能源化工課程教學(xué)改革與實(shí)踐

馬新起，貴莉莉，湯雁婷，李　娟，郭泉輝*

(1.河南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 河南省廢棄物資源能源化工程技術(shù)研究中心，河南 開封　475004；2.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)　453000)

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·化工教育?

能源化工課程教學(xué)改革與實(shí)踐

馬新起1，貴莉莉2，湯雁婷1，李娟1，郭泉輝1*

(1.河南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 河南省廢棄物資源能源化工程技術(shù)研究中心，河南 開封475004；2.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453000)

新常態(tài)下高等工程教育如何進(jìn)行深化教學(xué)改革，全面提高工科大學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力？本文從科學(xué)組織教學(xué)內(nèi)容、精心編制教學(xué)大綱出發(fā)，實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。結(jié)合國內(nèi)外最新進(jìn)展，采用案例教學(xué)、提高課堂教學(xué)效果等手段，介紹了能源化工課程開設(shè)與教學(xué)改革實(shí)踐。

高等工程教育；能源化工；教學(xué)改革；工程素養(yǎng);創(chuàng)新能力

0　前言

能源是社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是支撐國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代社會持續(xù)發(fā)展的最基本保證，國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)騰飛和工業(yè)的高速發(fā)展必須消耗大量的能源才能得以實(shí)現(xiàn)，因此，能源問題一直是社會各界共同關(guān)注的熱點(diǎn)[1-3]。近年來，國內(nèi)能源消費(fèi)總量直線上升，面臨能源的日益短缺，對能源的需求不斷增長的同時(shí)需要解決污染問題，原油和天然氣對外依存度越來越高。面對新常態(tài)下的能源現(xiàn)狀，如何改變我國的能源結(jié)構(gòu)，合理利用各種能源，節(jié)約能源消耗，開發(fā)新能源，減少能源生產(chǎn)和使用過程中的污染？這些問題應(yīng)該是當(dāng)代工科大學(xué)生應(yīng)該考慮并為之奮斗的目標(biāo)。河南大學(xué)開設(shè)了能源化工課程，目的是讓學(xué)生認(rèn)識國內(nèi)外的能源及能源結(jié)構(gòu)，熟悉能源的生產(chǎn)及加工過程，掌握能源生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，為大學(xué)生其它專業(yè)課的學(xué)習(xí)及走向工作崗位奠定良好的專業(yè)知識基礎(chǔ)。本文以能源化工課程的教學(xué)改革為例，介紹工科專業(yè)課教學(xué)改革實(shí)踐活動中如何提高學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，提高課堂教學(xué)效果的一些做法和體會。

1　科學(xué)組織教學(xué)內(nèi)容，精心編制教學(xué)大綱

通過對國內(nèi)外能源現(xiàn)狀和國內(nèi)高等院校能源化工相關(guān)課程開設(shè)及在教學(xué)過程中存在問題的調(diào)研，確定了能源化工課程的教學(xué)內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)校教學(xué)計(jì)劃制定了教學(xué)大綱。能源化工課程主要介紹國內(nèi)外能源及能源化工的發(fā)展動態(tài)、研究重點(diǎn)以及未來發(fā)展趨勢，主要能源的生產(chǎn)方法、基本原理、加工利用工藝、節(jié)能與環(huán)境保護(hù)[4]。教學(xué)基本要求：通過學(xué)習(xí)能源化工課程，學(xué)生應(yīng)了解現(xiàn)代能源化工前沿和最新發(fā)展動態(tài)、能源的清潔高效利用技術(shù)對實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的意義；熟悉生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽能、核能等新能源的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀；掌握石油、煤和天然氣等常規(guī)化石能源的主要生產(chǎn)方法、生產(chǎn)原理和生產(chǎn)工藝，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決能源相關(guān)的實(shí)際問題的能力。

