新工科背景下地方高?；瘜W(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革與探索

馬 娟，王良廣

(安順學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 , 貴州 安順 561000)

當(dāng)下，隨著“復(fù)旦共識(shí)”與“天大行動(dòng)”的達(dá)成，新工科已成為改革話語中最為醒目的關(guān)鍵詞。國家和地方實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“一帶一路”等重大戰(zhàn)略對(duì)高等工程教育改革提出了迫切要求[1]。然而，對(duì)于地方高校化工創(chuàng)新人才培養(yǎng)，化學(xué)反應(yīng)工程是化工類專業(yè)的核心專業(yè)課程，其應(yīng)用遍及石油化工、煤化工、生物化工、醫(yī)藥、冶金及輕工等許多領(lǐng)域。那么，在新工科建設(shè)背景下對(duì)于地方高校該如何開展工程教育改革，如何結(jié)合化學(xué)反應(yīng)工程課程的工程應(yīng)用特點(diǎn)，提出一種適用新工科創(chuàng)新教育的化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革模式是非常有必要的。

1 “新工科”建設(shè)對(duì)地方本科高校發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義

“新工科”旨在打造高等工程教育的新范式。當(dāng)前，地方本科高校的辦學(xué)現(xiàn)狀與行業(yè)、產(chǎn)業(yè)需求還不太適應(yīng)，具體表現(xiàn)在以下方面: 第一，人才培養(yǎng)的質(zhì)量規(guī)格單一，人才培養(yǎng)的特色不明顯。根據(jù)調(diào)研當(dāng)?shù)鼗て髽I(yè)，多數(shù)進(jìn)入工程崗位的畢業(yè)生因?yàn)閷I(yè)能力不強(qiáng)不能快速適應(yīng)新崗位要求。第二，學(xué)科基礎(chǔ)與技術(shù)積累薄弱。對(duì)于地方本科高校，多由高職高專院校合并或轉(zhuǎn)型升本而來，高層次人才不足，學(xué)科團(tuán)隊(duì)與學(xué)科平臺(tái)相對(duì)薄弱，協(xié)同創(chuàng)新與服務(wù)社會(huì)的能力明顯不足。第三，課程體系與教學(xué)模式、知識(shí)體系建設(shè)與教學(xué)內(nèi)容與"新工科"建設(shè)要求不相適應(yīng)。大量年輕的碩士與博士畢業(yè)生剛一畢業(yè)就直接走上了大學(xué)教學(xué)的講臺(tái)，對(duì)于大部分工科專業(yè)的教師實(shí)際上沒有或僅有少量從事工程實(shí)踐的經(jīng)歷，導(dǎo)致工程教育從書本到書本，從模型到仿真與工程實(shí)際脫節(jié)。第四，"學(xué)習(xí)工廠"教育平臺(tái)欠缺。尤其是對(duì)于地方高校而言，由于存在經(jīng)濟(jì)技術(shù)落后等原因，企業(yè)與工廠的數(shù)量不多、規(guī)模不大、條件環(huán)境不良導(dǎo)致學(xué)生在見習(xí)與實(shí)習(xí)結(jié)束后不愿意選擇走上工程崗位。因此，地方本科高校必須以“新工科”建設(shè)為抓手，要堅(jiān)持問題導(dǎo)向，做到“六問”“五個(gè)強(qiáng)化”。同時(shí)，地方高校要著重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力，將學(xué)生理論學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實(shí)踐、科學(xué)研究緊密結(jié)合起來，更要貼近產(chǎn)業(yè)需求來培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才[2]。

2 化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

高等學(xué)校肩負(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重任?；瘜W(xué)反應(yīng)工程課程作為工程科學(xué)教育的一部分，也是化工類專業(yè)的一門專業(yè)主干課、核心課程，擔(dān)負(fù)著大化工類人才教育的任務(wù)。該課程強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)技能、設(shè)計(jì)能力及解決工程問題的方法，突出實(shí)踐應(yīng)用與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。由于化工過程以化學(xué)反應(yīng)器為核心，化學(xué)反應(yīng)器與工程問題密切相關(guān)，化學(xué)反應(yīng)器是化工生產(chǎn)過程的“心臟”，該課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、強(qiáng)化工程分析能力具有十分重要的作用。因此，化學(xué)反應(yīng)工程課程建設(shè)在化學(xué)工程與工藝學(xué)科建設(shè)和卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的推進(jìn)中均起著舉足輕重的作用。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前地方高?；瘜W(xué)反應(yīng)工程教學(xué)存在較大問題，亟待在新工科背景下進(jìn)行改革與探索。

