“化工原理”課程體系改革實踐教學研究

姚金環(huán)，李延偉，梁　軍

(桂林理工大學　化學與生物工程學院，廣西　桂林　541004)

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“化工原理”課程體系改革實踐教學研究

姚金環(huán)，李延偉，梁軍

(桂林理工大學化學與生物工程學院，廣西桂林541004)

摘要：介紹了化工原理課程體系的發(fā)展及現(xiàn)存的主要問題，針對化工原理課程的特點，對化工原理課程的理論與實踐教學環(huán)節(jié)進行合理的課程設置、組織安排，構建了相對完善、科學合理的化工原理課程新體系，推動了化工原理課程改革和建設，使學生的理論更扎實、工程實踐能力與創(chuàng)新能力得到全面的提升。

關鍵詞：化工原理；課程體系；教學改革

化工原理是化工及相關專業(yè)學生學習的一門重要的技術基礎課，是化工工程技術人員處理化工生產(chǎn)問題必須具備的基礎知識。化工原理的主要研究對象是化工常見的單元操作，主要內(nèi)容包括“三傳(動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞)”的基本原理和各種常見單元操作的基本原理及涉及的典型設備的結構、操作原理、計算、選型等[1]。自化學工程學科誕生以來，化工原理課程在培養(yǎng)化學化工高級人才中就起著從理論到工程實際、從基礎到專業(yè)的橋梁作用[2]。通常來講，化工原理課程建設與改革是化工院系的核心課程建設與改革之一，該課程建設與改革的結果不僅會直接影響到學生后續(xù)專業(yè)課程的學習，而且課程中所講授的工程觀點、工程原理、工程方法等可能會影響到學生以后的工作生涯[3]。化工原理課程建設與改革如此重要，所以各相關高等院校和相關教師早已把它作為重點關注的內(nèi)容。筆者作為化工原理及相關課程的授課教師，根據(jù)幾年的教學經(jīng)驗，在此淺談自己對化工原理課程體系構建與教學實踐的點滴體會。

一、化工原理課程體系的發(fā)展及存在的現(xiàn)實問題

1. 課程體系的發(fā)展

化工原理課程的建設首先應著眼于課程體系的構建。課程體系是指在一定的價值理論的指導下，將課程的各個構成要素加以排列組合，使各個課程要素在動態(tài)過程中統(tǒng)一指向課程體系目標的系統(tǒng)[4，5]。最初的化工原理課程體系主要由兩部分組成，即理論教學和實驗教學。然而，隨著化學工業(yè)的蓬勃壯大，加速了化學工程學科的發(fā)展和分化，有力地推動了化工原理課程體系的發(fā)展。目前來講，化工原理課程體系一般由三部分組成，即理論教學、實驗教學和化工原理課程設計。

2. 存在的問題

(1)課程體系不夠完備。雖然目前化工原理課程體系較最初更加完善了，但是不管是理論教學、實驗教學還是課程設計都只針對某個單元操作去深入研究，學生經(jīng)過三個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)學習針對單獨一個單元操作的原理、應用理解雖然清楚了，但是他們無法把學到的單元操作知識很好地與化工生產(chǎn)過程關聯(lián)上，綜合運用各單元操作的能力很差，不利于后續(xù)專業(yè)課程的學習。因此，從整體上分析目前化工原理課程體系還不夠完備，急需增設一個綜合運用各單元操作的實踐教學環(huán)節(jié)，構建更加完備、科學合理的化工原理課程新體系，培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力以及工程實踐能力。

(2)各課程要素的組織實踐有待加強。課程體系建立以后，關鍵還要對構成課程體系的各課程要素進行合理的組織、實施與實踐。只有合理地組織化工原理課程教學體系，才能有效地利用教學資源，提高教學質(zhì)量，使學生的理論更扎實、工程實踐能力與創(chuàng)新能力得到全面的提高。然而，目前很多高等院校對構成化工原理課程體系的各課程要素的組織并不合理，特別是實踐教學方面。化工原理的實踐教學環(huán)節(jié)一般主要分為兩部分，即化工原理實驗和化工原理課程設計?；ぴ韺嶒炇菍W習、掌握和運用化工原理理論知識必不可少的重要教學環(huán)節(jié)，是化工原理理論課的重要輔助和補充，對化工類及相近專業(yè)學生的業(yè)務素質(zhì)和工程能力的培養(yǎng)起著至關重要的作用[6]?；ぴ韺嶒灲虒W的目的著重于實踐能力和解決實際問題能力的培養(yǎng)。大多數(shù)高等院校，化工原理實驗是安排在化工原理理論課結束后開設的，而且主要采用傳統(tǒng)的分組實驗形式，由于課時有限，又受到場地、實驗裝置等實驗條件的限制，很難實現(xiàn)每個學生獨立完成實驗的目的?；ぴ碚n程設計是化工原理課程不可或缺的實踐性教學環(huán)節(jié)，是一個復雜的學用結合的過程，它不僅能夠驗證理論，更重要的是能夠體現(xiàn)理論與實踐相結合的過程，使學生在理解和掌握知識的前提下，提高綜合利用知識解決實際問題的能力[7]。一個典型化工單元操作設備的設計應該包括它的工藝設計和機械設計。工藝設計在前，機械設計在后，工藝設計得到的一些設計參數(shù)為機械設計所用，二者內(nèi)容是相互關聯(lián)的。但是，目前大多數(shù)高校是將設備的工藝設計歸于化工原理課程設計的內(nèi)容，機械設計歸于化工設備課程設計的內(nèi)容，兩門課程設計相互獨立，設計內(nèi)容各不相同。譬如，化工原理課程設計的內(nèi)容是吸收塔的工藝設計，而設備課程設計的內(nèi)容卻是液氨儲罐的設計。這樣做的結果會使學生對實際的工程設計沒有清晰的認識，不能把工藝和設備看作一個有機整體。