《能源化工》課程教學(xué)大綱中，教學(xué)內(nèi)容主要包括能源化工概述、石油化工、天然氣化工、煤化工、生物質(zhì)能源和其它新能源等六章內(nèi)容。能源化工課程考核方式：總評成績?yōu)?00分?？己藘?nèi)容由兩部分組成：平時(shí)成績(包括考勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)、課程專題調(diào)研報(bào)告)占20%～30%；期末考試成績占70%～80%(可采用閉卷或開卷考試)。

2　收集相關(guān)能源案例，提高課堂教學(xué)效果

能源化工課程所涉及的內(nèi)容較多，實(shí)踐性很強(qiáng)，能源在生產(chǎn)或進(jìn)一步加工過程的工藝流程比較復(fù)雜，如果教師一味地對著流程講課，課堂教學(xué)效果不太理想，如果從能源生產(chǎn)實(shí)際中找出典型的案例，利用案例教學(xué)就會起到事倍功半的作用[5-6]。

譬如，在講到天然氣化工的非常規(guī)天然氣中頁巖氣生產(chǎn)時(shí)，用相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖片引入“位于河南省開封市祥符區(qū)西姜寨鄉(xiāng)的一處農(nóng)田的河南首口頁巖氣井——牟頁1井”，學(xué)生立刻就來了興趣，原來頁巖氣離我們?nèi)绱私?，然后講解頁巖氣的概念、生產(chǎn)原理等，學(xué)生聽課的積極性非常高；在講到煤化工的新型煤氣化技術(shù)時(shí)，舉出“河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司采用國產(chǎn)粉煤氣化技術(shù)大型航天爐—— 4臺3.2 m氣化爐”，利用數(shù)據(jù)、表格、圖片、流程等對國產(chǎn)氣化爐與引進(jìn)的殼牌、德士古等氣化爐進(jìn)行比較，取得了較好的課堂效果。

3　激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神

國內(nèi)外能源的生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)是動態(tài)的而不是一成不變的，教師在講授能源化工課程時(shí)，不能僅僅依靠教材上的數(shù)據(jù)(可能是5年前或10年前的)，應(yīng)該想盡一切辦法找到最新的能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)工藝及加工利用方法和途徑，同時(shí)對過去的若干年(譬如10年或20年)的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析比較，從中找到世界及我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)、各種能源生產(chǎn)及加工的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生對新能源的認(rèn)識和為之奮斗的興趣或目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神[7]。

在講到我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)時(shí)，利用2005-2014年10年的數(shù)據(jù)對比表(或柱形圖)，通過分析我國10年間原油、天然氣、煤、核能、水電、可再生能源的消費(fèi)情況(百萬噸油當(dāng)量)或消費(fèi)占比，得出我國原油的消費(fèi)總量逐年上升，消費(fèi)比例逐年下降，而我國的可再生能源近幾年發(fā)展迅速。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，要求學(xué)生根據(jù)對國內(nèi)外能源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，查閱有關(guān)文獻(xiàn)，自定題目完成一篇課程小論文或?qū)ｎ}調(diào)研報(bào)告。

4　提高課堂教學(xué)質(zhì)量

能源化工課程包含的內(nèi)容比較豐富，我們開發(fā)了一套能源化工多媒體教學(xué)課件，課堂授課采用多媒體加黑板板書的方法。多媒體不僅可以展現(xiàn)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容及學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)該注意事項(xiàng)等，還可以借助圖表表達(dá)各種數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)對比，可以借助圖片、照片形式表達(dá)現(xiàn)場狀況、工藝流程圖及設(shè)備圖等，部分工藝流程圖以二維動畫表達(dá)；為了更好地展現(xiàn)某種能源生產(chǎn)或加工利用的實(shí)際效果，我們借助參觀實(shí)習(xí)或考察的機(jī)會制作或通過網(wǎng)絡(luò)查找一些視頻，通過觀看視頻提高學(xué)生對能源化工的感性認(rèn)識，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；課堂上在采用多媒體教學(xué)的同時(shí)，加上適當(dāng)?shù)陌鍟?，以提高課堂教學(xué)效果[8-9]。

