“兩性一度” 背景下的《化學(xué)反應(yīng)工程》課程建設(shè)探索*

徐 英, 王曉敏, 吳春燕, 翁艷英, 蒙建成

(1 廣西民族師范學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院, 廣西 崇左 532200;2 廣西民族師范學(xué)院數(shù)理與電子信息工程學(xué)院, 廣西 崇左 532200)

為了促進(jìn)高等教育向內(nèi)涵式發(fā)展, 提高全國(guó)的高等教育整體水平, 2019 年10 月24 日, 教育部印發(fā)了教高[2019]8 號(hào)文件《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》, 提出強(qiáng)化人才培養(yǎng)戰(zhàn)略, 人才培養(yǎng)的核心要素是課程建設(shè), 因此, 課程建設(shè)質(zhì)量是決定人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要因素; 并提出一流課程建設(shè)需要具備高階性、 創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度, 即“兩性一度” 的建設(shè)內(nèi)涵[1]。

《化學(xué)反應(yīng)工程》是化學(xué)工程與工藝的一門綜合性和實(shí)用性較強(qiáng)的專業(yè)核心課程[2], 它是一門利用自然科學(xué)原理來(lái)研究、解釋和處理實(shí)際工程問(wèn)題, 并且進(jìn)行反應(yīng)裝置的工程分析和設(shè)計(jì)的課程, 課程內(nèi)容和原理涉及高等數(shù)學(xué)、 物理化學(xué)、 分析化學(xué)、 化學(xué)熱力學(xué)、 化工分離工程、 化學(xué)原理、 化工儀表及自動(dòng)化、 化工工藝流程設(shè)計(jì)、 化學(xué)傳遞過(guò)程和化工過(guò)程分析與合成等其它多門課程的相關(guān)知識(shí)[3-4], 要求學(xué)生在掌握相關(guān)定量和設(shè)計(jì)計(jì)算等基本理論的基礎(chǔ)上, 具備一定的工程思維能力[5],導(dǎo)致《化學(xué)反應(yīng)工程》課程被大學(xué)生認(rèn)為是大學(xué)課程中最難理解和掌握的課程之一, 學(xué)生學(xué)習(xí)困難、 教學(xué)效果差[2]。

根據(jù)“兩性一度” 一流課程建設(shè)要求和《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)現(xiàn)狀, 迫切需要對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)改革, 以使教學(xué)內(nèi)容、 教學(xué)方法和課程考核方式等方面適應(yīng)時(shí)代要求, 提高課程“兩性一度” 建設(shè)內(nèi)涵和專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 課程高階性

1.1 教學(xué)內(nèi)容的高階性

《化學(xué)反應(yīng)工程》課程根據(jù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)方案, 其教學(xué)課時(shí)為48 學(xué)時(shí), 課程內(nèi)容多、 理論計(jì)算復(fù)雜, 且需要與工程實(shí)際緊密結(jié)合, 因此, 需根據(jù)教學(xué)大綱要求和大學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)調(diào)整授課內(nèi)容, 體現(xiàn)課程的高階性[6,7]。

在準(zhǔn)確把握課程總體框架和教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上, 將課程基本理論和專業(yè)知識(shí)的分為三個(gè)部分: 第一部分內(nèi)容是緒論, 在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)組織學(xué)生討論本地企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r, 引導(dǎo)學(xué)生提出化學(xué)反應(yīng)工程的研究任務(wù)、 對(duì)象和研究方法, 從而激發(fā)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的積極性; 第二部分內(nèi)容是化學(xué)反應(yīng)工程的基本原理、 理論和研究方法, 包括化學(xué)反應(yīng)三傳一反, 化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程相關(guān)計(jì)算、 反應(yīng)的物料衡算、 應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及基本設(shè)計(jì)方程、 反應(yīng)本征及宏觀動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容, 并在教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)影響各類理論知識(shí)點(diǎn)的工程因素, 為學(xué)生下一階段的深入學(xué)習(xí)和知識(shí)認(rèn)知建立很好的理論基礎(chǔ); 第三部分教學(xué)內(nèi)容將氣液反應(yīng)工程、 氣固相反應(yīng)工程、 流化床反應(yīng)工程、 流固相反應(yīng)工程和三相反應(yīng)工程等幾個(gè)涉及反應(yīng)器的章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行整合, 這部分內(nèi)容偏重工程和流體分析, 相關(guān)教學(xué)內(nèi)容較多, 而且偏重工程實(shí)際, 因此在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)利用網(wǎng)絡(luò)資源和其它資源, 找到不同類型反應(yīng)器如全混流反應(yīng)器、 平推流反應(yīng)器和間歇器釜式反應(yīng)器等的反應(yīng)器內(nèi)部流體傳遞的動(dòng)畫資料和相應(yīng)反應(yīng)器的工程應(yīng)用實(shí)例, 使學(xué)生對(duì)反應(yīng)與傳遞對(duì)反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)和放大設(shè)計(jì)的影響有了更進(jìn)一步的了解, 學(xué)生由簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)理論知識(shí)逐步接實(shí)際, 再通過(guò)實(shí)際返回到理論進(jìn)行反思, 學(xué)生的求知欲望不斷被激發(fā), 對(duì)課程知識(shí)的認(rèn)知逐漸得到升華[8]。