二、化工原理課程新體系的構建與教學組織

1. 化工原理課程新體系的構建

(1)將化工原理仿真實驗、仿真化工廠實訓和化工廠現(xiàn)場實訓引入到課程體系當中，構建由基本單元操作到復雜化工廠生產(chǎn)的“立體多維”的化工原理課程教學體系。

由于化工生產(chǎn)是若干個單元操作串聯(lián)而成，而目前化工原理課程體系包含的課程元素僅局限在單個單元操作上的現(xiàn)實問題，故將化工生產(chǎn)實訓納入到課程體系當中，作為實踐環(huán)節(jié)的一個重要補充。然而，由于化工生產(chǎn)具有潛在的不安全因素，化工生產(chǎn)現(xiàn)場實訓時，學生不能動手，只能聽、看，學生能夠學到的知識甚少，所以在化工廠現(xiàn)場實訓之前，先進行仿真化工廠實訓，再到相應的企業(yè)現(xiàn)場實訓，會事半功倍。由于化工原理實驗課程課時有限，又受到場地、實驗裝置等實驗條件的限制，很難實現(xiàn)每個學生獨立完成實驗目的的現(xiàn)實問題，可將化工原理仿真實驗引入到課程體系當中。將仿真技術應用于化工原理實踐教學是一種嶄新的教學理念。在仿真實驗或仿真化工廠實訓當中，學生可以充分地了解設備、流程、操作步驟、操作方法、觀察實驗現(xiàn)象等，提高了學生實際動手能力和分析解決問題的能力，同時實驗或實訓前的仿真練習也能激起學生學習的熱情，減少學生在真實實驗或現(xiàn)場實訓過程中的畏懼感，對于不理解或難操作的步驟，學生可以重復進行操作，而不受時間、場地、安全等實際條件的限制。

(2)將化工原理課程設計與化工設備課程設計有機結合，讓學生將所學課程理論運用到實際化工設備設計中，培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

由于目前化工原理課程設計與化工設備設計存在完全脫節(jié)的現(xiàn)實問題，而將化工原理課程設計與化工設備課程設計結合進行教學實踐，這樣學生可以完成某一典型化工設備的整體設計。通過綜合訓練，課程設計與工程實際結合更緊密，使課程更能體現(xiàn)出素質(zhì)教育的理念，學生專業(yè)能力會得到全面提高。下圖為構建的化工原理課程新體系。

圖　化工原理課程新體系

2. 各課程要素的教學組織

課程體系建立以后，關鍵還要對構成課程體系的各課程要素進行合理的教學組織。教學改革和研究表明，合格的人才必須要具有比較深厚的理論基礎，沒有堅實的理論也談不了創(chuàng)新，沒有理論的創(chuàng)新也就是無源之水[8]。因此，課程體系的組織首先要突出化工原理理論課程的核心地位，一般安排100學時左右，為學生后續(xù)學習奠定扎實的理論基礎。理論教學方面，應充分利用網(wǎng)絡技術、網(wǎng)絡資源和現(xiàn)代教育理念，構建“互聯(lián)網(wǎng)+化工原理理論教學”新模式，突破以往課堂教學的時空限制，為學生搭建信息豐富的、可以自由探索、嘗試和創(chuàng)造的環(huán)境和條件；進行科學、合理的課堂教學設計，適當引入“翻轉課堂”式教學方法，進一步優(yōu)化教學過程，最終形成一份化工原理課堂教學設計的指導性文件。

由于化工原理屬于工程學科，需要解決化工生產(chǎn)過程中的一些工程實踐問題，因此，課程體系的組織應加強實踐環(huán)節(jié)教學。一方面，要合理安排實踐教學各課程要素的教學進度、保證學時；另一方面積極探索新的實踐教學方法和模式，培養(yǎng)學生實踐能力和解決工程實際問題的能力。

化工原理課程新體系的實踐教學環(huán)節(jié)共分為三大部分：化工原理實驗、課程設計和化工生產(chǎn)實訓。其中，化工原理實驗應和理論課同步進行，理論課相應章節(jié)結束后安排相應的實驗，安排在第4、5學期上，一般安排40學時(包括仿真實驗)左右為宜。仿真實驗安排在真實實驗之前，通常由實驗指導老師用4學時的時間進行入門學習，然后每個真實實驗前，學生上機自行訓練，仿真成績作為實驗成績的40%，以督促學生更好地進行仿真訓練。學生通過仿真實驗預習之后，對實驗目的、原理、步驟等已經(jīng)很清楚了，真實實驗時，指導老師不再講解這些內(nèi)容，而主要講一下設備、注意事項。實驗期間，監(jiān)督學生獨立完成實驗，如遇到操作不當之處，老師要及時提醒，通過啟發(fā)手段盡可能讓學生自己找原因，分析解決問題[6]。

