以科研促教學提高化工原理教學質(zhì)量

徐繼紅　陶俊　李忠　張洪流　顏凌燕

摘要：教學和科研是高等教育的兩大核心內(nèi)容。本文論述了科研和教學的關(guān)系，通過采取將科研成果引入教學、學生參與教師科研項目、整合化工原理實驗及科研引入化工原理課程設(shè)計等措施，以科研促教學，提高了化工原理教學效果。

關(guān)鍵詞：科研；教學；化工原理；教學質(zhì)量

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0151-03

教學與科研是高等教育的兩大核心內(nèi)容，早在19世紀初，教育家威廉·馮·洪堡就提出“教學與科研統(tǒng)一”的大學理念，從而賦予大學新的職責，使得大學肩負起傳播科學和發(fā)展科學的雙重職能[1]。從總體上說，教學是培養(yǎng)社會所需人才的重要手段，科研則是在一定領(lǐng)域內(nèi)促進人才成長的搖籃，兩者相輔相成，互相依賴，相互促進，共同發(fā)展。高水平大學不僅體現(xiàn)在高水平的科研成果上，而且體現(xiàn)在高水平的本科教學中[2]。將科學研究融入教學過程，以科研促進教學，提高本科專業(yè)教學質(zhì)量是培養(yǎng)社會所需人才的一個重要途徑[3，4]?；ぴ碚n程是化工類及其相關(guān)專業(yè)本科生學習的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，本課程涉及的各種單元操作來自化工生產(chǎn)實踐，又面向化工生產(chǎn)實踐，具有顯著的工程性。它是運用數(shù)學、物理、化學等基礎(chǔ)知識，研究實際化工物理過程中的客觀規(guī)律的學科，本課程擔負著承前啟后、由理及工的橋梁作用。熟練掌握化工原理課程涉及內(nèi)容，對學生后續(xù)各專業(yè)課程的順利學習和加強學生的工程素質(zhì)發(fā)揮著非常重要的作用[5]。因此，如何培養(yǎng)學生的工程觀念，使學生快速接受工程學科的學習方法，激發(fā)學生學習化工原理的興趣，提高化工原理教學質(zhì)量，這是每位講授這門課程的教師必須思考的問題。根據(jù)我們課題組多年從事化工原理課程的教學體會，本文闡述了以科研促進教學，提高化工原理教學質(zhì)量的重要作用和做法。

一、科研與教學的關(guān)系

1.科研可以提高教師的教學水平。教師教學水平的提高是保證教學質(zhì)量的基礎(chǔ)，因為教師直接面向?qū)W生，是知識的直接轉(zhuǎn)播者，更是學生行為的影響者，只有好的師資力量才能提高教學質(zhì)量[6]。一個優(yōu)秀的教師應該有著淵博的理論知識和豐富的工程實踐經(jīng)驗，這一點對于工程學科的教師來說尤為重要。教師通過查閱大量文獻資料，能夠了解本學科最新的知識和發(fā)展動向，可以不斷更新專業(yè)知識結(jié)構(gòu)，從而拓寬教師的教學內(nèi)容，提高自身的業(yè)務水平。通過科研，教師能夠進一步強化自己的創(chuàng)新意識，不斷提高自己的科學思維能力和分析問題的方法。對于工科教師，教師可以把科研活動與工廠企業(yè)合作，為企業(yè)解決實際存在的問題，進一步強化教師的工程意識和工程實踐能力。教師具有一定的科研積累后，才能在教學過程中把“創(chuàng)新意識”和“工程觀念”潛移默化地傳遞給學生，教師把理論知識和身邊的實際工程有機結(jié)合起來，用風趣的語言講授教學內(nèi)容，不斷激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識，才能有效地提高教學質(zhì)量。

2.科研可以充實教學內(nèi)容，改進教學方法。工程類課程大多內(nèi)容繁雜，難度較多，有基本的概念描述，也有枯燥的公式演繹，更有實踐經(jīng)驗公式的選擇等問題。要提高工程學科的教學質(zhì)量，科研活動無疑就是一個最好的手段，因為科研本身就是一個不斷探索、不斷修正、不斷分析和完善的過程，也是科研者對事物了解不斷深入和認知的過程。如果沒有老師對工程過程親身實踐的體會和理解，就很難達到一定的深度和廣度，也不容易從中提煉出自己獨到的見解，就容易變成教師簡單照本宣科的教學模式，這種教學注定是不能引起學生的興趣的。通過相關(guān)的科研實踐，教師對教材有更深入的理解，能更準確地把握教學內(nèi)容，做到深入淺出地教學。教師也能把自己在科研中遇到的問題在教學過程中讓學生分析討論來嘗試著解決，使教學成為學習和科研的保證。教學中發(fā)現(xiàn)的疑難問題，也可以成為教師進行科學研究的課題。通過科研實踐，老師的教學內(nèi)容得到及時的補充和更新，老師把自己的科研思維轉(zhuǎn)化為教學新方法，學生能夠獲得本學科前沿的新知識。這種教學模式讓整個教學過程能夠做到教學中有科研，科研中有教學，教學中有思考，科研中有答案，很容易提高學生的學習興趣，使學生的學習模式由被動性向探索性和自主性轉(zhuǎn)變，在教學中培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和分析問題的能力。

