《高等反應(yīng)工程》課程教學(xué)改革與探索

王遠(yuǎn)強(qiáng) 劉錫建 楊夢(mèng)茹

摘?要：《高等反應(yīng)工程》以化學(xué)反應(yīng)工程的基本原理為基礎(chǔ)，以化工生產(chǎn)為背景，是化學(xué)工程與技術(shù)碩士研究生修讀的一門重要學(xué)位課程。在建設(shè)高水平應(yīng)用型大學(xué)一流研究生人才培養(yǎng)的新形勢(shì)下，通過(guò)分析了課程教學(xué)目前存在的問(wèn)題，改革課程教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)研究生工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提出了課程教學(xué)手段和方法的改革措施。最后對(duì)促進(jìn)課程教學(xué)改革的研究生“學(xué)”與教師“教”提出了建議。

關(guān)鍵詞：高等反應(yīng)工程;課程;教學(xué)改革;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法與手段

教育部《學(xué)位與研究生教育“十三五”規(guī)劃》及上海市教委《上海高等學(xué)校創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制，發(fā)展一流研究生教育試行方案》對(duì)當(dāng)前高等教育改革提出了迫切要求，即提高學(xué)生的分析和解決問(wèn)題能力。作為化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科工程教育的核心專業(yè)課程，《高等反應(yīng)工程》以化學(xué)反應(yīng)工程的基本原理為基礎(chǔ)，以化工生產(chǎn)為背景，是研究生修讀的一門重要學(xué)位課程[1]，其內(nèi)容重點(diǎn)是向?qū)W生介紹反應(yīng)工程中的基本概念、理論和研究方法，應(yīng)用遍及石油化工、精細(xì)化工、煤化工、生物化工、醫(yī)藥、冶金及輕工等許多領(lǐng)域，擔(dān)負(fù)著化工類創(chuàng)新研究型人才教育的任務(wù)。因此，在建設(shè)高水平應(yīng)用型大學(xué)一流研究生人才培養(yǎng)的新形勢(shì)下，針對(duì)研究生工程教育改革[2]，如何結(jié)合《高等反應(yīng)工程》課程的工程應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)創(chuàng)新和完善該課程的培養(yǎng)機(jī)制是十分有必要的。

一、《高等反應(yīng)工程》課程教學(xué)存在的問(wèn)題

研究生教育與本科生教育不同，其實(shí)質(zhì)是培養(yǎng)研究生的自主學(xué)習(xí)能力、科研能力及工程實(shí)踐能力。因此，高等反應(yīng)課程的學(xué)習(xí)不僅是要求其掌握基礎(chǔ)理論，還需要具有把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作的能力。傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式較陳舊，課堂缺乏互動(dòng)性。對(duì)于大多數(shù)高校而言，《高等反應(yīng)工程》課程教學(xué)主要靠教師板書(shū)與課件展示相結(jié)合的方法進(jìn)行講解，可以利用圖片與視頻來(lái)演示化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程及原理，一定程度上能吸引學(xué)生的注意力。但是本課程在理論知識(shí)方面具有較強(qiáng)的邏輯性和抽象性，學(xué)生對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的理論掌握仍有很大的困難，可能會(huì)產(chǎn)生厭學(xué)情緒，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量降低。因此，必須增加新的課程元素來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，即按照學(xué)科的特色和發(fā)展，改革《高等反應(yīng)工程》課程內(nèi)容，采用適應(yīng)研究生培養(yǎng)質(zhì)量要求的教學(xué)方法和手段具有重要的意義。

