針對我校生物工程專業(yè)化工原理理論教學(xué)改革的探索

劉保雷，計海峰，楊 梅，王衛(wèi)東

(吉林化工學(xué)院化工與生物技術(shù)學(xué)院，吉林吉林132022)

化工原理是我校生物工程專業(yè)的一門重要的主干基礎(chǔ)學(xué)科，以高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)知識，闡述了“動量傳遞”、“熱量傳遞”以及“質(zhì)量傳遞”(即三傳)的基本原理，解釋了流體流動、過濾、沉降、傳熱、氣體吸收、精餾、干燥等單元操作的基本規(guī)律，介紹典型工業(yè)設(shè)備以及灌輸實際工程觀念，從而為后續(xù)生物工程專業(yè)其他主干專業(yè)學(xué)科(生化工藝學(xué)、生物分離工程、發(fā)酵工程、生物工程設(shè)備等)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)知識體系由“理”到“工”的轉(zhuǎn)型，架起基礎(chǔ)理論課和程專業(yè)課之間的“知識橋梁”。因此化工原理在生物工程專業(yè)的知識培養(yǎng)體系中占據(jù)重要一環(huán)。

但是，盡管化工原理涉及知識面較大，計算公式多而復(fù)雜，且工程概念強，而相比于化學(xué)工程與工藝、輕化工程等化工類專業(yè)，生物工程專業(yè)的化工原理學(xué)時安排卻較少，我校僅為單學(xué)期64學(xué)時。因此，如何在有限的學(xué)時安排中在貼近專業(yè)特色的前提下，幫助學(xué)生建立工程觀點，培養(yǎng)工程思維和解決程實際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)，進而滿足髙素質(zhì)、創(chuàng)新型生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，是該項課程教學(xué)改革的關(guān)鍵。結(jié)合生物工程的專業(yè)特點和本校的辦學(xué)特色，對化工原理課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行了一些改革探索和實踐，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的生物工程專業(yè)高素質(zhì)專門人才打下基礎(chǔ)。

一、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計

我校生物工程專業(yè)現(xiàn)行的化工原理教學(xué)大綱中規(guī)定的授課內(nèi)容有流體流動、流體輸送機械、傳熱、氣體吸收和蒸餾。很明顯，這些教學(xué)內(nèi)容在專業(yè)匹配上有些問題，如氣體吸收這一單元操作在后續(xù)專業(yè)教育中基本沒有體現(xiàn)，無論是生物化工方向還是生物發(fā)酵方向在專業(yè)素質(zhì)教學(xué)以及培養(yǎng)目標(biāo)的需求上“氣體吸收”這一單元操作的必要性都不強，相反“萃取”、“干燥”和“結(jié)晶”這些單元操作對學(xué)生知識體系的培養(yǎng)多有補益［1］。因此，應(yīng)該打破原有按學(xué)時數(shù)量安排教學(xué)內(nèi)容的傳統(tǒng)方式，對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進行重新設(shè)計，需要對傳統(tǒng)單元操作的講授進行精簡和更新。

(一)教學(xué)內(nèi)容的方向性設(shè)計

教學(xué)重新設(shè)計的原則既要照顧專業(yè)需求也要照顧學(xué)校實際情況，在設(shè)計內(nèi)容時要有特色不能照搬其他院校，我校旨在培養(yǎng)現(xiàn)代工程師，畢業(yè)的出口面相企業(yè)一線技術(shù)員，而一些985院校則面相科研領(lǐng)域，所以，在學(xué)習(xí)其他院校提升自身辦學(xué)實力的同時也要切忌照抄照搬。以上海交通大學(xué)為例，上海交大生物工程專業(yè)的畢業(yè)生大多面相科學(xué)技術(shù)研發(fā)和生物科學(xué)技術(shù)的科研領(lǐng)域，所以，在這種方向的指引下，授課內(nèi)容理論層次較深，在傳統(tǒng)化工原理精華的基礎(chǔ)上增加了較為深層次的理論細(xì)節(jié)，比如:萃取內(nèi)容部分，反膠束萃取和雙水相萃?。?］等都有詳細(xì)的講解，而我校目前的辦學(xué)的實際尚不能匹配。我們是要以突出解決工程問題的能力培養(yǎng)為目標(biāo)，應(yīng)用現(xiàn)成結(jié)論解決設(shè)計型或者操作型的實際問題，輔以化工典型設(shè)備的講解［3］，在傳統(tǒng)化工原理精華框架范圍內(nèi)，簡化理論細(xì)節(jié)，培養(yǎng)工程素質(zhì)。