1.2 理論聯(lián)系實(shí)際的高階性

《化學(xué)反應(yīng)工程》課程中所涉及的各種類型反應(yīng)器大部分都是應(yīng)用于工業(yè)實(shí)際生產(chǎn), 所以, 在教學(xué)過(guò)程中, 課堂理論教學(xué)需要注重與實(shí)際工程生產(chǎn)過(guò)程的緊密結(jié)合, 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣, 培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力[9], 這就要求在課程教學(xué)過(guò)程中, 針對(duì)具體理論知識(shí)點(diǎn)舉出相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)例, 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣, 在培養(yǎng)學(xué)生具備扎實(shí)的課程理論知識(shí)的基礎(chǔ)上, 加強(qiáng)對(duì)學(xué)生運(yùn)用課程知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題等方面能力的培養(yǎng)[10]。 例如, 在進(jìn)行課程第五章“固定床氣-固相催化反應(yīng)工程” 部分的教學(xué)過(guò)程中, 選擇廣西華林化工有限公司進(jìn)行課程見(jiàn)習(xí), 分別學(xué)習(xí)了松香加氫車間、 酯化車間和過(guò)氧化車間等, 并以松香加氫車間為例, 鞏固了課堂教學(xué)內(nèi)容中固定床反應(yīng)器的特點(diǎn),即固定床反應(yīng)器是指流體通過(guò)不動(dòng)的固體物料所形成的床層進(jìn)行反應(yīng)的裝置; 了解了加氫松香的生產(chǎn)工藝過(guò)程, 催化劑位于反應(yīng)釜底部, 從甲醇重整制氫生產(chǎn)高濃度的氫氣從反應(yīng)釜底部進(jìn)入到松香加氫反應(yīng)釜中, 在高溫高壓條件下反應(yīng)生成加氫松香, 按照這樣的教學(xué)理念, 使學(xué)生通過(guò)對(duì)工程實(shí)際生產(chǎn)的見(jiàn)習(xí), 深入了解和鞏固了課堂所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)如反應(yīng)器類型、 特點(diǎn)、 操作條件和選用原則、 催化劑類型及其作用原理和應(yīng)用原則、 擴(kuò)散影響和控制、 流體的分布和混合等知識(shí), 通過(guò)直觀地接觸化工實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程, 更深刻地認(rèn)識(shí)到課程學(xué)習(xí)的重要性和必要性, 進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)應(yīng)用專業(yè)知識(shí)進(jìn)行分析實(shí)際工程問(wèn)題的思維方式以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

2 課程創(chuàng)新性

2.1 教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

科技的發(fā)展日新月異, 因此, 課程內(nèi)容也應(yīng)緊跟學(xué)科前沿進(jìn)行實(shí)時(shí)更新, 拓寬和豐富教學(xué)內(nèi)容, 《化學(xué)反應(yīng)工程》課程具有較強(qiáng)的理論性與工程實(shí)踐性, 如果在課堂教學(xué)中只著重于原理、 公式和結(jié)論的講授和推導(dǎo), 難以取得良好的教學(xué)效果[11],為了解決學(xué)生學(xué)習(xí)興趣差的現(xiàn)狀, 教學(xué)過(guò)程中穿插引入課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的最新科研動(dòng)態(tài), 使學(xué)生不僅在學(xué)習(xí)到反應(yīng)工程的課程理論知識(shí), 更加認(rèn)識(shí)到課程知識(shí)對(duì)于技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的重要性。