二、《高等反應(yīng)工程》課程教學(xué)內(nèi)容改革

《高等反應(yīng)工程》課程旨在為化學(xué)工程與技術(shù)類研究生從事學(xué)術(shù)研究和解決化工實(shí)際問(wèn)題打下基礎(chǔ)，本課程以產(chǎn)低能耗、低物耗、高產(chǎn)率的化工生產(chǎn)為目標(biāo)，側(cè)重化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析兩個(gè)方面。然而，學(xué)生在本科階所學(xué)的反應(yīng)工程內(nèi)容偏重于理想均相反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)器設(shè)計(jì)，與真實(shí)過(guò)程相差較大，也有相當(dāng)一部分學(xué)生在本科階段掌握的工程類知識(shí)較欠缺，因此，研究生階段的《高等反應(yīng)工程》課程有必要拓展內(nèi)容的廣度和深度。

（一）增加課程源頭性內(nèi)容，完善課程體系

當(dāng)前，在創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)導(dǎo)向基礎(chǔ)上，可以充分利用現(xiàn)有《高等反應(yīng)工程》的知識(shí)體系[3]，增加重要背景和來(lái)源性內(nèi)容，進(jìn)一步完善課程架構(gòu)，有利于提升學(xué)生對(duì)課程的感性認(rèn)識(shí)，滿足學(xué)生追根溯源的好奇心，培養(yǎng)其興趣和創(chuàng)造力，而創(chuàng)造力往往是先通過(guò)感性認(rèn)識(shí)引起的。例如，在課程教學(xué)過(guò)程中增加了反應(yīng)工程發(fā)展史、學(xué)科中的地位以及“化工放大”中的應(yīng)用等內(nèi)容，使學(xué)生能感性地了解課程學(xué)習(xí)目標(biāo);在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上引用原文增加了熱力學(xué)知識(shí)，給出案例，讓學(xué)生充分理解熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等關(guān)系，并理解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的重要基礎(chǔ)作用;在均相反應(yīng)器、氣固相反應(yīng)器和氣液相反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析基礎(chǔ)上，引用這最原始文獻(xiàn)以及這些反應(yīng)器在科研和化工生產(chǎn)中的應(yīng)用等重要文獻(xiàn)，比平鋪直敘更能加強(qiáng)學(xué)生的興趣，更能牢固掌握這些概念。

（二）融合交叉學(xué)科內(nèi)容，加深課程學(xué)習(xí)深度

化工實(shí)際問(wèn)題不僅僅是這一門課程所能解決的，因而在授課過(guò)程中融合交叉學(xué)科的內(nèi)容，加強(qiáng)課程學(xué)習(xí)的深度。例如，在化工實(shí)際反應(yīng)器選型上，不僅要用本課程的相關(guān)知識(shí)，還要考慮到工藝流程控制、設(shè)備要求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、工程管理等方面的知識(shí)，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)是個(gè)系統(tǒng)的工程，不能孤立所學(xué)的課程，這一點(diǎn)對(duì)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的研究生來(lái)說(shuō)尤為必要。另外，要求學(xué)生結(jié)合自己研究課題，在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上完成與反應(yīng)器相關(guān)的課程匯報(bào)，并展開(kāi)課堂討論，及時(shí)依據(jù)匯報(bào)內(nèi)容拓展與課程相關(guān)的交叉學(xué)科內(nèi)容，讓學(xué)生在匯報(bào)時(shí)能思考和聯(lián)系已學(xué)過(guò)的課程和已掌握的知識(shí)，從而能夠培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力。例如在教材中并未涉及的生物膜反應(yīng)器、微通道反應(yīng)器和光催化反應(yīng)器等，課程教師根據(jù)匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并拓展，能有效增強(qiáng)課程的深度，促進(jìn)研究生的科研興趣，能夠了解到學(xué)科領(lǐng)域的一些前沿知識(shí)[4]。

三、《高等反應(yīng)工程》課程教學(xué)方法與手段改革

《高等反應(yīng)工程》課程涉及的有限知識(shí)，能有效用于研究課題和工程實(shí)際，是優(yōu)秀研究生所具備的重要素養(yǎng)，因而對(duì)于授課教師來(lái)說(shuō)，采用有力、有效、有利的教學(xué)方法和手段，能達(dá)到傳授知識(shí)、培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力顯得尤為重要。

