化工工藝學(xué)的案例教學(xué)改革探索

李國(guó)培 ， 金聽(tīng)祥 ， 張芳芳 ， 張 波

(鄭州輕工業(yè)大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 ， 河南 鄭州 450002)

0 前言

化工工藝學(xué)是包括化學(xué)工程與工藝、過(guò)程裝備與控制工程等工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。培養(yǎng)化工行業(yè)相關(guān)工程技術(shù)人員，具備化工工藝?yán)碚?、儀器設(shè)備和控制等專業(yè)知識(shí)及工程實(shí)踐能力?；すに噷W(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師課堂講授式教學(xué)為主，這種教學(xué)方式雖然能快速地使學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握即有知識(shí)，但因缺乏思考、分析、討論等過(guò)程性環(huán)節(jié)而無(wú)法達(dá)到能力型人才培養(yǎng)目標(biāo)。即學(xué)生只是具有一定量的知識(shí)儲(chǔ)備，卻不具備靈活運(yùn)用知識(shí)并分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。因此，傳統(tǒng)課程教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的有限參與以及理論知識(shí)聯(lián)系工業(yè)實(shí)際方面的不足，導(dǎo)致專業(yè)人才的實(shí)際培養(yǎng)結(jié)果與工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)目標(biāo)之間產(chǎn)生較大差距。上述問(wèn)題的解決則依賴于化工工藝學(xué)課程教學(xué)方法的改革探索。

案例式教學(xué)法是一種以案例為核心的教學(xué)方法，通過(guò)設(shè)定工程背景下的工程問(wèn)題作為案例，還原真實(shí)的工作情景，讓學(xué)生站在主事人的角度，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析與討論，進(jìn)而提出符合實(shí)際情境的解決方案。如何將案例教學(xué)法真正在化工工藝學(xué)的教學(xué)過(guò)程中實(shí)施，如何推進(jìn)化工工藝學(xué)的案例教學(xué)改革，最終提高化工行業(yè)應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量，成為高等院校亟需探索和解決的問(wèn)題。

1 化工工藝學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

化工工藝學(xué)是鄭州輕工業(yè)大學(xué)四年制過(guò)程裝備與控制工程本科專業(yè)的專業(yè)選修課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解化工過(guò)程領(lǐng)域產(chǎn)品的制備原理、生產(chǎn)特點(diǎn)、工藝過(guò)程和關(guān)鍵設(shè)備；了解現(xiàn)代國(guó)內(nèi)外化學(xué)工業(yè)的發(fā)展面貌和一些新的化工行業(yè)進(jìn)展；培養(yǎng)學(xué)生化工過(guò)程技術(shù)經(jīng)濟(jì)的觀念、環(huán)境化工和綠色化學(xué)的追求。

化工工藝學(xué)課程教學(xué)主要采用典型的“課件PPT+板書(shū)+講解”的講授式教學(xué)方法。課堂理論教學(xué)基本上都是按照某一典型化工產(chǎn)品的反應(yīng)原理、生產(chǎn)工藝、工藝條件、生產(chǎn)設(shè)備以及相關(guān)工藝生產(chǎn)過(guò)程的安全與環(huán)保等理論知識(shí)構(gòu)架來(lái)安排教學(xué)計(jì)劃，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行灌輸型知識(shí)講解。但是，化工工藝學(xué)是一門(mén)工程性、實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)課，其重點(diǎn)不在于公式或原理的數(shù)理推導(dǎo)，而是強(qiáng)調(diào)原理知識(shí)的工藝化和設(shè)備化應(yīng)用。而且化工過(guò)程的工藝流程復(fù)雜、管線交錯(cuò)、設(shè)備繁多，很難通過(guò)幾張幻燈片詳細(xì)剖析具體工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)。盡管近年以動(dòng)畫(huà)、短視頻等為媒介的多媒體教學(xué)方式的課堂引入豐富了教學(xué)信息的傳遞展示方式，一定程度地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；但是無(wú)論是動(dòng)畫(huà)，還是短視頻都是一種表象演示，沒(méi)有根本改變講授式教學(xué)的學(xué)生參與度低和被動(dòng)接收知識(shí)灌輸?shù)谋举|(zhì)[1]。知識(shí)講解型的教學(xué)模式無(wú)法讓學(xué)生主動(dòng)參與課堂教學(xué)，學(xué)生普遍感覺(jué)課堂教學(xué)內(nèi)容抽象、枯燥、難理解，不知道所學(xué)課堂知識(shí)對(duì)工程實(shí)踐有何用以及如何用，有些學(xué)生甚至在該課程全部結(jié)束后無(wú)法表述出課程的核心內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)。另外，課程考核方式以作業(yè)或期末筆試考試為主，缺乏過(guò)程性評(píng)價(jià)。這種考核方式的課程培養(yǎng)目標(biāo)重在知識(shí)目標(biāo)，而非能力目標(biāo)，不利于形成學(xué)生積極參與的生動(dòng)課堂氛圍，也不能有效提升學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)去分析、討論和解決實(shí)際化工生產(chǎn)過(guò)程工程問(wèn)題的能力。