3.科研可以提高學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。本科教育的目標是培養(yǎng)學生“不僅要掌握扎實的基礎(chǔ)知識，還要具有學習新知識的能力，創(chuàng)新能力和實踐能力[7]?！边@些目標的實現(xiàn)僅靠課堂上教師采取“灌輸式”的教學方法難以完成。年輕學生最大的特點是好奇心強，求知欲旺盛，對于書本上抽象的理論論述往往缺乏興趣?？蒲惺菇處煹闹R得到更新，本科教學內(nèi)容得到充實，抽象的理論就可能變成一個個鮮活的工程實例出現(xiàn)在學生的眼前。憑借抽象的工程原理解決實際的工程問題，這會給學生留下很深的影響，對所學的理論就很容易吸收和消化。教師在科研過程中形成的獨特的科研創(chuàng)新思維，分析解決問題的方法都會通過教學過程有形無形地傳遞給學生，從而使學生也具有了科研素質(zhì)。同時，經(jīng)過科研積累后，教師身上具有的熱愛科學的態(tài)度和對科學問題積極求真的精神，也會在教學過程中反射到學生的身上，激發(fā)學生對科學的熱愛和對科研者的敬意，提高學生對本課程的極大興趣。多年教學實踐證明，科研能力強的教師，教學水平相應的也比較好，在學生中間的認可度普遍也較高。

二、以科研促教學提高化工原理教學質(zhì)量的措施

1.教師重視科研，將科研成果引入教學?；ぴ碚n程具有很強的工程性，所涉及的許多設(shè)備會隨著行業(yè)的發(fā)展而不斷地更新，是和本學科最新研究動態(tài)密切相關(guān)的一門課程。根據(jù)化工原理課程特點，培養(yǎng)學生的工程觀念和創(chuàng)新能力是化工原理教學承擔的一個主要任務。因此，理論和具體實踐結(jié)合將是提高化工原理教學質(zhì)量的一個關(guān)鍵手段。教師是知識的轉(zhuǎn)播者，也是科研的主導者，在理論教學過程中，教師必須加大學科理論和最新實踐相結(jié)合的力度，引導學生學會跟蹤學科前沿，樹立和強化工程觀念。大部分教師都有科研任務，這也是教師獲得最新知識的最佳途徑，授課老師可以把自己的最新科研內(nèi)容與課程有關(guān)內(nèi)容結(jié)合起來，通過實際案例進行教學來啟發(fā)引導學生。如果學生在課堂中充分感受到所學知識有很大的用武之地，就會表現(xiàn)出更高的學習熱情，收到意想不到的學習效果。例如，在研究“海泡石黏土處理有機廢水的研究”項目里，我們以海泡石為吸附劑吸附有機廢水中的有機物。海泡石具有良好的吸附性能，但海泡石顆粒極細，過濾較困難，使得再生成為一個新問題。經(jīng)過努力，課題組通過加入硫酸鈣晶須作助濾劑，使吸附劑容易過濾和再生，從而實現(xiàn)了吸附劑的循環(huán)使用，這個過程包括助濾劑選擇、絮凝沉降、脫色沉降、廢渣過濾等問題。合成氨生產(chǎn)工藝是化工類學生極其熟悉的一個工藝過程，在傳熱單元操作學習時，我們結(jié)合教師在研的項目和淮化集團的生產(chǎn)工藝過程，通過對工藝流程中換熱器所在工藝位置的確定，讓學生更深地了解傳熱單元操作在化工生產(chǎn)中的重要性，合成氨工藝流程中換熱器是如何選型和設(shè)計的，整個工藝過程中為降低能耗而采取的進行熱量回收利用的方法。把教師的科研融入教學，使枯燥的單元操作原理變成了一個個生動的實際問題，學生在解決問題的同時，學會了分析問題的思維方法，對化工原理課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，使得學生從“要我學”變成了“我要學”，極大提高了化工原理課堂的教學質(zhì)量。