（一）挖掘課程德育內(nèi)涵和元素，開(kāi)展課程思政改革

當(dāng)前，“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人”是教育的根本問(wèn)題，本課程緊跟新時(shí)代高等教育發(fā)展新要求，以“立德樹(shù)人”為課程教學(xué)與改革的根本標(biāo)準(zhǔn)，挖掘課程德育內(nèi)涵和元素，開(kāi)展課程思政改革，切實(shí)把思政內(nèi)容貫穿教育教學(xué)過(guò)程中。依據(jù)現(xiàn)代化工行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)當(dāng)代化工類研究生應(yīng)有的價(jià)值觀與社會(huì)責(zé)任感。例如，在講授化學(xué)反應(yīng)器的選型與設(shè)計(jì)時(shí)，注重強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮法律法規(guī)、工程倫理和道德、安全環(huán)保等因素，從而把看似和本課程毫無(wú)關(guān)聯(lián)的社會(huì)主義核心價(jià)值觀融入課程中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一。本課程以思政為載體，使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到化工與人們的“衣、食、住、行”密切相關(guān)，承載人類美好生活的重任，從而增強(qiáng)化工生產(chǎn)的愛(ài)好與興趣，立足課程，培養(yǎng)吃苦耐勞、踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)、追求卓越、心系社會(huì)的優(yōu)秀品質(zhì)，成為時(shí)代擔(dān)當(dāng)?shù)母呒?jí)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

（二）采用特色教材，提升教學(xué)效果

本課程研究分析了國(guó)內(nèi)外同類教材，采用適合課程內(nèi)容、教學(xué)方法與手段的特色教材，力求做到開(kāi)闊研究生學(xué)習(xí)課程的思路，理論知識(shí)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，有效提升課程教學(xué)效果。因此，結(jié)合《高等反應(yīng)工程》的課程工程特點(diǎn)，配套使用國(guó)內(nèi)知名化工類高校如天津大學(xué)、華東理工大學(xué)、浙江大學(xué)等院校編寫的教材作為參考書(shū)，完成了課程多媒體課件、課程前沿文獻(xiàn)、課程教學(xué)方案、課程典型案例等在內(nèi)的課程線上資源，實(shí)行課程線上、線下混合討論的教學(xué)模式等課程輔助教學(xué)手段，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件。

（三）加強(qiáng)科研和化工生產(chǎn)案例分析在課程中的運(yùn)用

高等反應(yīng)工程課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師的研究主要側(cè)重在化工工藝、工業(yè)催化、化工設(shè)備等方向，教師們均具備化工企業(yè)工作的經(jīng)驗(yàn)。因此，在課程教學(xué)過(guò)程中，可以將較枯燥的反應(yīng)工程基本原理與科研內(nèi)容進(jìn)行結(jié)合，例如，在講授獨(dú)立反應(yīng)數(shù)時(shí)候，可以結(jié)合課題組研究的乙醇水蒸氣重整反應(yīng)，根據(jù)給定的反應(yīng)物和多種產(chǎn)物分布，讓學(xué)生來(lái)確定其獨(dú)立反應(yīng)式。另一方面，利用教師的工程背景，在講授化工過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)器知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以進(jìn)行拓寬，直接引入化工生產(chǎn)案例。例如在講授氣固相反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)器內(nèi)容時(shí)，可以舉例硫酸生產(chǎn)的二氧化硫氧化工段，其反應(yīng)工藝參數(shù)的設(shè)定與課程中的最優(yōu)溫度實(shí)施和控制密切關(guān)聯(lián)。科研案例和化工生產(chǎn)案例運(yùn)用到課程教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生將課程理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，達(dá)到良好的“教”和“學(xué)”互動(dòng)。

（四）引入化工過(guò)程模擬手段，輔助課程教學(xué)