例如，在講到頁巖氣及其開采過程時(shí)，利用圖片表達(dá)頁巖氣在地層所處中的位置及存在狀態(tài)、頁巖氣開采的過程和場面(如牟頁1井)等。在講到固體煤氣化的固定床間歇式氣化爐(UGI氣化爐)時(shí)，利用二維動畫流程圖形象地表達(dá)出利用UGI氣化爐制半水煤氣時(shí)五個(gè)階段的流程走向。在講到原油常減壓蒸餾工藝時(shí)，借助實(shí)習(xí)時(shí)拍攝的視頻播放，從“原油儲罐→換熱網(wǎng)絡(luò)→脫鹽脫水→初餾塔→常壓加熱爐→常壓蒸餾塔→減壓加熱爐→減壓蒸餾塔”生產(chǎn)出汽油、煤油、柴油、減壓餾分油等整個(gè)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)過程。通過觀看視頻，加深了學(xué)生對能源生產(chǎn)過程的認(rèn)識，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和課堂教學(xué)效果。

5　實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)習(xí)潛能

啟發(fā)式教學(xué)是指在課堂教學(xué)過程中從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，教師根據(jù)教學(xué)的基本特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律，采用各種方式設(shè)置恰如其分的問題情境，以此來調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，并啟發(fā)其思維能力，克服學(xué)生被動學(xué)習(xí)的一種先進(jìn)的教學(xué)指導(dǎo)思想[10-11]。在能源化工的教學(xué)實(shí)踐中，為了克服學(xué)生被動學(xué)習(xí)的弊端，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和工程意識，實(shí)施了啟發(fā)式教學(xué)模式。

實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)模式的具體做法是：教師在備課過程中根據(jù)不同章節(jié)、不同內(nèi)容課程的特點(diǎn)，把每一節(jié)課都設(shè)置若干個(gè)(通常是2～5個(gè))問題情境，在講課過程中呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生通過思考、推理或課下查閱相關(guān)資料，然后在課堂上采用討論、提問、搶答、小組發(fā)言等形式最終找到正確答案。例如講到石油化工中的催化裂化一節(jié)時(shí)，設(shè)定的問題情境有“根據(jù)你掌握的知識內(nèi)容，催化裂化的催化劑可能有哪些？”、“催化裂化工藝流程中涉及了哪些化工單元操作過程？”、“催化裂化裝置生產(chǎn)的汽油，能否直接作為國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的商品汽油使用？如果不能，你認(rèn)為采取哪些方案可以使該汽油達(dá)到國Ⅳ汽油的要求？”。

6　結(jié)束語

能源化工教學(xué)大綱和多媒體教學(xué)課件已在2012和2013級化學(xué)工程與工藝及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中試用，結(jié)果表明：能源化工教學(xué)課件的課堂教學(xué)信息量較為豐富，學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣較濃厚，課堂教學(xué)氣氛良好，學(xué)生對典型能源的生產(chǎn)及加工原理、工藝流程及特點(diǎn)、關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)等理解和掌握得較為牢固。

能源化工課程包含常規(guī)能源和新能源，在新常態(tài)、短學(xué)時(shí)教學(xué)的特定環(huán)境下，下一步的教學(xué)目標(biāo)是進(jìn)一步完善多媒體教學(xué)課件，采用新型的慕課(MOOC)和翻轉(zhuǎn)課堂等先進(jìn)教學(xué)模式提高教學(xué)質(zhì)量。只要專業(yè)課教師不斷地提高自身的知識素養(yǎng)，大膽進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新，積極開展教書育人，工科專業(yè)課的教學(xué)質(zhì)量將會持續(xù)提高，培養(yǎng)出的大學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力將會越來越高。

[1]楊天華,楊延吉,劉輝.新能源概論[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013.

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2016-07-28

河南大學(xué)第十五批校級教學(xué)改革研究資助項(xiàng)目(20150067)；河南大學(xué)研究生教育綜合改革項(xiàng)目(Y1411001)。

馬新起(1963-)，男，教授，從事化工方面教學(xué)與科研工作，E-mail：mxq3188@163.com；聯(lián)系人：郭泉輝(1972-)，男，副教授，電話：0371-23881589。

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1003-3467(2016)10-0057-03