2.1 課程教學(xué)模式陳舊，課堂缺乏互動(dòng)性

對(duì)于大部分地方高校而言，化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)主要通過黑板板書與多媒體教學(xué)相結(jié)合的方法進(jìn)行講解。即使教師能夠利用圖片與視頻等來演示化學(xué)反應(yīng)過程及設(shè)備構(gòu)造，生動(dòng)的描述課程的相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生也可以通過模擬的影像更加清楚的認(rèn)識(shí)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與原理。但是本課程存在理論公式具有較高的邏輯性及抽象性等問題，學(xué)生對(duì)理論的掌握仍有一定的困難，也不能對(duì)公式進(jìn)行很好的利用。對(duì)于課程教學(xué)以老師講課，學(xué)生聽課的方式進(jìn)行教學(xué)，不僅不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，而且也會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生厭倦的情緒，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量降低。因此，必須對(duì)教學(xué)模式增加新元素，提高學(xué)生課堂的參與互動(dòng)力度，讓學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)、新觀點(diǎn)等化工新進(jìn)展的學(xué)習(xí)和掌握更有興趣。

2.2 課程實(shí)踐教學(xué)局限在校內(nèi)，創(chuàng)新與工程能力培養(yǎng)重視不足

化學(xué)反應(yīng)工程作為一門工程性很強(qiáng)的課程，為使學(xué)生掌握本課程的基本理論和工程思想，培養(yǎng)學(xué)生分析與解決實(shí)際工程問題的能力，尤其需要特別加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。對(duì)于地方高校而言，學(xué)校硬件設(shè)施與當(dāng)?shù)鼗て髽I(yè)實(shí)際條件的限制，安排與課程相對(duì)應(yīng)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)較少。同時(shí)，學(xué)校課程實(shí)踐教學(xué)一般多在校內(nèi)使用實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置完成。學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)只能通過書本理論知識(shí)，沒有足夠多的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，缺少運(yùn)用課程相關(guān)理論和方法解決實(shí)際工程問題的鍛煉機(jī)會(huì)[3]。

因此，建立校外中試實(shí)驗(yàn)基地, 加強(qiáng)校企產(chǎn)學(xué)研合作，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)非常有必要。

3 化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革的著力點(diǎn)

3.1 引入工程案例與分析教學(xué)模式

工程案例與分析是教師在講授理論知識(shí)后，給出與課程相關(guān)的工程案例，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的理論知識(shí)對(duì)案例進(jìn)行分析、發(fā)現(xiàn)以及解決案例中存在的問題。教師在教學(xué)中引入案例教學(xué)，必須首先準(zhǔn)備好相關(guān)的工程案例。工程案例可以在平時(shí)參觀工廠時(shí)或帶領(lǐng)學(xué)生去實(shí)習(xí)時(shí)收集實(shí)際的工程案例[4]。工程案例也可以向經(jīng)驗(yàn)豐富的老師索取。同時(shí)，教師課下要花精力與時(shí)間把工程案例分析透徹。學(xué)生分成若干個(gè)3～5人的小組，通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館、期刊等查找資料，對(duì)老師提出的案例涉及的核心反應(yīng)器、分離器等設(shè)備在工業(yè)反應(yīng)過程、分離過程中的應(yīng)用進(jìn)行小組討論，然后再進(jìn)行課堂討論。通過工程案例的分析，提高學(xué)生自主思考能力、溝通能力和協(xié)作精神，同時(shí)加大學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性與主動(dòng)性。