2.實行導師制，讓學生參與教師的科研項目。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師，興趣永遠勝過責任感?！睘榱俗寣W生能切身感受到科研的無窮魅力，提高學生學習和科研的積極性，學校讓本科生參與到老師的科研項目中，這對提高教學質(zhì)量和學生的科研創(chuàng)新能力都有很大的幫助。本科生導師制，已經(jīng)在許多高校實施，并且顯現(xiàn)出許多的優(yōu)勢，作為化工專業(yè)的學生深入到老師的科研活動中來就顯得尤為重要?；だ蠋熕袚难芯宽椖炕径寄苌婕暗交ぴ碚n程中的各種單元操作。學生利用課余時間，可以在導師的指導下參與完成部分或一個科研項目，這期間老師應該把項目中涉及的化工原理單元操作作為重點，有意識地引導學生進行實踐、分析和總結(jié)，通過學生的親自動手，把課程教學中較為抽象的理論變成易于理解和直觀的實際過程，加深學生對所學概念和原理的掌握。同時，學生在科研過程中，也會遇到一些實際問題，通過查閱相關(guān)資料進行分析總結(jié)，制定合理的實施方案，進行多次反復的實際操作，最終解決所遇到的問題，甚至在解決老問題之后又有新的問題出現(xiàn)，再進行新的方案設(shè)計。通過這些步驟的訓練，學生會對所學書本知識從實踐上又有更深層的體會和理解，進一步加深對課程理論精髓的認識，從而提高對化工原理課程的興趣。目前，我校應用化學專業(yè)已實行了科研實踐周活動，讓學生在科研實踐周內(nèi)熟悉所學課程的實際應用。學校還根據(jù)我校煤化工的特點，以講座形式聘請知名人士做客座教授為學生授課，列舉典型生產(chǎn)過程進行講解和分析。實踐證明，導師制的實施使學生在學習過程中具有很強的針對性，對提高化工原理教學質(zhì)量起到了很大的輔助作用。

3.整合化工原理實驗，培養(yǎng)學生工程觀念和綜合能力。實驗環(huán)節(jié)是進行科研活動最好的途徑之一，學生通過動手實驗可以樹立工程觀念，了解工程問題，從而激發(fā)學習化工原理課程的興趣，這是提高化工原理課程教學質(zhì)量的一個有效手段，教師應該在這方面多下功夫。由于化工原理實驗裝置費用一般都較高，部分學校存在實驗設(shè)備套數(shù)有限，學生動手機會少等問題，弱化了實驗課的重要性。如果能對化工原理實驗室中現(xiàn)有的各個實驗進行全面整合，形成對于某一問題的綜合性實驗，則能達到事半功倍的良好效果。例如，在講述流體流動機械關(guān)于離心泵章節(jié)中，要求學生掌握離心泵的工作原理、氣縛現(xiàn)象和灌泵、氣蝕現(xiàn)象和允許安裝高度、離心泵的啟動和流量調(diào)節(jié)等一系列問題。而實驗室對這問題的討論所對應的實驗只有“離心泵特性曲線的測定”，單靠這一個實驗遠不能讓學生深刻地領(lǐng)會這些概念。由于其他實驗中也都有涉及到離心泵的應用，為此，我們在實驗中把“流體阻力的測定”、“機械能轉(zhuǎn)化的演示實驗”和“離心泵特性曲線的測定”三個實驗整合起來，加深學生對離心泵特性的理解。做實驗前我們讓學生先自行觀察，找出各泵的安裝位置，讓同學們分析各泵為什么安裝位置不同及安裝高度如何確定。通過幾個實驗的對比，學生更清楚地認識到防止“氣縛”現(xiàn)象才是灌泵的真正原因。通過這三個實驗的整合，學生很快掌握了課堂上講授的關(guān)于離心泵章節(jié)的內(nèi)容，而且記憶深刻。在講授傳熱章節(jié)時，為了讓學生掌握不同類型的傳熱效果，我們實驗室引進了兩組傳熱實驗裝置，一組是有相變的“水蒸氣—空氣給熱系數(shù)的測定”，一組是無相變的“冷—熱空氣給熱系數(shù)的測定”。通過水蒸汽—空氣這組實驗，學生知道冷凝水在管道存在的原因和危害，實驗過程要及時排除冷凝水管道里的冷凝水的重要性。通過實驗操作弄清楚冷凝給熱系數(shù)對總傳熱系數(shù)的影響可以忽略，在有相變傳熱實驗里并、逆流對傳熱效果沒有影響的原因。而在冷—熱空氣這組實驗中，我們要求學生重點掌握總傳熱系數(shù)與冷熱流體給熱系數(shù)的關(guān)系，逆流和并流換熱對傳熱效果的影響，以及實驗過程中逆流和并流熱換操作切換時應注意的事項。通過對兩組實驗的比較，學生很快對這兩類傳熱問題有了正確的認識，對課程中涉及到的復雜繁多的給熱系數(shù)經(jīng)驗公式的選擇有了清晰的思路。通過對實驗室現(xiàn)有實驗的整合，不僅提高了化工原理理論教學，更能提高學生綜合實驗的能力，而且對學生樹立事實求實、正確的科研觀有很大的幫助。

