間為3周.

3.4 精心布置作業(yè)題目，有利于學(xué)生對知識的消化掌握

據(jù)調(diào)查，該校生物工程專業(yè)學(xué)生對“化工原理”課程的學(xué)習(xí)體會是：原理抽象、方法復(fù)雜、易懂難用.針對這種情況，教師改變以往單純地布置教材習(xí)題和簡單訓(xùn)練的習(xí)慣，而是遵循學(xué)生對知識的掌握和鞏固、綜合問題的分析和解決、知識的靈活應(yīng)用、能力的提高等培養(yǎng)原則.教師精心設(shè)計作業(yè)題目或討論題目，題目要體現(xiàn)學(xué)生對單元操作基本概念、原理、計算公式等所學(xué)知識的綜合運用能力，要求學(xué)生在課下或課堂中完成，針對普遍存在的問題，教師合理安排時間統(tǒng)一講解.根據(jù)作者多年的教學(xué)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)在講授習(xí)題過程中教給學(xué)生解決問題的方法很重要.“化工原理”課程計算問題較多，主要分為設(shè)計型計算和操作型計算，這也是學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的最大問題之一.在處理該類作業(yè)題目時，首先要仔細(xì)分析題意，其次寫出已知條件和待求參數(shù)，然后采用倒推的分析方法，逐步利用已知條件和所關(guān)聯(lián)的概念、原理和公式去解決問題，慢慢引導(dǎo)學(xué)生能根據(jù)所掌握的解題方法選擇合適的公式，教學(xué)效果比較顯著.另外，設(shè)計作業(yè)題目時，要結(jié)合課題所介紹的典型例題，將題目進(jìn)行分類，有針對性地培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力.

3.5 采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力

在傳統(tǒng)板書的基礎(chǔ)上，采用多媒體課件、投影儀和電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行輔助教學(xué)，以提高“化工原理”課程教學(xué)質(zhì)量［7].當(dāng)講授化工設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作方法、生產(chǎn)工藝時，單純的板書很難講清楚.若搜集CAI或相關(guān)的視頻資料，進(jìn)一步加以整理，借助多媒體課件給學(xué)生演示播放，形象逼真，化抽象為具體.同時也省去了畫圖時間，明顯提高了教學(xué)效果.在授課過程中，教師不斷搜集網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資料，告訴學(xué)生好的教學(xué)資源網(wǎng)址.同時努力開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生可以在網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)，教師與學(xué)生可在網(wǎng)上進(jìn)行互動交流，以此調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性.

4 改革考核方式，客觀評價教學(xué)效果

考試既能體現(xiàn)教師教學(xué)水平和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，又能引導(dǎo)學(xué)生積極學(xué)習(xí).同時考試方式的改革有效地促進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容、方法和手段的改革，因此建立合理的考核制度尤為重要［6].筆者根據(jù)“化工原理”課程特點和生物工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，建立了較為全面的考核制度.采取理論與技能相結(jié)合的綜合考核方式，將考核成績分為三部分即平時成績（課堂表現(xiàn)、出勤、實驗和作業(yè)）（平時包括理論課和實踐課）占30%，課程設(shè)計成績（課程設(shè)計）占20%，閉卷成績占50%.閉卷考試內(nèi)容以突出學(xué)生對重點知識的把握、分析計算能力、知識的靈活應(yīng)用能力.這種考核方式的實施，既體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的共性，又體現(xiàn)了學(xué)生的個性差異，促進(jìn)了教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的有效結(jié)合.

5 結(jié)束語

“化工原理”是一門實用性很強的工程技術(shù)類課程，師范類院校非化工專業(yè)的課程教學(xué)模式不能雷同于工科院校或?qū)ｉT的化工專業(yè).合理的“化工原理”教學(xué)內(nèi)容與方法需結(jié)合專業(yè)特色和實際需求，精選教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)造自身特點，培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程思維方法和實踐技能.筆者針對“化工原理”課程特點，根據(jù)該校生物工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特色，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、考核方式進(jìn)行改革，并在教學(xué)過程中注重過程分析、注重理論聯(lián)系實際、注重培養(yǎng)學(xué)生的工程能力.同時，在授課過程中不斷理論聯(lián)系實際，通過各個教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念.加強學(xué)生對定量運算、實驗技能和相關(guān)設(shè)計能力的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運用基礎(chǔ)理論處理常見單元操作中工程問題的能力，從而增強工程意識，提高工程能力.為學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程打下堅實的基礎(chǔ)，也為今后從事相關(guān)工作和研究奠定基礎(chǔ).

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