針對化學(xué)工程與工藝英才班化工原理課教學(xué)改革的探討

張偉光 李金龍 李書鵬 邸 凱 邢 進 辛 楊

(齊齊哈爾大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

化工原理屬于化學(xué)工程與工藝、能源化工、生物工程、制藥工程、資源循環(huán)科學(xué)與工程、過程裝備與控制工程類及相近工科專業(yè)的一門主干課，是在學(xué)生具備了必要的高等數(shù)學(xué)、物理、物理化學(xué)、計算機技術(shù)等基礎(chǔ)知識之后必修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。其主要任務(wù)是研究各單元操作的基本原理、所用典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)和設(shè)備工藝尺寸的計算或選型，及單元過程的操作分析及強化。培養(yǎng)學(xué)生具備根據(jù)各單元操作在技術(shù)上和經(jīng)濟上的特點，進行“單元過程和設(shè)備”選擇的能力、過程的計算和設(shè)備設(shè)計的能力；具備綜合運用所學(xué)的基本理論和知識解決工程實際問題的能力。該課程擔(dān)負著由理論到工程、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用，是化學(xué)工程與工藝及相近工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程[1]。

化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)具備化學(xué)工程與化學(xué)工藝方面的知識，能在化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫(yī)藥、環(huán)保和軍工等部門從事工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)管理和科學(xué)研究等方面工作的工程技術(shù)人才。該專業(yè)具有兩大特色，一是工程特色顯著，對化學(xué)反應(yīng)、化工單元操作、化工過程與設(shè)備、工藝過程系統(tǒng)模擬優(yōu)化等知識貫穿結(jié)合，使學(xué)生具有設(shè)計、優(yōu)化與管理能力；二是專業(yè)口徑寬、覆蓋面廣，使學(xué)生具有從事科學(xué)研究、產(chǎn)品開發(fā)的能力，在精細化學(xué)品、涂料及應(yīng)用、高分子化工與工藝等方面更有研發(fā)和應(yīng)用能力?；瘜W(xué)工業(yè)是一個極富創(chuàng)造性、挑戰(zhàn)性的重要工業(yè)領(lǐng)域，它具有技術(shù)密集、人才密集、資本密集的特征，特別是二十一世紀的化學(xué)工業(yè)在向"綠色化工"方向發(fā)展的同時，對知識的交叉滲透、產(chǎn)業(yè)的相互交融提出了更寬更深的要求，本專業(yè)就是為了適應(yīng)面向二十一世紀化學(xué)工業(yè)發(fā)展而設(shè)置的一個厚基礎(chǔ)、寬口徑、適應(yīng)性強的大專業(yè)。所以化工原理是化學(xué)工程與工藝專業(yè)一門重要的課程。

化學(xué)工程與工藝專業(yè)英才班是齊齊哈爾大學(xué)在新生入學(xué)時從全校理工科專業(yè)范圍內(nèi)通過考試選拔出來的，英才班學(xué)生人數(shù)每屆30人，每學(xué)期補考科目超過2門時就實際嚴格的淘汰制。如何在英才班化工原理教學(xué)過程中強化學(xué)習(xí)方法的傳授、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和重視實踐能力的培養(yǎng)，與高素質(zhì)、創(chuàng)新型化學(xué)工程與工藝人才培養(yǎng)目標的要求相符合，已經(jīng)成為該門課程教學(xué)改革的重點[2]。根據(jù)多年來教授化學(xué)工程與工藝專業(yè)英才班化工原理的教學(xué)工作，談?wù)勛约旱囊恍┯^點。

1把學(xué)科前沿和生產(chǎn)實際知識引入課程，整合課堂教學(xué)內(nèi)容

化工原理課堂教學(xué)內(nèi)容主要以經(jīng)典的單元操作為主，隨著新型工程技術(shù)的快速發(fā)展，新的科技成果不斷出現(xiàn)，因此要用現(xiàn)代觀點安排教學(xué)內(nèi)容，既要有經(jīng)典單元操作，又要增加本學(xué)科的新型技術(shù)、新理論，反映現(xiàn)在化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展的新動向，體現(xiàn)經(jīng)典與現(xiàn)代技術(shù)的有機結(jié)合。近幾年，隨著課程改革工作的不斷進行，我校選用天津大學(xué)教師編寫，高等教育出版社新版的化工原理規(guī)化教材，教材中引入了已經(jīng)在工業(yè)中成功應(yīng)用逐步發(fā)展的新技術(shù)，如傳熱中的的熱管換熱器、膜分離、吸附、超臨界萃取、分子精餾等化工領(lǐng)域一些新的單元操作過程開發(fā)的科技成果，使學(xué)生更好地了解本學(xué)科的發(fā)展趨勢，較大地拓寬了學(xué)生的知識面。

