提高化工原理課程教學(xué)質(zhì)量的研究與思考

范明霞 胡 兵 譚軍軍 熊 劍

(湖北工業(yè)大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院，湖北 武漢 430068)

化工原理是化工類專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程涉及化工單元操作原理及流程、工程計(jì)算、化工設(shè)備，綜合運(yùn)用高等數(shù)學(xué)、物理、四大化學(xué)、化工計(jì)算、計(jì)算機(jī)科學(xué)等知識(shí)，分析和解決化工生產(chǎn)中各種單元操作問題[1]，是學(xué)生專業(yè)知識(shí)構(gòu)建中“由理到工”的重要課程，在教學(xué)體系中起著由基礎(chǔ)課到專業(yè)課的橋梁作用。化工原理是我校精品課程，作為該課程的教師，在教學(xué)中如何把握課程特點(diǎn)，使學(xué)生盡快樹立工程觀念，較好地完成理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，是值得思考和研究的問題。筆者在教學(xué)實(shí)踐中圍繞優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、更新教學(xué)手段等方面開展課程教學(xué)改革，對(duì)不斷提高教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了探索與實(shí)踐。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1.1 精選課程內(nèi)容

應(yīng)根據(jù)需要來設(shè)計(jì)和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，并經(jīng)過不斷實(shí)踐逐步完善形成與人才培養(yǎng)模式相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。精簡(jiǎn)已修課程中學(xué)過的內(nèi)容，可引導(dǎo)學(xué)生將已學(xué)過的知識(shí)很自然地融合到化工原理學(xué)習(xí)中，這樣使學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)由被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)榉e極主動(dòng)的構(gòu)建知識(shí)。再者，為響應(yīng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的指導(dǎo)思想，各高校都存在課時(shí)減少的現(xiàn)狀，因此應(yīng)遵循“少而精”和“實(shí)用性”原則對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)刪減，對(duì)不常使用的內(nèi)容可略去不講。另外化工原理涉及的公式多且繁雜，針對(duì)“重應(yīng)用”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，在課堂教學(xué)時(shí)我們不應(yīng)過于注重繁重的公式推導(dǎo)和數(shù)學(xué)運(yùn)算過程，而應(yīng)重點(diǎn)講解公式的物理意義、適用條件、應(yīng)用及延伸等。對(duì)于經(jīng)典公式，應(yīng)該將公式的推導(dǎo)思路和技巧傳授給學(xué)生，起到觸類旁通的作用，這樣類似公式的推導(dǎo)學(xué)生在課下就可以獨(dú)立完成。

1.2 與專業(yè)有機(jī)結(jié)合

作為一所以工科為主的綜合性院校，我校化學(xué)工程與工藝、輕化工程、環(huán)境工程、生物工程、制藥工程及高分子材料等專業(yè)將化工原理設(shè)為必修的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。教師授課時(shí)，在保證教學(xué)內(nèi)容基本相同的前提下，應(yīng)該對(duì)不同的專業(yè)有所側(cè)重。如環(huán)境工程專業(yè)重在流體力學(xué)等動(dòng)量傳遞方面；高分子材料專業(yè)重在傳熱等熱量傳遞方面；制藥專業(yè)重在傳質(zhì)分離等質(zhì)量傳遞方面[2]。如果在給學(xué)生講授化工原理知識(shí)的同時(shí)，能與其專業(yè)緊密聯(lián)系，則可加深學(xué)生對(duì)化工原理相關(guān)理論的理解，使他們深刻體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的意義和價(jià)值，也使他們感受到化工原理的重要性，真正發(fā)揮該課程作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課的作用。

1.3 適當(dāng)結(jié)合前沿科學(xué)

現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)技術(shù)更新日益加快，只有熟悉、了解新技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，才能具有創(chuàng)造性，因此結(jié)合前沿科學(xué)適當(dāng)擴(kuò)展課程內(nèi)容是十分必要的。在講授化工原理理論知識(shí)的同時(shí)，適當(dāng)?shù)亟榻B一些和教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的現(xiàn)代科技成果和前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，以開闊學(xué)生視野，豐富教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)造學(xué)術(shù)氛圍，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。例如，講傳質(zhì)分離方法，吸附過程的應(yīng)用日益普遍，同時(shí)吸附技術(shù)在氣-固相、液-固相的傳質(zhì)過程中有廣泛應(yīng)用及典型意義；講傳熱設(shè)備，許多新型傳熱管，其傳熱效率極佳，已廣泛使用；講新型分離方法，膜分離技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的新型分離方法，使用范圍相當(dāng)廣泛等。