教師自身的科研背景和學(xué)術(shù)研究成果一直是提高任課教師理論聯(lián)系實(shí)際教學(xué)能力的強(qiáng)力支撐, 教師教學(xué)水平基于授課教師不斷地提高自身科研和學(xué)術(shù)研究基礎(chǔ)上對(duì)于專業(yè)知識(shí)的積累和沉淀, 教師在完成科研項(xiàng)目的過(guò)程中, 自身的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)水平不斷提高, 因此, 教師在授課過(guò)程中將自身的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以穿插和應(yīng)用, 因此將專業(yè)的基礎(chǔ)科研成果應(yīng)用于課程教學(xué)過(guò)程, 既豐富了教學(xué)內(nèi)容, 也拓寬了學(xué)生的視野, 并且學(xué)生的眼界得到了開(kāi)闊, 學(xué)習(xí)興趣大增, 也由此啟迪學(xué)生智慧,有效激發(fā)學(xué)生對(duì)于科學(xué)研究的熱情和興趣, 為學(xué)生今后從事化工技術(shù)研發(fā)和科學(xué)研究提供了思路[9]。 比如在講授“應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)” 這一章時(shí), 將授課教師最新相關(guān)的科研課題成果“煤熱解特性及動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究” 及時(shí)引入教學(xué)過(guò)程, 從煤炭的特性、 低溫?zé)峤獾幕瘜W(xué)反應(yīng)和所需反應(yīng)器和流程入手, 針對(duì)實(shí)際科研過(guò)程中存在的問(wèn)題, 引出內(nèi)外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速率的影響, 進(jìn)一步提出內(nèi)外擴(kuò)散的測(cè)定方法, 更進(jìn)一步提出采集動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)與建立動(dòng)力學(xué)模型的等課程知識(shí)點(diǎn), 從而有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.2 教學(xué)模式創(chuàng)新

(1)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂, 加強(qiáng)學(xué)生的課堂參與度

教師講解為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式中, 學(xué)生基本上全程聽(tīng)課,參與程度很低, 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣很難得到激發(fā)和維持[12], 因此翻轉(zhuǎn)課堂在課程教學(xué)過(guò)程中引入很有必要, 引導(dǎo)學(xué)生積極討論、 自由思考, 通過(guò)讓學(xué)生制作多媒體課件, 走上講臺(tái), 變成課堂主體, 以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[13]。 在翻轉(zhuǎn)課堂中, 要求學(xué)生對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)、 操作與優(yōu)化等綜合性難點(diǎn)進(jìn)行課堂討論, 如在講授第九章氣液固三相反應(yīng)工程時(shí), 將班級(jí)學(xué)生分成4 組,通過(guò)查閱資料分別對(duì)三相反應(yīng)器如機(jī)械攪拌鼓泡懸浮式三相反應(yīng)器、 三相滴流反應(yīng)器、 氣-液并流向上三相流化床反應(yīng)器和鼓泡淤漿床反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)器特點(diǎn)、 適用范圍及目前發(fā)展現(xiàn)狀和進(jìn)展總結(jié)歸納, 突出學(xué)生主體地位, 使其深入理解知識(shí)點(diǎn)。

(2)引入問(wèn)題導(dǎo)向, 培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力

多年來(lái)學(xué)生習(xí)慣了被動(dòng)學(xué)習(xí), 在教學(xué)過(guò)程中如何充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考, 采用問(wèn)題導(dǎo)向的教學(xué)方法可以充分發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性[14], 比如在學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)器的內(nèi)容時(shí), 教師引入連續(xù)流動(dòng)釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì), 讓學(xué)生討論包括如何建立連續(xù)流動(dòng)釜式反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型, 如何進(jìn)行串聯(lián)及優(yōu)化多級(jí)全混釜, 如何評(píng)價(jià)全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性, 以及如何計(jì)算反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率等。 在問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)過(guò)程中, 首先, 將班級(jí)分成若干小組,各組派代表講授小組討論確定的設(shè)計(jì)方案, 并回答其他組同學(xué)和教師的提問(wèn); 最后再通過(guò)教師回顧和點(diǎn)評(píng)每組學(xué)生的專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)和講授過(guò)程, 培養(yǎng)學(xué)生多角度分析問(wèn)題、 解決問(wèn)題的能力, 通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)向的實(shí)踐, 學(xué)生不僅學(xué)會(huì)使用文獻(xiàn)檢索和總結(jié)歸納專業(yè)知識(shí), 學(xué)生經(jīng)過(guò)自己的積極思考后得出結(jié)論, 大大提升了課程的教學(xué)效果。

