小學(xué)時(shí)化工原理課程教學(xué)探索

張杰　李鵬　蔣蘇毓

[摘 要] 化工原理作為化工類專業(yè)的核心課程，是學(xué)生了解化工生產(chǎn)的第一步，也是從理論到實(shí)際生產(chǎn)的重要過渡。盡管該課程在非化工類院系作為小學(xué)時(shí)課程，但在教學(xué)過程中仍存在諸多問題。以制藥專業(yè)為例，就該門小學(xué)時(shí)課程并結(jié)合學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行探討，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，引進(jìn)新型教學(xué)手段，并取得了良好的教學(xué)效果，提高了課堂效率。

[關(guān)鍵詞] 化工原理;教學(xué)探索;翻轉(zhuǎn)課堂

[作者簡介] 張 杰（1989—），男，河南新鄉(xiāng)人，博士，鄭州大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院講師，研究方向：催化氧化水處理;蔣蘇毓（通信作者）（1981—），女，江蘇泰州人，博士，鄭州大學(xué)化工學(xué)院講師，研究方向：催化高級(jí)氧化。

[中圖分類號(hào)] G423? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）25-0233-02? ? [收稿日期] 2020-02-04

一、背景

化工原理作為工科類專業(yè)的公共課程和化工類專業(yè)的核心主干課程，以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和物理化學(xué)為基礎(chǔ)，以“三傳一反”（質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、動(dòng)量傳遞和反應(yīng)工程）相關(guān)理論為主要連接線，研究生產(chǎn)過程中涉及到的單元操作的基本原理、過程計(jì)算，設(shè)備選型設(shè)計(jì)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力[1，2]。這門課程作為非化工類專業(yè)學(xué)生接觸、了解化工生產(chǎn)的第一步，是他們從學(xué)習(xí)理科科學(xué)理論到工科實(shí)際生產(chǎn)的重要過渡。

在教學(xué)過程中，盡管本課程在非化工類院系作為小學(xué)時(shí)課程，教學(xué)內(nèi)容也存在著理論概念多、公式計(jì)算多、生產(chǎn)單元設(shè)備多、系統(tǒng)性差的問題，加上這些學(xué)生在課程之前普遍對(duì)化工生產(chǎn)缺乏了解，大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中都會(huì)感覺化工原理課程內(nèi)容枯燥，晦澀難懂。

比如化工原理課程中存在較多的數(shù)學(xué)公式，從一開始的流體流動(dòng)內(nèi)容中的伯努利定律，到最后一章干燥過程干燥空氣量的計(jì)算，每一章內(nèi)容都貫穿著計(jì)算過程。而這里面多數(shù)數(shù)學(xué)公式和相關(guān)參數(shù)的余量設(shè)定并非通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出，而是通過實(shí)際工程實(shí)踐中的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出。對(duì)于我校藥學(xué)院學(xué)生，該課程雖然被安排在大三第一學(xué)期，然而作為傳統(tǒng)的理科院系，幾乎所有學(xué)生都沒有參加過生產(chǎn)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，連工廠的基本生產(chǎn)裝置都不曾見過，學(xué)生很難通過課本上的敘述在腦海中形成畫面，再加上課程的小學(xué)時(shí)的客觀設(shè)定，教師很難在授課過程中對(duì)于授課內(nèi)容面面俱到，只能對(duì)于一部分內(nèi)容做出介紹，直接給出結(jié)論，課堂內(nèi)容邏輯性不強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生課堂開小差、打瞌睡，課后作業(yè)拖延敷衍。

針對(duì)以上問題，作者認(rèn)為必須對(duì)小學(xué)時(shí)化工原理教學(xué)進(jìn)行改革，要針對(duì)學(xué)生的專業(yè)特色對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，豐富教學(xué)手段以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引他們聽課的注意力，迅速理解記憶單元操作的相關(guān)概念和原理，降低學(xué)習(xí)難度。

二、探索路徑

1.結(jié)合學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)。小學(xué)時(shí)化工原理課程通常為一個(gè)學(xué)期，48個(gè)學(xué)時(shí)（課堂理論教學(xué)部分，不包含實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)），安排在大二下半學(xué)期或者大三上半學(xué)期進(jìn)行。制藥專業(yè)主要研究的是藥物機(jī)理、病理和新型藥研發(fā)等，是一門偏理科內(nèi)容的學(xué)科。在講授化工單元操作、化工過程時(shí)，盡可能將制藥方面相關(guān)生產(chǎn)實(shí)例與日常生活結(jié)合來講解。比如化工原理第一章流體流動(dòng)和第二章流體輸送機(jī)械作為化工生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其中的伯努利方程、流體流動(dòng)過程中阻力的近似、離心泵的選擇等是化工原理的核心內(nèi)容。在講解這一部分時(shí)，可以和學(xué)生討論這么一個(gè)問題：我們假設(shè)反應(yīng)釜高度在教學(xué)樓二樓位置，同時(shí)我們的制藥原料需要從地面由離心泵打入反應(yīng)釜，在這樣一個(gè)未加其他任何限定的開放性問題中，學(xué)生們回答問題就需要考慮影響流體流動(dòng)和離心泵工作曲線的各個(gè)因素，例如選取的管徑、假設(shè)的流速是否能夠滿足生產(chǎn)需求，如果存在同時(shí)向兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)釜供料，那么主管道和支管道管徑該如何分配，物料輸送過程中阻力和需要的離心泵揚(yáng)程受到哪些因素影響，該如何近似確定等。這些內(nèi)容可以在學(xué)生發(fā)言后分步引入，逐層深入，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些問題進(jìn)行思考。由于客觀因素比如反應(yīng)釜的高度、生產(chǎn)原料選擇為某種藥物原料等比較接近學(xué)生日常學(xué)習(xí)生活，這個(gè)問題既可以活躍課堂氣氛，又能激發(fā)學(xué)生課堂互動(dòng)，過程中可以理解和掌握枯燥的理論和計(jì)算方法，從而取得良好的教學(xué)效果。

