淺談化工原理課程教學(xué)實(shí)踐中理解思考與創(chuàng)新

楊福 李露露 王旭裕 商丹紅 袁愛華

(江蘇科技大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

1 概述

化工原理是一門應(yīng)用型的工學(xué)學(xué)科，是為解決化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中工程問題的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程[1]。因此，化工原理課程教學(xué)在整個(gè)化工工業(yè)中具有舉足輕重的地位，化工原理課程的教、授也是在為培養(yǎng)下一代化工人做最堅(jiān)實(shí)的鋪墊。眾所周知，化學(xué)工業(yè)是將原料通過物理化學(xué)的方法加工得到有用產(chǎn)品的工業(yè)，其涉及到的化工工程就是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的過程，這其中需要解決的就是工程和工藝的問題。

化工原理作為研究化工生產(chǎn)中具有共同性工程問題的學(xué)科，因此這也決定了這門課程形式與內(nèi)容。其培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程后擁有工程定量計(jì)算的能力，并具備一定的工程觀點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)技能和設(shè)計(jì)能力。對(duì)比于其他的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)課程，化工原理課程所涉及的內(nèi)容多，包含質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞、熱量傳遞三塊，并且其公式復(fù)雜、理解難，學(xué)習(xí)過程需要學(xué)生具備較強(qiáng)的理論推導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)實(shí)踐總結(jié)概括能力。該課程與本科階段的基礎(chǔ)化學(xué)化工課程相互滲透，綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)，課程難度大。因此，探索高效的化工原理課程教學(xué)方式對(duì)于化工專業(yè)本科生教學(xué)具有重要的意義。

1.1 學(xué)生學(xué)習(xí)反饋與思考

化工原理的學(xué)習(xí)要求學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的物理和化學(xué)的知識(shí)背景和框架，課程中涉及的公式原理復(fù)雜，但其構(gòu)成知識(shí)點(diǎn)卻是大家在之前的基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該掌握的內(nèi)容。因此，課程初期學(xué)生在學(xué)習(xí)后普遍反映課程的理解難度大?；谡n程學(xué)時(shí)的要求，化工原理課堂教學(xué)講解知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容較大，并且無法對(duì)學(xué)生進(jìn)行細(xì)致的分析，這也造成了學(xué)生僅僅通過課堂教學(xué)無法完全接受老師所講授的全部知識(shí)內(nèi)容。因此，化工原理課程學(xué)習(xí)除開要求學(xué)生完成課堂基本的學(xué)習(xí)時(shí)間還需要適當(dāng)增加化工原理課后的學(xué)習(xí)，并且能夠根據(jù)老師課堂內(nèi)容加以梳理與進(jìn)一步理解。此外，新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)高速的發(fā)展也給學(xué)生提供了在課堂之外尋找更多教學(xué)視頻與學(xué)習(xí)資源的機(jī)會(huì)。例如，慕課的在線學(xué)習(xí)可以提供學(xué)生在無法完全理解課堂知識(shí)點(diǎn)的情況下利用課余時(shí)間進(jìn)行復(fù)習(xí)和溫課[2]。此外網(wǎng)絡(luò)視屏bilibili網(wǎng)站也給學(xué)生提供了線上的免費(fèi)視屏課程，其視屏課程包含了包括北京化工大學(xué)，南京工業(yè)大學(xué)等化工類名校化工原理教學(xué)名師的完整視屏課程。這可以為學(xué)生在課后內(nèi)容溫習(xí)提供很好的平臺(tái)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。也有助于學(xué)生在課后找到適合自身學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)資源。

于學(xué)生而言，化工原理課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生對(duì)化學(xué)工業(yè)過程有基本的認(rèn)識(shí)，這就需要學(xué)生能夠更多的關(guān)注工業(yè)案例，并能夠結(jié)合工程案例理解化工單元操作過程的基本原理與原則。其次，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中要學(xué)會(huì)綜合利用數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科知識(shí)，分析并研究單元操作及其設(shè)備的計(jì)算、設(shè)計(jì)、操作、優(yōu)化及過程強(qiáng)化，這也需要學(xué)生在課程設(shè)計(jì)及化工原理實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)一步的理解和下功夫。此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)化工原理專業(yè)課程中對(duì)所涉及的公式原理理解與運(yùn)用還在于課后習(xí)題的聯(lián)系。課后習(xí)題對(duì)于進(jìn)一步理解化工原理中推導(dǎo)所得的公式具有重要的意義。尤其是在公式繁冗的情況下，通過習(xí)題的練習(xí)可以快速地讓學(xué)生掌握公式的適用范圍和真正理解推導(dǎo)所得公式的意義。

1.2 任課教師再學(xué)習(xí)

