化工原理課程建設與教學實踐*

劉麗靜，牟保畏，王 麗

(包頭師范學院化學學院，內蒙古 包頭 014030)

國家的發(fā)展需要人才，大學是培養(yǎng)人才的基地[1]。課堂是傳授知識的殿堂，課程質量直接影響培養(yǎng)人才的質量，所以課程建設占據(jù)重要地位?！痘ぴ怼氛n程是包頭師范學院化學學院非師范專業(yè)(應用化學專業(yè))的必修課，大三第一學期開設，48課時，相對于工科院校課時少，主要講授化工中的三傳(動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞)，用物理的方法解決化學工藝流程中的原料前處理及反應產物分離提純的單元操作，單元操作的特點都是物理操作、單元操作是化工生產過程中共有的操作、所用基本原理和設備是通用的。內容由淺入深，第一部分流體流動是動量傳遞，第二部分傳熱是熱量傳遞，第三部分吸收是質量傳遞，第四部分精餾既有質量傳遞又有熱量傳遞。每一部分都是先講基本原理，然后根據(jù)物料衡算和能量衡算推導公式方程以及方程的應用，最后是化工生產的通用設備。這門課程起著由“理”到“工”的橋梁作用，區(qū)別于化學的四大基礎課：無機化學、有機化學、分析化學和物理化學的純理論課程，它是一門理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生工程意識的課程。配套的課程有《化工實驗》32課時，《化工實訓》32課時，以及大四的化工實習。本課程以《無機化學》、《物理化學》、《高等數(shù)學》等課程的理論知識和計算為指導，可為后續(xù)的《化學工藝學》等課程的學習打下基礎。我院校屬于地方院校，培養(yǎng)學生主要是應用型人才，所以理論課時相對于少，實踐課程課時較多。

目前該課程主要是教師課堂講授為主，由以前的72課時壓縮為現(xiàn)在的48課時，課時少但任務重。該課程的特點是公式多，繁雜，有的概念較抽象，學生難于理解。所以造成課堂老師忙于講解各種復雜公式原理，學生要認真聽講，還要花費大量時間復習，否則容易混淆公式原理[2]。時間一長，教師付出多，學生學得很辛苦，效果不佳。課堂上以教師講授為主，學生參與程度不高，學習積極性較差，學生沉迷于手機的現(xiàn)象嚴重。教學方式的改革勢在必行[3]，鑒于以上存在問題，本課程將在課程體系與教學內容建設、師資隊伍的建設和課程實踐教學建設三方面進行教學實踐改革。

1 課程體系與教學內容建設

立足于我校培養(yǎng)目標是，應化專業(yè)培養(yǎng)模式為立德樹人、知識與技能并舉，突出技能訓練，培養(yǎng)應用型人才。通過本課程的教學，要使學生系統(tǒng)地了解掌握工業(yè)生產中常用的單元操作的原理、設備的構造、設計計算及選型，單元操作的工業(yè)應用及操作條件對過程的影響，具備解決化工單元操作一般問題和探索強化過程途徑及提高設備效能的初步能力。

(1)知識目標

能正確理解各操作單元的基本原理及過程的基本計算方法；掌握基本計算公式的物理意義、應用方法和適用范圍；了解典型設備的構造、性能和操作原理，具有設備選型及校核的基本知識。

(2)能力目標

具有選擇適宜操作條件、探索強化過程途徑和提高設備效能的初步能力；具有運用工程技術觀點分析和解決化工單元操作一般問題的初步能力。

(3)素質目標

立德樹人，培養(yǎng)學生的社會責任感使命感，愛國愛黨；培養(yǎng)學生終身學習的能力，邏輯思維能力，創(chuàng)新能力。

化工原理課程體系是從單一的工藝過程體系到化工過程原理與設備，再到以單元操作為主要內容的化工原理課程體系。在“三傳”過程中，邏輯思維方式基本是一致的，從具體到抽象，從個別到一般，在化工生產過程中總結規(guī)律。培養(yǎng)學生在化工生產過程中能夠分析問題解決問題，能夠把所學知識應用實踐，與目標達成度一致[4]。