3.2 加強(qiáng)化工輔助軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

仿真教學(xué)是理論和實(shí)踐之間一座新的橋梁,既是實(shí)踐教學(xué)手段,也是實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)中采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件等化工輔助軟件，從輔助實(shí)驗(yàn)、輔助反應(yīng)器模擬設(shè)計(jì)加深學(xué)生對(duì)反應(yīng)工程理論的理解，并掌握反應(yīng)器模擬和設(shè)計(jì)的方法[5]。同時(shí)，學(xué)生可通過Aspen軟件搭建所需的反應(yīng)體系模型，對(duì)化工生產(chǎn)中反應(yīng)、混合、分離、換熱、流體輸入等單元操作進(jìn)行模擬計(jì)算，避免了復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)及數(shù)值求解問題，使得反應(yīng)過程盡可能的形象化，有助于學(xué)生對(duì)反應(yīng)過程的理解并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[6]。

3.3 引入“互聯(lián)網(wǎng)+”化學(xué)反應(yīng)工程課模大賽與化工設(shè)計(jì)大賽新元素

“互聯(lián)網(wǎng)+”不但是一種全新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，更是一種新的發(fā)展模式。對(duì)于地方高校，可以嘗試組織學(xué)生進(jìn)行“互聯(lián)網(wǎng)+”化學(xué)反應(yīng)工程課模大賽，要求學(xué)生選擇化學(xué)反應(yīng)工程課程相關(guān)內(nèi)容如: 催化反應(yīng)過程及原理，反應(yīng)器設(shè)計(jì)及工作原理等通過制作課件、教學(xué)動(dòng)畫和動(dòng)漫、工程案例3D等作品來動(dòng)態(tài)講解和展示課程內(nèi)容[7]。此外，在教學(xué)中引入化工設(shè)計(jì)大賽新元素，將理論聯(lián)系實(shí)際教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)有較大幫助。

3.4 加強(qiáng)校企合作，擴(kuò)大實(shí)踐教學(xué)視野

化學(xué)反應(yīng)工程涉及反應(yīng)器從實(shí)驗(yàn)室放大到工業(yè)反應(yīng)器等一系列重要的化學(xué)工程問題，這要求課程實(shí)踐教學(xué)要突破單一校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)模式，走校企合作的道路，為學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐陣地，擴(kuò)大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)視野。

4 結(jié)論

“新工科”建設(shè)是我國高等工程教育主動(dòng)適應(yīng)國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然要求。對(duì)于地方高校，在新工科建設(shè)大背景下開展工程教育改革，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的優(yōu)勢，督促教師不斷學(xué)習(xí)新的教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變和優(yōu)化傳統(tǒng)教學(xué)方式和手段，提高學(xué)生參與課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，為學(xué)生提供更廣闊的實(shí)踐平臺(tái)，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。

[1] 趙 繼，謝寅波．新工科建設(shè)與工程教育創(chuàng)新[J]．高等工程教育研究，2017(5)：13-17，41．

[2] 李志鴻， 鄒復(fù)民．“新工科”背景下地方本科高校學(xué)科建設(shè)路徑探析-以福建工程學(xué)院交通運(yùn)輸工程學(xué)科為例[J]．福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，15(5)：486-490．

[3] 丁一剛，劉生鵬，吳元欣，等．改革化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)踐教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新人才大化工類人才培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)的實(shí)踐與探索[J]．化工高等教育，2009，26(4)：47-49，80．

[4] 秦祖贈(zèng)，文衍宣．工程案例討論與分析在《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)中的應(yīng)用[J]．廣州化工，2013，41(16)：208-209．

[5] 魏 菊，黃艷 ．淺談化工仿真在化工單元操作技術(shù)課程教學(xué)中的作用[J]．廣東化工，2017，44(13)：314，317-318．．

[6] 吳現(xiàn)力，王菊，杜春華，等．化工輔助軟件在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)中的應(yīng)用[J]．教育教學(xué)論壇，2016(18)：176-177．．

[7] 李愛蓉，李晶晶，王 宏，等．“互聯(lián)網(wǎng)+”化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)探索與實(shí)踐[J]．廣州化工，2017，45(1)：130，140-142．