2 改進(jìn)教學(xué)方法

2.1 運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性

教育家第斯多惠說“教學(xué)成功的藝術(shù)就在于使學(xué)生對(duì)你所教的東西感到有趣”。所謂啟發(fā)教學(xué)法，是通過啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的思維，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的教學(xué)方法[3]。通過舉例和提問，逐步啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考和探索，而不是單純地讓學(xué)生知道某個(gè)問題，記著某個(gè)結(jié)論。例如，在流體流動(dòng)章節(jié)講述分支管路時(shí)，通過分析城市供水供氣的管路布置來理解分支管路中流量分配的特征。再如，在傳熱章節(jié)的教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生從自然對(duì)流的角度分析，加熱器和冷卻器分別應(yīng)置于房間的上部還是下部？課堂上采用啟發(fā)式教學(xué)不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的濃厚興趣，同時(shí)還促進(jìn)相關(guān)知識(shí)的透徹理解，并做到學(xué)以致用。同時(shí)使師生在教與學(xué)的過程中，學(xué)生緊跟教師思路。此外，啟發(fā)式教學(xué)還可以鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題的能力。

2.2 重視教學(xué)互動(dòng)，增強(qiáng)教學(xué)效果

互動(dòng)式教學(xué)應(yīng)為師生之間雙邊互動(dòng)、是一種雙向的行為，成功的課堂教學(xué)應(yīng)把“單邊”講授“滿堂灌”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半p邊”互動(dòng)教學(xué)[4]。學(xué)生是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的主角，在教學(xué)過程中除了“傳道授業(yè)解惑”，更重要的是使學(xué)生掌握良好的學(xué)習(xí)方法、形成科學(xué)的思維和態(tài)度、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和工程觀念等。在授課過程中營(yíng)造民主和諧的課堂，重視師生間教與學(xué)的雙邊互動(dòng)，盡量做到“授之以漁”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性和課堂參與意識(shí)。在課間或課后多與學(xué)生交談溝通，了解學(xué)生的聽課效果和學(xué)習(xí)難點(diǎn)，及時(shí)改進(jìn)教學(xué)方式。通過注重教與學(xué)的互動(dòng)，達(dá)到“教”與“學(xué)”的最佳結(jié)合，增強(qiáng)教學(xué)效果。

2.3 運(yùn)用比較法，加強(qiáng)學(xué)生理解應(yīng)用能力

所謂比較法就是通過對(duì)比研究對(duì)象之間的異同，了解事物之間的聯(lián)系與區(qū)別的一種邏輯方法[5]?！叭齻饕环础笔腔ぴ碚n程的主線，在授課時(shí)可將動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞原理和計(jì)算的相似性進(jìn)行類比。例如，牛頓粘性定律、傅立葉定律和費(fèi)克定律在動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞表達(dá)式的相似性及各自的物理意義。又如，動(dòng)量傳遞中摩擦系數(shù)采用因次分析法得出是雷諾準(zhǔn)數(shù)等函數(shù)關(guān)系式，在講授傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)系式通過類比的方法很容易掌握和理解。在“化工原理”課程中，不少概念是很相近的。例如，壓力與壓頭、熱通量與熱流密度等，授課過程中對(duì)這些概念在單獨(dú)講解后，進(jìn)行對(duì)比，指明它們的異同點(diǎn)，加深理解并避免混淆。另外，每種化工單元操作均有其通用設(shè)備，但設(shè)備種類繁多，每章總結(jié)時(shí)可對(duì)本單元操作設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能、操作、適用范圍等方面進(jìn)行綜合對(duì)比。比較法的合理運(yùn)用，可以大大提高學(xué)生的理解能力和記憶能力。