1.1 改變教學理念

樹立以學生為本的觀念，調動學生學習的主動性和積極性，改變教師以往填鴨式的教學理念，以學生為本，讓學生成為課堂的主人。這就需要教師不僅知識淵博還能掌控課堂，把學生的學習積極性帶動起來。不光是該門課程學習成績的提高，更重要的是學習能力的培養(yǎng)，素質教育。有研究表明[5]，學生的參與程度越高知識掌握越好，教學不再是簡單的復制粘貼，而是通過設計教學過程，教學的目的提高學生的學習積極性和參與度，讓學生成為課堂的主人，自主參與教學活動，而教師只是教學活動的組織者和合作者。

把傳授知識和傳授方法結合起來，提高學生的創(chuàng)新意識。《化工原理》是一門應用化學基礎理論來解決化工生產理論及生產實際的應用科學。化學專業(yè)的同學在學習這門課程時，具有一定的基礎性優(yōu)勢，即他們具有比較扎實的無機、有機、物化等化學基礎知識，但他們也有比較薄弱的環(huán)節(jié)，即現(xiàn)場實踐經驗和工程意識較弱。為此，本課程在構建教學理念時，主要以充分調動學生觀察生活現(xiàn)象、反思實驗操作過程的方法，來強化學生應用理論知識解決實際問題的意識和能力。

在課堂上教師不光傳授本課程的知識點，更重要的是培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，樹立正確的人生觀、價值觀，培養(yǎng)社會責任感、使命感，潤物細無聲地將課程思政融入教學。

1.2 教學方法的改革

針對不斷崛起的化工企業(yè)，2003年我校化學學院設立了應用化學專業(yè)，開設了《化工原理》課程。經過十八年的課程建設，現(xiàn)在主要運用幻燈片、動畫、flash、計算機仿真、實物等提高教學效果，在教學中配合一定的實驗和實訓、課堂討論、案例教學、課外作業(yè)、典型例題講解等，做到理論聯(lián)系實際，為學生后續(xù)專業(yè)課程和將來從事工程技術工作，實施常規(guī)工藝、常規(guī)管理和常規(guī)業(yè)務打好基礎。目前已經取得一定成績，2016年評為校級優(yōu)秀課程，2019年評為校級重點課程，2021年申報為校級一流課程。社會不斷進步發(fā)展，教學方法也需要不斷地改革與創(chuàng)新，這是提高教學質量的關鍵。為了有效地提高化工原理教學質量和效果，我們需要不斷地優(yōu)化教學方法，靈活運用多種教學方法，引入新的教學手段，強化教學效果[6]。

(1)根據(jù)原有的多媒體課件資源基礎上，完成課程錄制工作，每一章節(jié)都由任課教師錄制并傳到學校的教學平臺，學生可以隨時打開觀看，不受時間空間的限制，為學生提供更加便利的學習條件。重新編寫PPT，開發(fā)一套內容齊全的高水平多媒體課件，根據(jù)化工原理課程的特點，原理多、公式多、設備多。在制作過程中減少文字描述、增加圖像、視頻、動畫等元素，在每個單元操作相關知識點中插入一些工藝流程的動圖、視頻或仿真流程，豐富教學內容，提高課程的趣味性。

(2)翻轉課堂，以學生為本，讓學生成為課堂的主人，留5次小組活動，每次每組派1名代表課堂講解。教師根據(jù)學生所講內容、表達能力、創(chuàng)新能力給出成績，小組之間互評，培養(yǎng)學生的團隊合作意識。每章結束都要進行思維導圖訓練，更加注意素質能力培養(yǎng)。在學習中，教師不僅是知識的灌輸者，也是學生的引導者[7]。