為更好地提高英才班化工原理課堂效果，將與生產(chǎn)實際密切聯(lián)系的教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)補充進去,加強針對性和實用性,更大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[3]。例如在離心泵一節(jié)中分析討論: 如何判斷泵氣縛現(xiàn)象的產(chǎn)生? 離心泵吸不上液體的原因有哪些? 隨著磁應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，加在泵殼內(nèi)的磁性液體為什么可起到潤濕和密封作用？在過濾設(shè)備中分析討論: 預(yù)掛涂層真空過濾機、水平帶式真空過濾機、采用動態(tài)過濾技術(shù)的葉濾機為什么能提高過濾速率，降低濾餅含水率？ 在精餾、吸收單元分析討論: 進料量的大小、組成對精餾塔操作有什么影響? 生產(chǎn)上為什么常用測量和控制靈敏板的溫度來保證產(chǎn)品的質(zhì)量等等。這些問題有很強的和實用性,容易提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2充分利用網(wǎng)絡(luò)課程平臺，采用混合教學(xué)模式提高教學(xué)質(zhì)量

在化工原理課堂教學(xué)過程中要注意采用靈活多樣的教學(xué)方法，理論教學(xué)緊密聯(lián)系工程實際，這樣既可以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，又有利于學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)和課堂教學(xué)質(zhì)量的提高。針對不同教學(xué)內(nèi)容采用相對應(yīng)的教學(xué)方式，如互動式、自主式、啟發(fā)式和開放式等。比如，在模塊化教學(xué)中，也可以采用少講、精講，用工作任務(wù)來驅(qū)動教學(xué)，以最大限度調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，反轉(zhuǎn)學(xué)生被動參與學(xué)習(xí)的局面[4]。化工原理課程的教學(xué)過程中引入案例式教學(xué)法,對提高學(xué)生解決實際問題的能力具有十分重要的作用。案例導(dǎo)向式教學(xué)是一種通過模擬或者重現(xiàn)現(xiàn)實生活中的一些場景，讓學(xué)生把自己納入案例場景，通過討論或者研討來進行學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法。使用文字、圖片、動畫、視頻、音頻等多媒體課件,內(nèi)容豐富,容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,可形象逼真地重現(xiàn)設(shè)備操作現(xiàn)象和設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu), 使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)直觀化, 抽象概念簡單化, 在課堂上就可以給學(xué)生一種很強的實物感, 課堂內(nèi)容既生動又豐富。同時通過采用多媒體技術(shù)輔助教學(xué), 增大了課堂信息量, 促進了教學(xué)內(nèi)容的更新和發(fā)展。

翻轉(zhuǎn)課堂是知識傳授與知識內(nèi)化的顛倒，翻轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)，即學(xué)生課前在線下通過學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)課程平臺，來觀看教學(xué)視頻學(xué)習(xí)新知識，并結(jié)合課前任務(wù)單完成網(wǎng)絡(luò)平臺上的課前測試，在課堂上做作業(yè)、交流、討論的一種教學(xué)形態(tài)。每個學(xué)生課前可以根據(jù)個人需要自定時間與進度學(xué)習(xí)，在課堂上，教師從傳統(tǒng)內(nèi)容的呈現(xiàn)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的教練，與學(xué)生進行一對一交流，參與學(xué)生研討小組，回答學(xué)生問題并進行個別指導(dǎo)，全面提升課堂互動機會，形成“以學(xué)生為中心”的個性化課堂。翻轉(zhuǎn)課堂實施效果主要取決于兩個環(huán)節(jié)：一是學(xué)生課前通過教師事先提供的視頻學(xué)習(xí)新知識。通過視頻制作是來吸引學(xué)生，方便學(xué)生觀看，知識體系的設(shè)置規(guī)范合理，知識點的講解更加透徹，知識點訓(xùn)練的交互功能是否較強等都直接影響學(xué)生對新知識的掌握，從而對教師在知識體系的把握、視頻制作技術(shù)等方面提出了更高的要求。二是通過組織課堂活動實現(xiàn)知識內(nèi)化。豐富多彩的課堂活動如案例、項目的挑選、研討問題的設(shè)計、課堂活動組織過程與形式等直接影響學(xué)生能力的提升及對知識的理解與內(nèi)化。英才班的化工原理課程考試采用平時成績30分，包括網(wǎng)絡(luò)課程平臺的課前測試、網(wǎng)上作業(yè)、網(wǎng)上輔導(dǎo)答疑、單元測試等內(nèi)容；期中考試占20分，期末考試成績占50分，注重平時的學(xué)習(xí)過程考核，更有利于學(xué)生對知識的理解和掌握。