(二)教學(xué)內(nèi)容的細(xì)節(jié)性設(shè)計

我?，F(xiàn)行生物工程專業(yè)化工原理理論教學(xué)教學(xué)大綱的制定原則是以64學(xué)時為基礎(chǔ)，選擇傳統(tǒng)化工原理主要章節(jié)進行制定，沒有充分考慮到專業(yè)的特殊性。因此，有必要對教學(xué)內(nèi)容的細(xì)節(jié)進行合理化調(diào)整，進一步提高教學(xué)質(zhì)量，增強我校生物工程專業(yè)輸出人才的綜合素質(zhì)。根據(jù)專業(yè)需求以及專業(yè)本身所授課程，建議對生物工程專業(yè)化工原理教學(xué)大綱作合理化調(diào)整。“流體流動”、“流體輸送機械”、“傳熱”以及“蒸餾”作為最基本的單元操作是很必要的，尤其是“蒸餾”這一單元操作緊貼生物工程專業(yè)知識體系的主干，與生物發(fā)酵、生物化工、生物制藥、食品等方向息息相關(guān)，因此無論是簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾還是特殊精餾都是重點要求部分，連續(xù)精餾的計算與分析、精餾塔設(shè)計的操作原理與現(xiàn)象以及塔設(shè)備的分類與計算等內(nèi)容都非常符合專業(yè)要求，考慮到生物工程專業(yè)課中講解“氣液傳質(zhì)設(shè)備”［4］，因此化工原理課程中可以將該部分簡化;而由于“氣體吸收”基本不具專業(yè)需求性［5］，建議取消該單元操作的講解;建議引入的單元操作則有“萃取”、“干燥”和“結(jié)晶”等內(nèi)容，這些單元操作與生物工程專業(yè)息息相關(guān)，該部分內(nèi)容必能對后續(xù)專業(yè)教育提供充分其必要的支持。如此一來，我們?nèi)∠恕皻怏w吸收”，增加了“萃取”、“干燥”和“結(jié)晶”，在這一基礎(chǔ)上，現(xiàn)行的64學(xué)時顯然不能完成教學(xué)內(nèi)容，因此，建議增加至80學(xué)時分兩個學(xué)期來完成，這是保證教學(xué)效果以及為專業(yè)建設(shè)提供助力必要前提。

二、理論教學(xué)方式的合理運用

(一)理論聯(lián)系生活實際，將理論淺表化

從專業(yè)培養(yǎng)方案的安排上看，在化工原理之前，學(xué)生基礎(chǔ)的幾乎完全是純理科課程，化工原理是第一門工程技術(shù)學(xué)科。學(xué)習(xí)習(xí)慣上的各種不適應(yīng)，使得學(xué)生對該門課程產(chǎn)生一些錯覺，諸如:“公式過多”、“推理復(fù)雜”、“各種指代符號繁雜”等等，總之，化工原理晦澀難懂，學(xué)起來實在吃力，進而產(chǎn)生厭學(xué)心理，嚴(yán)重偏離了教學(xué)的初衷。那么，理論形象化，淺表化則是解決上述問題的一劑良藥，利用生活實例導(dǎo)入理論，然后再將理論去靠近工業(yè)設(shè)備，之后在工業(yè)和生活實際之間構(gòu)建相似性，如此循環(huán)，理論不再晦澀難懂，工程教育不再抽象生僻［6］。舉例來講，在講授“傳熱”這一單元操作時，暖瓶則是學(xué)生天天接觸的東西，幾乎每位同學(xué)都見過瓶膽是什么樣子，圍繞瓶膽的設(shè)計規(guī)則對“熱傳導(dǎo)”、“對流”和“熱輻射”三種基本傳熱方式逐一解釋，那么學(xué)生就可以利用自己熟知的常識對“傳熱”這一單元操作產(chǎn)生了熟悉感和親近感，同時也對該單元操作重要工業(yè)應(yīng)用之一“保熱/保冷”形成了一些整體意識，在貼近工程素質(zhì)教育的時候，學(xué)生在理解供熱管道外保溫層的材料以及結(jié)構(gòu)時自然不會感覺“離自己太遠”，同時也會總結(jié)出保溫采用的一些常規(guī)性和一致性的方式方法。再比方說，生活中的暖氣片與工業(yè)用的換熱器，盡管從器型設(shè)計上有巨大偏差，但是也不難發(fā)現(xiàn)原理上相似的地方［7］，這種差異性和共性上的聯(lián)系和對比有助于學(xué)生對理論的掌握，因此化工原理才不會那么“難學(xué)”。