化工原理的課程知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜，這本身也對(duì)任課教師產(chǎn)生了較大的壓力，例如，相同時(shí)間下如何能夠把課程內(nèi)容清晰準(zhǔn)確無誤的傳授給學(xué)生也考驗(yàn)了教師本身對(duì)化工原理的理解與課程整體的把控。隨著整體化工行業(yè)的蕭條，化工專業(yè)大學(xué)課程中對(duì)于化工類學(xué)生的培養(yǎng)也出現(xiàn)了新的模式，大多數(shù)化工類高校對(duì)碩士研究生和博士研究生的培養(yǎng)開始避開傳統(tǒng)化工體系的培養(yǎng)模式，而把更多的精力投入到信息時(shí)代中涉及的新材料、新能源的產(chǎn)業(yè)工業(yè)。因此，即使化工專業(yè)學(xué)生在本科階段接受了較為系統(tǒng)化工專業(yè)的培養(yǎng)，但在研究生甚至博士期間疏于對(duì)傳統(tǒng)化工操作過程的學(xué)習(xí)而荒廢更深層次的化工技術(shù)訓(xùn)練。目前，大多高校引進(jìn)年輕教師對(duì)化工原理甚至是化工專業(yè)課的教學(xué)出現(xiàn)嚴(yán)重脫節(jié)[3]。筆者認(rèn)為，化工原理課程教師應(yīng)該能夠重視起自身的再學(xué)習(xí)與實(shí)踐，能夠在教學(xué)與學(xué)習(xí)過程中深層次地向老一輩化工專業(yè)教師討教經(jīng)驗(yàn)，通過自身學(xué)習(xí)的新知識(shí)體系進(jìn)一步理解和完善對(duì)課程的理解，并能夠在教學(xué)和研究實(shí)踐中推廣工業(yè)過程研究與發(fā)現(xiàn)，把新技術(shù)和傳統(tǒng)化工過程的創(chuàng)新結(jié)合作為目標(biāo)。此外，高校教師應(yīng)當(dāng)能夠利用好網(wǎng)絡(luò)時(shí)代背景下學(xué)習(xí)與教學(xué)資源，通過先進(jìn)的教學(xué)模式與技術(shù)，進(jìn)一步推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程克服課程學(xué)習(xí)的困難。結(jié)合疫情期間的線上教學(xué)模式與探索，總結(jié)線上教學(xué)的學(xué)生學(xué)習(xí)狀況表現(xiàn)及得失，高校教師應(yīng)當(dāng)能夠充分地把握先進(jìn)的教學(xué)成果與模式，進(jìn)一步探索更適合當(dāng)代大學(xué)生的教學(xué)方式。

1.3 細(xì)化課本內(nèi)容

化工原理課本內(nèi)容所涉及的復(fù)雜公式推導(dǎo)與理論對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了較大困擾，尤其，在書本內(nèi)容追求簡(jiǎn)潔的要求下，很多對(duì)于公式的推導(dǎo)和理論解析變得非常簡(jiǎn)單，因此學(xué)生單獨(dú)只根據(jù)書本的自學(xué)幾乎無法完成獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)過程。并且，自習(xí)過程中往往會(huì)被個(gè)別公式推導(dǎo)卡主而無法進(jìn)行后續(xù)的理解，對(duì)大學(xué)生而言，大教室條件下課堂教學(xué)相對(duì)于高中的教學(xué)效率更低，學(xué)生無法近距離的和老師互動(dòng)或探討，但課堂遺留的問題也很難在課后通過自學(xué)完成，這也造成了化工原理課程教學(xué)存在的大的障礙。筆者認(rèn)為，化工原理課程書本應(yīng)當(dāng)能細(xì)化公式理論的解析，通過相應(yīng)的注解引導(dǎo)學(xué)生能夠獨(dú)立自主地完成課堂外的學(xué)習(xí)。此外，針對(duì)不同專業(yè)對(duì)化工原理課程要求的不同應(yīng)當(dāng)顯著區(qū)分課程書籍，并根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)安排學(xué)習(xí)章節(jié)。

1.4 實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新

化工原理是針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的學(xué)科，因此，本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新也應(yīng)當(dāng)緊隨本科教學(xué)的腳步，尤其是針對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與線上的虛擬仿真模擬技術(shù)應(yīng)該在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中加以推廣，例如，傳統(tǒng)的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的化工生產(chǎn)分離過程，但對(duì)于依托儀器進(jìn)行的精餾或者吸收卻很難讓學(xué)生真正的了解整個(gè)過程的發(fā)生。虛擬仿真可以讓學(xué)生進(jìn)一步的理解和探索化工單元過程中所涉及的實(shí)驗(yàn)儀器及分離過程的發(fā)生。并且線上虛擬仿真可以讓學(xué)生更準(zhǔn)確地獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并加以自由探索設(shè)置。另外，教學(xué)課程中的課程設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步引入創(chuàng)新課題調(diào)動(dòng)學(xué)生在學(xué)習(xí)化工原理知識(shí)以后充分的理解與運(yùn)用，適當(dāng)?shù)匕才艑W(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與一定的實(shí)驗(yàn)并創(chuàng)新，將會(huì)對(duì)化工原理本科教學(xué)產(chǎn)生積極的影響。