4.科研引入課程設(shè)計，重視化工原理課程設(shè)計教學環(huán)節(jié)?；ぴ碚n程設(shè)計是學生綜合應用化工原理所學知識去完成一項設(shè)計任務的實踐性訓練，通過課程設(shè)計環(huán)節(jié)，學生可以學會如何運用化工單元操作的基本原理、基本規(guī)律及常用設(shè)備的知識去解決工程上的實際問題，培養(yǎng)學生正確樹立工程觀念和嚴謹?shù)目茖W作風。目前，市面上有很多關(guān)于化工原理課程設(shè)計的參考書可以參考，有些學生就把它看成是一個簡單的綜合性大作業(yè)，不是很重視。針對這一現(xiàn)象，除部分傳統(tǒng)的保留設(shè)計題目外，我們嘗試著課程設(shè)計從教師的科研課題中選擇確定。目前有部分設(shè)計題目來源于教師正在承擔的縱向和橫向科研項目中的其中一部分，如：“PVC廠廢酸回收技術(shù)”、“生物質(zhì)液化油分餾技術(shù)的研究”、“硫銨石灰石法煙氣脫硫”及“氨法脫硫聯(lián)產(chǎn)硫酸鈣晶須的研究”等項目。我們把這些項目中涉及的相關(guān)換熱器、精餾塔、干燥器、吸收塔及泵等部分內(nèi)容作為學生化工原理設(shè)計課題，學生需要首先了解整個科研項目內(nèi)容，根據(jù)項目內(nèi)容選擇所需設(shè)計的設(shè)備的大致類型，然后根據(jù)科研過程選擇設(shè)計所需的有關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)。比如在精餾塔的設(shè)計課題中，是應該選擇板式塔還是填料塔，在板式塔設(shè)計中是用篩板塔還是浮閥塔，在換熱器的設(shè)計中是用套管換熱器還是列管換熱器，都需要學生根據(jù)具體科研項目來確定。通過這樣一個訓練過程，學生能夠進一步把所學理論和工程實踐結(jié)合起來，在真實的課題研究中得到鍛煉。許多同學在后面的研究生入學考試中，化工原理科目都能得到較好的成績。

化工原理是一門工程性很強的課程，讓學生在短時間內(nèi)很快掌握并靈活運用并非易事。采用科研與教學相結(jié)合的方式，選擇形式多樣且適合化工原理課程教學的方法，以科研促進教學，以教學帶動科研，教學科研共同發(fā)展，這些舉措極大激發(fā)了學生學習化工原理課程的興趣和創(chuàng)新能力，提高了我校化工原理理論教學質(zhì)量。這種教學形式在化工原理教學活動中初步嘗試并且取得了一定的效果，今后我們將進一步深化以科研促教學，提高化工原理課程教學質(zhì)量改革的探索，為國家培養(yǎng)更多合格的有創(chuàng)新能力的化學工程人才。

參考文獻：

[1]劉寶存.洪堡大學理念述評[J].清華大學教育研究，2002，（1）：63-69.

[2]王慧琴.堅持科研與教學相結(jié)合，努力提高本科生教學質(zhì)量[J].西安建筑科技大學學報（社會科學版），2006，25（2）：79-82.

[3]趙玲，許志美，曹發(fā)海，等.科研提高教學品質(zhì)[J].化工高等教育，2008，（4）：48-50.

[4]郭英德.教學與科研的雙向互動[J].中國大學教育，2011，（11）：58-62.

[5]譚天恩，竇梅.化工原理[M].第四版.北京：化學工業(yè)出版社，2013：1-2.

[6]胡澍，席守民，馬靈筠，等.以科研促教學探索基礎(chǔ)與創(chuàng)新相結(jié)合的教學模式[J].西北醫(yī)學教育，2013，21（4）：669-671.

[7]程小榮，劉粵惠，曾幸榮，等.研究型大學科研促進本科教學的思考[J].理工高等研究，2007，（3）：58-62.