3加強實驗、課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，重視工程素質(zhì)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

化工原理是一門工程性很強的學(xué)科，實驗、課程設(shè)計是課程體系中非常重要的環(huán)節(jié)?；ぴ韺嶒瀸俟こ虒嶒灒庇^展示了各單元操作，有助于提高學(xué)生的實踐能力， 加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解，進一步培養(yǎng)和形成工程觀念?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的化工原理實驗課單獨設(shè)課、單獨考核，改變了實驗課的從屬地位[5]?；ぴ韺嶒炛笇?dǎo)教師對實驗考核方法進行了改革，方法是從預(yù)習(xí)、現(xiàn)場實驗考核、實驗報告考核、操作考核和筆試考核等方面進行，細化了實驗考核內(nèi)容，將化工原理實驗教學(xué)與考核方法有機結(jié)合，第一次講實驗基礎(chǔ)時就明確告知學(xué)生實驗考核內(nèi)容和方法，將實驗考核內(nèi)容制成實驗考核記錄表，可以全面、合理地給出學(xué)生實驗考核成績[6]。為保證實驗教學(xué)的質(zhì)量，我們改革了原有實驗教學(xué)僅局限于驗證原理、單純掌握操作技術(shù)和依附于理論課的情況，開設(shè)有設(shè)計型、研究型和綜合型實驗，培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗研究方法，訓(xùn)練學(xué)生獨立思考、綜合分析問題和解決問題的能力。在現(xiàn)有實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，引進了膜分離實驗裝置、連續(xù)精餾實驗裝置、合成氨生產(chǎn)模型裝置，進行開放實驗項目，從而進一步提高學(xué)生的實際工程素質(zhì)。

化工原理課程設(shè)計也是化工原理教學(xué)的另一個重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識，完成以單元操作為主的一次設(shè)計實踐。通過課程設(shè)計使學(xué)生掌握化工設(shè)計的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達設(shè)計結(jié)果、制圖以及計算機輔助計算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練。理論課教學(xué)和實驗課環(huán)節(jié)完成以后, 按照教學(xué)計劃專門安排兩周的時間進行化工原理課程設(shè)計。為充分調(diào)動英才班學(xué)生的積極性和更好地激發(fā)學(xué)生對化工原理的學(xué)習(xí)興趣,充分發(fā)揮課程設(shè)計對學(xué)生的綜合訓(xùn)練，每個學(xué)生都有自己單獨的設(shè)計題目，精心選擇了一些綜合性強、典型合理、具有實際意義的設(shè)計題目, 包括換熱器、板式塔、填料塔、干燥器、蒸發(fā)器等。在課程設(shè)計過程中讓學(xué)生必須接受作為工程技術(shù)人員所必須具備的基本技能和工程素質(zhì)等方面的訓(xùn)練，包括工具書、國家標淮和規(guī)范的使用，經(jīng)驗公式和經(jīng)驗數(shù)據(jù)的選擇，其他文獻資料的查閱、設(shè)計成果的分析判斷等。因此在課程設(shè)計中教師必須注意培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決工程實際問題的能力。通過課程設(shè)計使學(xué)生得到化工設(shè)計的初步訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

[1] 陳蔚萍，陳丹云，毛立群.《化工原理》教學(xué)的探討與實踐[J].廣東化工,2009,36(5):209～210.

[2] 任迪峰，魯軍，王建中.“食品工程原理”課程教學(xué)改革的理論與實踐[J]. 中國林業(yè)教育,2006,(6):48～51.

[3] 李衛(wèi)星.《化工原理》課程改革的探討[J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2012, (2):77～78.

[4] 黃曉慧,張宏,張恒文.化工原理課程改革中理論與實驗教學(xué)的融合途徑[J].價值工程,2016,(15):181～183.

[5] 張詠,熊潔羽,文穎頻.化工原理課程教學(xué)改革淺探[J]. 江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,8(4):108～110.

[6] 陳丹云，周慧，鄒雪艷.化工原理實驗考核方法的改革與實踐[J].河北化工,2010, 33(3):76～77.