課程設計在化工原理理論和實驗課結束后安排，而且在課程設計開設之前學生必須修完“化工設備機械基礎”這門課程。時間一般安排3周，在第5學期末進行。學生要系統(tǒng)完成某一典型化工單元操作設備的工藝設計和機械設計，以培養(yǎng)學生統(tǒng)籌兼顧能力，從工藝和設備兩方面考慮設計的合理性。3周的設計時間，第1周為設計準備階段，通常由指導老師布置設計任務，通過典型設計案例講解設計的主要步驟、要求、注意事項，并對相關的工藝計算、強度計算、制圖規(guī)范以及如何正確使用標準、規(guī)范進行專題性輔導，學生針對自己的設計任務查閱資料、教課書，制定設計方案；第2、3周為設計階段，學生按照設計方案進行相關設計，編寫設計說明書，繪制工藝流程圖及設備裝備圖，老師全程跟蹤，解答學生在設計中的疑問，同學生一起分析設計中不合理的地方，及時完善。

化工生產(chǎn)實訓安排在課程設計之后進行，一般4周時間。由于化工企業(yè)具有特殊性，化工生產(chǎn)實訓應注重仿真化工廠實訓。仿真化工廠實訓，是將仿真現(xiàn)場變成一個微型化工廠，學生變成了工廠的一名操作工[9]。學生可以通過 DCS 中控室與仿真現(xiàn)場互相配合，了解內(nèi)操與外操的區(qū)別，現(xiàn)場閥與控制閥的區(qū)別，學生還可以在仿真機上進行開車、停車訓練，嘗試不同的開、停車方法等，大大地提高了學生進行仿真化工廠實訓的興趣和熱情。另外，仿真現(xiàn)場與真實工廠布置基本一致，通過培訓，學生對化工廠的工藝流程、設備布置以及化工生產(chǎn)技術等會有深刻的了解，不但鞏固了所學的理論知識，而且可以提高學生的工程化思想和工程設計實踐能力。除此之外，仿真化工廠實訓具有安全、高效、節(jié)省開支等特點。但是，仿真現(xiàn)場不可能替代實際的生產(chǎn)現(xiàn)場，因為它無法讓學生產(chǎn)生真實的現(xiàn)場感覺。所以，仿真化工廠實訓之后，需要帶領學生到相應的化工廠進行現(xiàn)場實訓，讓學生感受實際的化工生產(chǎn)環(huán)境，幫助學生建立完整、真實的化工生產(chǎn)過程。基于此，4周的化工生產(chǎn)實訓時間，仿真化工廠實訓安排3周，化工廠現(xiàn)場實訓安排1周。根據(jù)調(diào)研、分析總結，構成新課程體系的各課程要素按下表進行教學組織。

表　化工原理課程新體系的教學組織

三、結論

通過對化工原理課程的理論與實踐教學環(huán)節(jié)進行合理的課程設置、組織安排，構建了相對完善、科學合理的“立體多維”化工原理課程新體系；在新課程體系下，通過對各教學環(huán)節(jié)教學過程的優(yōu)化，建立化工原理“教”與“學”的新模式，不斷激發(fā)學生學習化工原理課程的興趣，為后續(xù)專業(yè)課的學習打下良好的基礎，使學生在比較、思考和總結中掌握扎實的理論基礎，提高解決工程問題的能力，提高教與學的效果，培養(yǎng)出素質(zhì)較高、技能過硬的工程型人才，有效地滿足社會對人才質(zhì)量日益提高的要求。

(責任編輯：夏璐)

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Practice Teaching Research on the Course System Reform of Chemical Engineering Principles

YAO Jin-huan，LI Yan-wei，LIANG Jun

(College of Chemistry and Bioengineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China)

Abstract：This paper introduces the course system development and existing problems of chemical engineering principles. According to the characteristics of the chemical engineering principles course，the relatively perfect and scientific rational new course system of chemical engineering principles is constructed by reasonable course setting and organization for the theory teaching and practice teaching of chemical engineering principles course. This promotes the reform and construction of chemical engineering principles course. In addition，it can not only improve the student’s theory knowledge but also train the student’s engineering practice ability and creativity.

Key Words：chemical engineering principles；course system；teaching reform

中圖分類號：G624.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9719(2016)4-0036-03

作者簡介：姚金環(huán)(1980-)，女，遼寧大連人，博士，副教授，研究方向為無機化工與化工冶金。

收稿日期：2016-02-25修稿日期：2016-03-15

基金項目：2015年廣西高等教育教學改革工程重點項目“基于廣西石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的化學工程與工藝專業(yè)實踐教學體系研究與實踐”(2015JGZ129)。