2.豐富教學(xué)內(nèi)容。本課程的理論知識(shí)點(diǎn)紛雜、內(nèi)容過于抽象，因此課堂中引入多媒體課件不僅可以幫助同學(xué)們將理論知識(shí)形成畫面，還可以幫助同學(xué)們理解設(shè)備的工作過程，更好地理解單元操作過程。在課堂上，課程內(nèi)容中的公式、設(shè)備原理、數(shù)據(jù)圖等可以通過形象的動(dòng)畫演示得以表達(dá)，可以讓學(xué)生們集中注意力，避免因?yàn)閮?nèi)容的枯燥放棄聽課。由于了解了設(shè)備的工作過程，對(duì)其工作原理的理解和掌握也更有信心和目的性。

3.新型教學(xué)手段。為了進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，一些新型的教學(xué)手段被嘗試使用在化工原理教學(xué)過程，比如源自美國的翻轉(zhuǎn)課堂[3，4]。在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)過程中，首先需要授課教師將知識(shí)點(diǎn)錄制成微視頻通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)向?qū)W生公開，學(xué)生提前進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)，之后在課堂上由教師進(jìn)行引導(dǎo)，提出課程內(nèi)容相關(guān)問題，與學(xué)生討論解決，最后由教師對(duì)未能解決的問題進(jìn)行集中講解[5]。

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，大部分學(xué)生進(jìn)入課堂之前都沒有經(jīng)過預(yù)習(xí)這一重要過程，因此在公式繁多、內(nèi)容難懂的課堂上學(xué)生難以集中注意力全心學(xué)習(xí)，而通過翻轉(zhuǎn)課堂，教師可以通過網(wǎng)絡(luò)督學(xué)的功能督促學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，在課堂上可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和了解，帶著問題進(jìn)入課堂討論，既增加了學(xué)生與老師的互動(dòng)，又能避免學(xué)生在課堂上開小差，做其他與課堂無關(guān)的事情，以提高課堂效率。

但是，在使用新型教學(xué)手段教學(xué)中需要注意，讓學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)，不能簡單要求學(xué)生只是看課本、記公式，而應(yīng)該提出一個(gè)比較有意思的話題交給學(xué)生，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外在微課視頻上的講解也需要生動(dòng)形象，不能枯燥陳述知識(shí)點(diǎn)，而要通過課前設(shè)定的話題引導(dǎo)學(xué)生逐漸理解各章節(jié)中的重點(diǎn)難點(diǎn)，達(dá)到事半功倍的效果。

三、總結(jié)

教師在教學(xué)過程中，要根據(jù)小學(xué)時(shí)化工原理課程的知識(shí)特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)大綱的編制，結(jié)合課堂上講解過程中的重點(diǎn)內(nèi)容，關(guān)注學(xué)生們聽課后的反饋，積極采取講授結(jié)合問答的教學(xué)方法。傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法只會(huì)讓課堂死氣沉沉，學(xué)生們或跑神睡覺，或缺席逃課?；ぴ碓谛W(xué)時(shí)的限定下容易讓學(xué)生感到復(fù)雜枯燥，如果教師不對(duì)教學(xué)方式方法進(jìn)行改進(jìn)，則難以提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)質(zhì)量?？偠灾?，授課需要互動(dòng)，需要教學(xué)交互評(píng)價(jià)，互動(dòng)的授課不僅可以增強(qiáng)學(xué)生注意力，更可以達(dá)到提高授課質(zhì)量的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[5]車玉紅.“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法在食品檢測技術(shù)課堂教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（6）：279-282.

Abstract：Principles of Chemical Engineering，as a core course for chemical engineering majors，is the first step for students to understand chemical production，and it is also an important transition from theory to actual production.This course is regarded as a short-period course in non-chemical engineering colleges，and there are still many problems in the teaching process.Therefore，this article takes the pharmaceutical specialty as an example，discusses this course and the characteristics of the pharmaceutical specialty，breaks the traditional teaching model，proposes new teaching methods，and has achieved good teaching results and improved classroom efficiency.

Key words：Principles of Chemical Engineering;teaching exploration;Flipped Classroom