2 案例教學(xué)實(shí)施探討

案例教學(xué)法是一種以實(shí)際生產(chǎn)案例為基礎(chǔ)的教學(xué)方法。案例教學(xué)，學(xué)生是案例教學(xué)過(guò)程的主角，教師在教學(xué)中扮演著設(shè)計(jì)者和激勵(lì)者的角色，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂討論，激發(fā)學(xué)生思考和分析，從而提高學(xué)生的課堂參與度和工程應(yīng)用能力。教師可以根據(jù)授課內(nèi)容需要以及學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況，設(shè)計(jì)生成一些典型案例并適時(shí)引入課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用課堂所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)進(jìn)行問(wèn)題解析與討論，尋求解決方案，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際的緊密銜接，提高學(xué)生課堂參與度，提升學(xué)生工程應(yīng)用能力。并且案例教學(xué)過(guò)程中可以充分體現(xiàn)學(xué)生的基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)掌握情況及分析解決問(wèn)題能力，為學(xué)生課程成績(jī)的過(guò)程性評(píng)價(jià)提供了可能[2-3]。但如何具體實(shí)施化工工藝學(xué)的案例教學(xué)還需進(jìn)一步研究探討。下面就化工工藝學(xué)案例教學(xué)的案例開(kāi)發(fā)路徑、案例教學(xué)的具體推進(jìn)方式探討如下：

2.1 教學(xué)案例的開(kāi)發(fā)路徑

案例教學(xué)的基礎(chǔ)在教學(xué)案例。與課堂適配的教學(xué)案例能緊緊抓住授課對(duì)象的注意力，并直接引起大家的思考、分析、討論等過(guò)程學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。適配的教學(xué)案例緣何而來(lái)，即教學(xué)案例的生成源頭與開(kāi)發(fā)路徑是否得當(dāng)就成了能否成功實(shí)施案例教學(xué)的前提和關(guān)鍵所在。根據(jù)教學(xué)案例的素材來(lái)源和素材加工過(guò)程，可將化工工藝學(xué)的教學(xué)案例分為原創(chuàng)型、引入型、改進(jìn)型三種開(kāi)發(fā)路徑。

2.1.1原創(chuàng)型路徑

案例教學(xué)團(tuán)隊(duì)在整體把握課程教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)計(jì)劃、化學(xué)工業(yè)前沿動(dòng)態(tài)以及化工企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，選定課程內(nèi)容緊密相關(guān)的若干教學(xué)案例主題，通過(guò)對(duì)最新文獻(xiàn)資料查閱、化工企業(yè)實(shí)地探訪調(diào)研、化工領(lǐng)域工程專家訪談等手段獲得相關(guān)教學(xué)案例的一手原始資料。在此基礎(chǔ)上，案例教學(xué)團(tuán)隊(duì)搭建案例框架，構(gòu)思邏輯鏈條，篩選素材資料，從而形成主題鮮明、結(jié)構(gòu)完整、邏輯清晰、內(nèi)容充實(shí)的教學(xué)案例。在適當(dāng)教學(xué)場(chǎng)景中進(jìn)行初步探索式應(yīng)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)初創(chuàng)案例的瑕疵和不足進(jìn)而進(jìn)行修正調(diào)整，最終形成完善化的高質(zhì)量教學(xué)案例。原創(chuàng)型教學(xué)案例在主題設(shè)計(jì)、架構(gòu)搭建和內(nèi)容提煉等方面有更主動(dòng)的課程背景貼合和更強(qiáng)的專業(yè)工程應(yīng)用針對(duì)性，因而能在充實(shí)化工工藝學(xué)課程教學(xué)案例庫(kù)的同時(shí)，更有效保障案例教學(xué)的課堂實(shí)施效果，提升整體工程化教育質(zhì)量。不過(guò)，對(duì)于原創(chuàng)型路徑而言，與高質(zhì)量、高針對(duì)性等優(yōu)勢(shì)相伴而生的則為精力投入大、耗時(shí)長(zhǎng)等不利因素。