(二)靈活多樣的教學(xué)手段有助于提高教學(xué)質(zhì)量

不得不承認(rèn)數(shù)字化教學(xué)引入的十多年來，的的確確的大幅改善的教學(xué)環(huán)節(jié)存在的一些問題［3］，但是，隨著知識量的逐年增長等等一些問題的相繼出現(xiàn)，課堂教學(xué)效果的提升一定要找到新的出路。靈活多變的教學(xué)手段有助于塑就“新鮮有趣”的教學(xué)風(fēng)格，也有利于培養(yǎng)“清新”、“活力”的課堂氣氛。首先，必須把“老師的課堂”變成“學(xué)生和老師的課堂”，增加學(xué)生在課堂上的“戲份”，上課除了聽課之余，一定要有足夠量的“師生討論部分”，老師在拋出問題后，供學(xué)生分組討論，然后學(xué)生分別總結(jié)陳述，老師在依據(jù)討論結(jié)果進行總結(jié)歸納。這樣可以充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，促使學(xué)生的思維跟上授課的節(jié)奏，同時還能促進學(xué)生的自學(xué)意識和習(xí)慣的養(yǎng)成。其次，教師授課過程中要善于總結(jié)，無論是階段性總結(jié)，還是跨章節(jié)的聯(lián)系性總結(jié)都能有助于學(xué)生對知識體系的整體性把握。如可以通過伯努利方程進行展開，把“流體流動”和“流體輸送機械”兩章整合到一起，闡述各節(jié)知識點編排順序的合理性，這樣學(xué)生在理解知識結(jié)構(gòu)事會比較容易;再比如，通過“牛頓粘性定律”、“傅里葉定律”以及“菲克定律”相似的“長相”，灌輸化工原理分析解決問題的一些相似性做法，同樣有助于學(xué)生自學(xué)能力和解決創(chuàng)新性問題能力的培養(yǎng)［8］。當(dāng)然，教師自身也要刻意培養(yǎng)自身授課風(fēng)格，讓學(xué)生喜歡上老師，以愛屋及烏的方式努力培養(yǎng)學(xué)生對這門學(xué)科的興趣，這方面的方法方式多種多樣，比如新時代的網(wǎng)絡(luò)語言引進課堂無疑更能攫住90后的心;亦或者課間休息時間討論一下體育賽事、娛樂八卦這類;當(dāng)然，作為教師，腦袋里要有足夠的勵志故事的儲備等。這些都能拉近師生距離，增進“教”與“學(xué)”之間的情感。

三、結(jié) 語

少學(xué)時化工原理教學(xué)在整個化工原理教學(xué)任務(wù)中所占份額教學(xué)相對較小，長期以來依附于化學(xué)工程與工藝以及輕化工程等長學(xué)時專業(yè)的教學(xué)模式，只依據(jù)學(xué)時數(shù)量對教學(xué)內(nèi)容簡單“做減法”;再者，現(xiàn)在教室的受眾群體也就是學(xué)生的綜合素質(zhì)以及過往的教育經(jīng)歷也在悄悄的發(fā)生變化。作為教育工作者，必須順應(yīng)時代發(fā)展，適應(yīng)時代需求，自我完善，積極探索教學(xué)改革，培養(yǎng)更加適應(yīng)社會需求的畢業(yè)生，為社會發(fā)展注入更富活力的新鮮動力。

［1］ 胡紅波，王威，彭華松，等．面向生物工程專業(yè)的化工原理教學(xué)改革探索［J］．化工高等教育，2013(1):42-44．

［2］ 胡曉芬，萬海同，項海．具有生物工程專業(yè)針對性的化工原理教學(xué)改革［M］．高教論壇，2013(12):72-73．

［3］ 王志萍，王英龍，王曉紅．少學(xué)時《化工原理》課程教學(xué)探討［J］．化工時刊，2012(5):68-70．

［4］ 張淮浩，趙 靜，王雅瓊．少學(xué)時《化工原理》課程建設(shè)的改革與實踐［J］．化工時刊，2011，25(4):53-55．

［5］ 柴誠敬．化工原理上冊［M］．2版．北京:高等教育出版社，2009:250-257．

［6］ 陳 勇，楊和民．日本的化工原理教學(xué)及其聯(lián)想［J］．國外高等教育，2013(2):72-74．．

［7］ 王志奎．化工原理［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010:167-180．

［8］ 潘鶴林，齊鳴齋，陳敏恒．少學(xué)時《化工原理》教材內(nèi)容簡介和教學(xué)法初探［J］．化工高等教育，2009，(2):77-78．