高等反應(yīng)工程課程強(qiáng)調(diào)化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)以及化工過(guò)程反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作穩(wěn)定性，課程內(nèi)容傳授的基本原理，但無(wú)法讓學(xué)生有直觀的認(rèn)識(shí)。利用化工過(guò)程模擬軟件是實(shí)現(xiàn)理論和化工實(shí)際過(guò)程的重要手段[5]，能夠獲得在特定條件下的熱力學(xué)數(shù)據(jù)、動(dòng)力學(xué)模擬、化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)以及化工操作流程，尤其是考慮到“三傳”影響下接近于化工真實(shí)場(chǎng)景的模擬過(guò)程，能有效降低復(fù)雜的推導(dǎo)和計(jì)算過(guò)程，使反應(yīng)器設(shè)計(jì)和反應(yīng)過(guò)程更具體，避免理論知識(shí)傳授的抽象化，有利于加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握，有效提升課程教學(xué)效果。此外，當(dāng)今各行業(yè)越來(lái)越重視信息化和計(jì)算機(jī)技術(shù)，作為傳統(tǒng)制造業(yè)的化工更應(yīng)進(jìn)行升級(jí)改造，因而在課程教學(xué)中突出化工過(guò)程模擬手段的重要性顯得尤為重要，是化學(xué)工程與技術(shù)碩士研究生參與學(xué)科類競(jìng)賽的必備技能，也是新一輪科學(xué)技術(shù)革命形勢(shì)下化工類人才對(duì)自身更高的專業(yè)素養(yǎng)要求。

（五）引入“互聯(lián)網(wǎng)+”反應(yīng)工程課模大賽

“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)于建設(shè)高水平應(yīng)用型的地方高校，可以嘗試組織學(xué)生進(jìn)行“互聯(lián)網(wǎng)+”反應(yīng)工程課模大賽[6]，要求學(xué)生選擇高等反應(yīng)工程課程相關(guān)內(nèi)容如：催化反應(yīng)過(guò)程及原理、反應(yīng)器設(shè)計(jì)及工作原理等通過(guò)制作課件、教學(xué)動(dòng)畫(huà)和動(dòng)漫、工程案例3D等作品來(lái)動(dòng)態(tài)講解和展示課程內(nèi)容。

四、結(jié)語(yǔ)

在新時(shí)代高等教育改革背景下的課程教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，我們應(yīng)始終以學(xué)生為中心開(kāi)展工程教育改革，將思政元素融合在課程教學(xué)過(guò)程中，建立健全課程教學(xué)管理制度，嚴(yán)格按照規(guī)定開(kāi)展課程教學(xué)。一方面，在課程教學(xué)內(nèi)容上加強(qiáng)廣度和深度，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使課程內(nèi)容能夠有效服務(wù)于研究課題和工程實(shí)際;另一方面，進(jìn)一步加強(qiáng)師德與師能建設(shè)，合作開(kāi)發(fā)、跨學(xué)科合作，積極探索新問(wèn)題與改革教學(xué)方法，在教學(xué)過(guò)程中勇于實(shí)踐?！敖獭迸c“學(xué)”的良性循環(huán)，能培養(yǎng)學(xué)生獲取課程知識(shí)的能力以及工程創(chuàng)新能力的提升，推動(dòng)地方高校創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[6]張麗麗.“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)工程混合式教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D].西北民族大學(xué)，2020.

基金項(xiàng)目：2020年上海工程技術(shù)大學(xué)一流研究生培養(yǎng)項(xiàng)目——《高等反應(yīng)工程》課程建設(shè);2020年上海工程技術(shù)大學(xué)本科課程建設(shè)項(xiàng)目——基于新工科培養(yǎng)模式的化學(xué)反應(yīng)工程課程建設(shè);2020年度上海高校市級(jí)重點(diǎn)課程建設(shè)——《化學(xué)反應(yīng)工程》

作者簡(jiǎn)介：王遠(yuǎn)強(qiáng)（1978—?），男，漢族，江蘇儀征人，博士，講師，系主任，研究方向：能源材料及化學(xué)工程。