2.4 聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

化工原理是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生初學(xué)化工原理時(shí)總會(huì)有一種不得要領(lǐng)的感覺，覺得這門課程很多知識(shí)點(diǎn)很難理解清楚。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，在教學(xué)中應(yīng)盡量避免照本宣科式教學(xué)，要適當(dāng)聯(lián)系生活實(shí)際進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中真正體會(huì)到化工原理與生產(chǎn)生活的密切關(guān)系。筆者在上課過程中特別注重把生活事例和生產(chǎn)實(shí)際與書本知識(shí)聯(lián)系起來。例如：講到管路及管路計(jì)算可提出：我們生活中，水怎樣到達(dá)我們的宿舍、我們?cè)鯓诱{(diào)節(jié)水的流量；講到過濾，舉生產(chǎn)純凈水的例子；由夏天人們?yōu)槭裁闯４\色衣服引出熱輻射；由泡方便面聞到誘人的香味引出擴(kuò)散及傳質(zhì)概念；從低碳環(huán)保的角度引出吸收在工業(yè)廢氣排放達(dá)標(biāo)中的重要作用。將晦澀難懂的理論知識(shí)與同學(xué)們熟知的生活生產(chǎn)事例結(jié)合，不僅增強(qiáng)了課堂的趣味性，同時(shí)增加了學(xué)生對(duì)這門課程的親切感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 更新教學(xué)手段

3.1 多媒體輔助教學(xué)

教學(xué)過程中運(yùn)用視頻、動(dòng)畫等計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，可形象生動(dòng)地呈現(xiàn)工藝流程、設(shè)備操作現(xiàn)象和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，顯示出傳統(tǒng)教學(xué)手段無法比擬的優(yōu)越性[6]。例如流體流動(dòng)過程中的邊界層分離是一個(gè)難點(diǎn)，通過制作的動(dòng)畫，可以很清楚地展示流體繞過物體流動(dòng)和邊界層分離的效果；在講授流體輸送機(jī)械時(shí)，把離心泵的結(jié)構(gòu)和泵的運(yùn)轉(zhuǎn)、液體在泵內(nèi)的流動(dòng)通過圖像和動(dòng)畫的形式展示給學(xué)生，有助于學(xué)生掌握離心泵的結(jié)構(gòu)、氣縛和汽蝕等知識(shí)點(diǎn)；在傳熱設(shè)備教學(xué)過程中，各種復(fù)雜的換熱器，如列管式換熱器、夾套式換熱器等都可以通過錄像和動(dòng)畫的形式向?qū)W生直觀、有效地加以演示。在講解濕空氣的H-I圖時(shí)，圖中有等溫線、等濕線、等焓線、等相對(duì)濕度線、水汽分壓線等，利用多媒體將圖線清晰地展現(xiàn)出來，教師可以清楚地講解各條線的做法及如何利用H-I圖查取不同狀態(tài)下濕空氣的狀態(tài)參數(shù)。

雖然運(yùn)用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)在增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)、擴(kuò)寬知識(shí)面等方面發(fā)揮了重要作用，傳統(tǒng)的教學(xué)手段黑板板書的形式運(yùn)用到今天，仍然有它可取的一面。對(duì)于一些重點(diǎn)理論性內(nèi)容以及公式推導(dǎo)、設(shè)計(jì)方法、計(jì)算思路等方面，必須結(jié)合板書進(jìn)行講解，使學(xué)生的思路更容易跟上教師授課的節(jié)奏。只有在教學(xué)過程中將傳統(tǒng)授課形式與多媒體教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合起來，從學(xué)生理解的角度加以融合、提煉，才能收到良好的教學(xué)效果。

3.2 采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

我們以精品課程為依托，建立化工原理精品課程網(wǎng)站，該網(wǎng)站內(nèi)容涵蓋了授課錄像、電子教案、多媒體課件、動(dòng)畫庫、圖片庫、思考題與習(xí)題、在線答疑等內(nèi)容，以便學(xué)生隨時(shí)在網(wǎng)上開展自學(xué)、練習(xí)和討論等。另外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以充分利用現(xiàn)代化通信手段構(gòu)建師生交流平臺(tái)，為加強(qiáng)教師和學(xué)生的交流溝通提供更多機(jī)會(huì)[7]。筆者作為管理員建立本?！盎ぴ怼比海o師生提供學(xué)習(xí)探討的平臺(tái)。此外，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提升了教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用先進(jìn)科技的能力，顯示了利用現(xiàn)代教育技術(shù)和教學(xué)設(shè)施開展教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和成果。

4 結(jié)束語

課程教學(xué)是一項(xiàng)綜合性系統(tǒng)工程，提高化工原理課程教學(xué)質(zhì)量我們還有很多工作要做?；ぴ硎腔ゎ愊嚓P(guān)專業(yè)的必修課程，只有在實(shí)踐中不斷探索、鉆研、總結(jié)和完善，才能使理論教學(xué)工作與時(shí)俱進(jìn)。葉圣陶先生說過：教學(xué)有法、教無定法、貴在得法。我們將在今后的教學(xué)工作中圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，有效地提高教學(xué)質(zhì)量和水平。