2.3 考核評(píng)價(jià)體系創(chuàng)新

課程考核評(píng)價(jià)應(yīng)能夠體現(xiàn)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)以評(píng)判課程知識(shí)的掌握程度, 突出學(xué)生的個(gè)性特征和個(gè)性化學(xué)習(xí), 而不是簡(jiǎn)單地停留在某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的對(duì)錯(cuò)上[15], 因此, 針對(duì)目前考試成績(jī)是課程學(xué)習(xí)成果唯一量化的表現(xiàn)形式,評(píng)價(jià)學(xué)生的手段相對(duì)單一的現(xiàn)狀, 將原有的以期末考試為主的單一的考核模式進(jìn)行改變, 增加了平時(shí)成績(jī)?cè)诳偝煽?jī)中的考核比重, 并將考核評(píng)價(jià)指標(biāo)多元化, 例如平時(shí)成績(jī)除了包括課堂表現(xiàn)、 課后作業(yè)外, 還增加了翻轉(zhuǎn)課堂、 課程知識(shí)相關(guān)前沿專題論文、 見(jiàn)習(xí)報(bào)告、 問(wèn)題導(dǎo)向法和分組匯報(bào)表現(xiàn)等方面。 這種考核方式將學(xué)生學(xué)習(xí)情況、 課程參與能力、 查閱歸納文獻(xiàn)能力、 生產(chǎn)見(jiàn)習(xí)能力、 過(guò)程分析能力和分工協(xié)作能力融入考核范圍, 更加能夠體現(xiàn)學(xué)生對(duì)于課程專業(yè)知識(shí)的綜合掌握情況; 在期末考試中, 在考核課程基本理論知識(shí)和基本計(jì)算的基礎(chǔ)上,增加了與工程生產(chǎn)實(shí)際緊密相關(guān)的一些問(wèn)題的分析與判斷, 體現(xiàn)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)和利用課程專業(yè)知識(shí)分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。 通過(guò)對(duì)于課程考核評(píng)價(jià)體系的改革探索, 采用多元化的學(xué)生課程知識(shí)的掌握程度考核評(píng)價(jià)方式, 可以更加全面地反映學(xué)生的課程綜合掌握情況和綜合能力, 有效地提高了學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效果。

3 課程挑戰(zhàn)度

3.1 完善課程建設(shè)對(duì)教師提出了挑戰(zhàn)

教師應(yīng)積極應(yīng)對(duì)新時(shí)代《化學(xué)反應(yīng)工程》在課程內(nèi)容、 教學(xué)模式、 考核評(píng)價(jià)體系和學(xué)生人群素質(zhì)的等方面的變化與挑戰(zhàn),提高自身的課程教學(xué)和專業(yè)知識(shí)水平, 提升學(xué)生的綜合實(shí)力,通過(guò)課程教學(xué), 最終達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)和師生共同成長(zhǎng)。

《化學(xué)反應(yīng)工程》課程的教學(xué)過(guò)程中, 怎樣利用好有限教學(xué)時(shí)間深入講解基礎(chǔ)理論專業(yè)知識(shí), 獲得良好教學(xué)效果, 并能提高學(xué)生專業(yè)知識(shí)水平, 要求教師進(jìn)行課程的深度思考, 在備課過(guò)程中充分考慮大學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn), 并在教學(xué)中, 加強(qiáng)實(shí)際工程問(wèn)題分析能力的培養(yǎng), 培養(yǎng)學(xué)生的工程思維意識(shí), 這些都對(duì)授課教師不斷提高自身專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)水平提出了更高要求。

3.2 深入學(xué)習(xí)課程對(duì)學(xué)生提出了挑戰(zhàn)

要想學(xué)好《化學(xué)反應(yīng)工程》課程, 就需要學(xué)生課前預(yù)習(xí)、 課后復(fù)習(xí)、 深入思考, 而大學(xué)生普遍學(xué)業(yè)任務(wù)重, 如何在一學(xué)期的課程學(xué)習(xí)過(guò)程中, 將課程的專業(yè)理論知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合, 學(xué)生除了要掌握基本理論、 基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能要求外,還需要在互聯(lián)網(wǎng)線上線下等多種媒介中獲取和探究學(xué)業(yè)知識(shí),真正利用課程專業(yè)理論知識(shí)去認(rèn)識(shí)和思考實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié), 提高自身的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力, 對(duì)學(xué)生也提出了更高的要求。

4 結(jié) 論

發(fā)展“兩性一度” 是建設(shè)一流課程的有效途徑, 對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高具有重要意義。 通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、 改變教學(xué)模式和完善考核評(píng)價(jià)體系等方法來(lái)進(jìn)行加強(qiáng)《化學(xué)反應(yīng)工程》高階性、 創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的課程建設(shè)內(nèi)涵, 改善了課程教學(xué)效果, 也提高了化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。