2.1.2引入型路徑

實(shí)施了化工工藝學(xué)相關(guān)課程案例教學(xué)的單位和組織均會(huì)有一定數(shù)量的教學(xué)案例儲(chǔ)備，案例教學(xué)團(tuán)隊(duì)可以在綜合考慮己方學(xué)生的理論知識(shí)結(jié)構(gòu)和背景知識(shí)掌握情況后，對(duì)其他單位已有的教學(xué)案例進(jìn)行選擇性引入，在不加修改或稍加修改后即可直接應(yīng)用于案例教學(xué)過(guò)程，這就是教學(xué)案例的引入型路徑。這類引入型案例在引入前已經(jīng)過(guò)篩選，其主題和內(nèi)容基本符合課程要求，并且其在長(zhǎng)期教學(xué)應(yīng)用中已基本擁有非常完善的邏輯架構(gòu)和內(nèi)容材料。因此，相比于原創(chuàng)型案例，引入型案例在實(shí)際的課堂實(shí)施過(guò)程中更容易，也能更快地產(chǎn)生較好的實(shí)施效果。但真正適合己方學(xué)生學(xué)情，并貼合授課主題內(nèi)容的已有化工工藝學(xué)教學(xué)案例數(shù)量和來(lái)源范圍均有限，限制了引入型路徑的發(fā)展。

2.1.3改進(jìn)型路徑

因原創(chuàng)型案例費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而直接引入型案例來(lái)源有限，將以上兩種案例開(kāi)發(fā)路徑進(jìn)行交織結(jié)合即為改進(jìn)型路徑。改進(jìn)型路徑具體是指案例教學(xué)團(tuán)隊(duì)查找并篩選已有的院校課程案例成果或工業(yè)企業(yè)案例培訓(xùn)資料，以此為基材融入自己化工工藝學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，并通過(guò)剔除、重整、凝練等再加工過(guò)程，形成自己特色的教學(xué)案例。與前兩種路徑相比，改進(jìn)型路徑一方面無(wú)需理論框架和思路邏輯的源頭搭建，節(jié)省了時(shí)間成本和資源投入，另一方面對(duì)直接引入型案例進(jìn)行了貼合實(shí)際的改造整合，大大擴(kuò)寬了案例的來(lái)源范圍。因此，改進(jìn)型路徑平衡了上述前兩種路徑的主要弊端，是一種更容易被推廣的教學(xué)案例開(kāi)發(fā)路徑。

2.2 案例教學(xué)的實(shí)施推進(jìn)

2.2.1宏觀多主體協(xié)同

化工工藝學(xué)案例教學(xué)的實(shí)施推進(jìn)應(yīng)當(dāng)是多主體參與的，即課程開(kāi)設(shè)主體院校、合作聯(lián)培企業(yè)單位和案例教學(xué)團(tuán)隊(duì)這三個(gè)案例教學(xué)推進(jìn)主體應(yīng)當(dāng)在宏觀上相互協(xié)同并制定案例教學(xué)的推進(jìn)策略。①課程開(kāi)設(shè)主體院校要積極圍繞學(xué)生工程應(yīng)用能力提高的課程目標(biāo)，制定課堂改革政策以推進(jìn)案例教學(xué)在化工工藝學(xué)課堂上的實(shí)施，提供針對(duì)化工工藝學(xué)的教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)資助，鼓勵(lì)教師到化工行業(yè)企業(yè)交流學(xué)習(xí)，為優(yōu)秀教學(xué)案例開(kāi)發(fā)創(chuàng)造條件。對(duì)開(kāi)發(fā)出優(yōu)秀案例的團(tuán)隊(duì)和教師采用從高計(jì)算教學(xué)工作量和業(yè)績(jī)的方式提高廣大教師參與案例教學(xué)的積極性。②案例教學(xué)的合作聯(lián)培企業(yè)要為案例教學(xué)提供實(shí)際工程應(yīng)用場(chǎng)景和環(huán)境，定期與化工工藝學(xué)課程開(kāi)設(shè)院校舉行交流探討活動(dòng)。比如，共同組織課程案例教學(xué)比賽，由化工行業(yè)企業(yè)專家和院校學(xué)者共同組成評(píng)選小組，評(píng)選優(yōu)秀案例進(jìn)入教學(xué)案例庫(kù)。此外，可以為課程開(kāi)設(shè)院校建立駐企案例教學(xué)實(shí)踐基地，為常態(tài)化提高未來(lái)化工行業(yè)從業(yè)者的理論聯(lián)系實(shí)際能力和工程應(yīng)用能力夯實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也為企業(yè)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)院校、進(jìn)課堂、進(jìn)教材提供條件。③案例教學(xué)團(tuán)隊(duì)要持續(xù)加強(qiáng)自身教學(xué)案例開(kāi)發(fā)、案例教學(xué)場(chǎng)景應(yīng)用等方面的能力建設(shè)，充分利用院校理論知識(shí)扎實(shí)的優(yōu)勢(shì)和企業(yè)實(shí)際工程應(yīng)用條件的優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)走出去和引進(jìn)來(lái)，去企業(yè)進(jìn)行掛職實(shí)踐并將企業(yè)優(yōu)秀培訓(xùn)案例引入課堂教學(xué)，拓寬教學(xué)案例開(kāi)發(fā)路徑，嚴(yán)把優(yōu)秀案例入庫(kù)質(zhì)量關(guān)，主動(dòng)投身案例教學(xué)的推廣實(shí)施過(guò)程，總結(jié)案例教學(xué)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而形成案例教學(xué)的持續(xù)完善和改進(jìn)機(jī)制。