此外，化工原理課程設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分引入新的化工技術(shù)，并能夠通過開放的課題的設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步開闊自己的發(fā)散思維，通過小組成員間的討論與合作促進(jìn)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中對(duì)化工過程與工藝有深入的了解，并優(yōu)選出最佳的工藝路線和進(jìn)行工藝改進(jìn)。此外，課程設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分給予學(xué)生自主創(chuàng)新的空間，并通過課程設(shè)計(jì)與實(shí)際的工藝對(duì)比讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)過程中缺少的考慮因素等。

1.5 反饋評(píng)價(jià)與教學(xué)成效的綜合提升

化工原理教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)的建立教師與學(xué)生的溝通機(jī)制，教師針對(duì)學(xué)生每節(jié)課的課堂表現(xiàn)和不足做出課堂反饋和評(píng)價(jià)，同時(shí)學(xué)生在課堂教學(xué)結(jié)束后也應(yīng)當(dāng)通過合理的表達(dá)機(jī)制向老師反饋課堂知識(shí)接受情況。學(xué)生會(huì)根據(jù)教師對(duì)自己或者他人的反饋?zhàn)龀霾粩嗾{(diào)整自己、提升自己，同時(shí)教師的表達(dá)和展示也會(huì)無形之中影響著學(xué)生，發(fā)揮教師的言傳身教的隱形功能。這種雙向的反饋評(píng)價(jià)機(jī)制有助于學(xué)生和老師實(shí)時(shí)掌控自己的學(xué)習(xí)情況。但是這種反饋機(jī)制需要有合理的評(píng)價(jià)模式與平臺(tái)，這仍然需要學(xué)校層面給予教師和學(xué)生最大的支持。此外，教學(xué)成效的體現(xiàn)也需要通過實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和反饋，并不能完全按照期末的考試成果來評(píng)價(jià)教師和學(xué)生的學(xué)習(xí)與教學(xué)情況。

1.6 化工人使命感的培養(yǎng)

化工行業(yè)的發(fā)展歷史悠久，從老一輩科學(xué)家對(duì)單元操作過程中基本理論的探索、化工單元操作體系的建立到今天化工行業(yè)的快速發(fā)展可以說與我們所學(xué)習(xí)的化工原理課程的專業(yè)基本知識(shí)是密不可分的。我們?cè)趯W(xué)習(xí)化工原理過程也深感老一輩科學(xué)家在為基礎(chǔ)知識(shí)領(lǐng)域鋪墊做出的巨大努力與貢獻(xiàn)。從靜力學(xué)方程、伯努利方程、范寧公式等無不傾注的他們的心血，也為工業(yè)的實(shí)際設(shè)計(jì)與操作打開了前進(jìn)的大門，這其中各種公式的演化與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定可以說離不開科學(xué)家們不辭辛苦的大膽設(shè)想與小心求證。但是，化工行業(yè)在現(xiàn)今社會(huì)作為一種傳統(tǒng)工業(yè)受到環(huán)境、社會(huì)等巨大的沖擊和挑戰(zhàn)，對(duì)化工行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)提出了更高的要求，這也要求我們?cè)谂嘤碌幕そ影嗳耸切枰x予他們新的使命感和責(zé)任。因此，在化工原理授課過程中教師們應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)如今的化工發(fā)展趨勢(shì)，把新的理念與老一輩科學(xué)家對(duì)化工過程研究的深厚情愫慢慢地滲透到知識(shí)的傳遞中，讓學(xué)生們?cè)诨ぴ淼膶W(xué)習(xí)過程中逐步培養(yǎng)出對(duì)化工的情感，并帶著這份光榮的使命感繼續(xù)前行把傳統(tǒng)化工行業(yè)發(fā)展的更為出色。

2 結(jié)語

化工原理是本科教學(xué)中重要的專業(yè)性課程，具有顯著工程性和應(yīng)用性的特點(diǎn)。隨著工業(yè)和學(xué)術(shù)的不斷創(chuàng)新，對(duì)化工原理課程教學(xué)也提出了更高的要求，因此，課程創(chuàng)新與教學(xué)模式的探索刻不容緩，教學(xué)過程中更要注重理論教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。本文結(jié)合化工原理課程的教學(xué)特點(diǎn)，從各個(gè)方面淺談了該課程的教學(xué)改革措施，并結(jié)合自身的科研學(xué)習(xí)感悟?qū)ζ溥M(jìn)行了初步地論述。