2.2.2微觀分步驟實(shí)施

化工工藝學(xué)具體的案例教學(xué)實(shí)施應(yīng)分為課前案例導(dǎo)入、課中案例分析和課后案例總結(jié)等三個(gè)主要步驟。①在進(jìn)行課堂案例分析之前，提前在前一次課后將擬進(jìn)行的教學(xué)案例主題及簡(jiǎn)介性資料發(fā)放給學(xué)生，要求學(xué)生提前分組并查閱主題相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解案例背景及相關(guān)理論知識(shí)，為課中的案例分析討論打下基礎(chǔ)。以河南新鄉(xiāng)心連心化肥有限公司的三塔雙效精餾甲醇工藝裝置為例，讓學(xué)生先行調(diào)研該三塔精餾甲醇工藝及其裝置，并提前給學(xué)生設(shè)下幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題，如原料粗甲醇的來(lái)源及組分構(gòu)成，三塔精餾裝置的三塔布置順序及其用途，最終產(chǎn)品純度及其對(duì)應(yīng)國(guó)家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)等，從而讓學(xué)生逐步進(jìn)入案例情景。②課中案例分析過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生討論分析如何改進(jìn)工藝路線提高甲醇產(chǎn)品純度以達(dá)到更高工業(yè)品標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，從而在原三塔基礎(chǔ)上引出四塔、五塔精餾裝置，然后設(shè)問(wèn)在三塔精餾的常壓塔后增加汽提塔以回收常壓塔側(cè)線或釜液中甲醇，即采用四塔精餾的優(yōu)勢(shì)是什么，劣勢(shì)又是什么，從而激發(fā)學(xué)生的探索性思考，鼓勵(lì)小組內(nèi)和小組間的討論。③課后進(jìn)行案例教學(xué)總結(jié)。案例討論、分析和點(diǎn)評(píng)之后，案例教學(xué)老師要求各小組整理課堂討論過(guò)程的思路、觀點(diǎn)、措施或方案，形成并提交案例討論報(bào)告。這些課堂發(fā)言情況記錄以及提交的案例討論報(bào)告，為案例教學(xué)的過(guò)程性評(píng)價(jià)提供了材料基礎(chǔ)。同時(shí)，案例教學(xué)老師對(duì)案例教學(xué)實(shí)施過(guò)程進(jìn)行全面總結(jié)，梳理案例教學(xué)過(guò)程中具體理論知識(shí)點(diǎn)的貫穿引入量以及理論知識(shí)的工程化應(yīng)用情況，反思課堂上案例教學(xué)的問(wèn)題和不足，給出進(jìn)一步完善案例教學(xué)的措施建議。

3 結(jié)語(yǔ)

工程應(yīng)用能力提升是工程教育背景下培養(yǎng)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的關(guān)鍵，也是新時(shí)代高等院校能力型培養(yǎng)目標(biāo)的重要內(nèi)容?；すに噷W(xué)作為面向化工行業(yè)專業(yè)技術(shù)人員教育的核心課程，是理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合非常緊密的工科課程。向化工工藝學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程引入教學(xué)案例，實(shí)施化工工藝學(xué)的案例教學(xué)改革探索，能在有效提高學(xué)生課堂參與度的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考和主動(dòng)學(xué)習(xí)，提升化工行業(yè)未來(lái)從業(yè)者的理論聯(lián)系實(shí)際能力和工程應(yīng)用能力。通過(guò)分析教學(xué)案例的開(kāi)發(fā)路徑，統(tǒng)籌化工工藝學(xué)案例教學(xué)開(kāi)設(shè)院校、聯(lián)培企業(yè)單位和案例教學(xué)團(tuán)隊(duì)的三主體協(xié)作，細(xì)化實(shí)施課前案例導(dǎo)入、課中案例分析和課后案例總結(jié)，從而探索構(gòu)建完善的化工工藝學(xué)案例教學(xué)實(shí)施架構(gòu)和過(guò)程性評(píng)價(jià)機(jī)制，為培養(yǎng)工程特色鮮明、工程應(yīng)用能力突出的化工類人才奠定基礎(chǔ)。