(3)應用現(xiàn)代信息網絡化教學，充分利用學校提供的超星學習通教學網絡平臺[8]，開展線上教學活動，教師提前將下節(jié)課討論的問題放到超星學習平臺，讓學生查閱文獻，課堂上啟發(fā)式教學，互動式教學，問題提出，進而小組討論分析問題，由教師組織教學得出結論。這樣能夠做到翻轉課堂，讓學生積極主動參與到課堂，真正做到以學生為本。每節(jié)課結束，留5 min，在線上學習通上做些簡單題，檢測學生對本節(jié)課知識點的掌握程度。根據(jù)學生的反饋，及時調節(jié)課程內容。共享國家精品課、慕課資源，不僅學生觀看，教師也要學習，學習名校名師的教學風范，進而提高地方院校的教學質量。

1.3 教學內容的改革

產出導向、學生為中心、持續(xù)改進。修訂教學大綱，明確課程目標，從教學內容上體現(xiàn)其對畢業(yè)要求達成度的支撐情況，并制定一個合理的方案計算畢業(yè)要求達成度。以前授課時花費大量的時間在公式推導上，耗時耗力，避重就輕，沒能很好的理解課程目標。我校主要培養(yǎng)應用型人才，不是科研人才。應該把重點放在原理方程式的應用上，所以今后重點講解公式的應用，簡化推導過程，更加注重原理公式的應用。應用理論分析化工問題，設計化工方案，解決化工生產的問題，培養(yǎng)工程理念。

(1)電子教案

更加合理調節(jié)各章節(jié)知識的內容，側重應用型人才的培養(yǎng)，簡化繁瑣公式的推導過程，每章節(jié)后都有知識總結。挖掘日常生活中的化學現(xiàn)象，進而引出問題，更加合理設計每一節(jié)課。

(2)網絡教學

最大限度地實現(xiàn)了資源共享，同學們不僅可以在課堂上學習課件，還可以在課下自主安排時間學習。任課教師與學生建立微信群、QQ群隨時和學生溝通，線上答疑解惑。

(3)知識拓展

將最新的化工科研動態(tài)，科研熱點，融入課堂。收集的教材中出現(xiàn)的科學家素材，講述科學家的成長經歷，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，激發(fā)學習興趣。

(4)課程思政

將思政元素潤物細無聲地融入教學過程，培養(yǎng)學生愛國愛黨，具有社會責任感使命感，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度等等。

1.4 線上線下混合教學

充分利用學校提供的超星網絡學習平臺，將課件，視頻，共享國家精品課的教育資源。大學慕課有名校名師授課，不僅學生能夠觀看，教師也能從中啟發(fā)教學方法。我院為地方院校，師資和教育硬件相對較弱，這時候我們鼓勵學生共享國家精品課資源，化工實驗課程采用線上預習仿真，線下實操，達到非常好的效果[9]。網上授課可以不受時間空間的限制，但是檢測手段有待提高，對于自覺的學生學習成績飛躍提高，對于自我松懈的學生成績沒有變化，主要還是課堂是所學知識，拓展方面有待提高。針對這樣的問題，我們將采取因材施教，不同的學生留的作業(yè)不同，這樣可以避免學生之間抄襲，教師需要花更多的精力在學習態(tài)度不端正的學生上，爭取不讓學生掉隊。

2 師資隊伍的建設

為了滿足今后教學、科研等全方位的需要，要改革教師培養(yǎng)和使用機制，加強教師隊伍建設。經過十八年的努力，應化專業(yè)已成為我校師資力量較雄厚、科研成果突出、具有良好教風、學風的非師范專業(yè)。由于歷史原因，我院六十年代出生的教師很多，近幾年平均每年退休教師達3～5人，另外我校加大人才引進政策，化學學院近兩年引進博士十多位，學院現(xiàn)有教職工47人，其中35歲以下的37人，是一支年輕教師占主導的充滿生機活力的隊伍。其中專任教師34人，教授4人，副教授9人，高級實驗師1人，碩士生導師3人。具有博士學位的21人，碩士學位的20人，在讀博士4人。由于人才引進政策影響，要求新入職的博士三年內有科研成績，很多年輕教師把很大精力投入到科研中，教學上花費的時間相對不足。對于目前存在的問題，我們采取以下措施：

(1)實行青年教師導師制，每一位青年教師都有一位教學經驗豐富，并取得一定教學成果責任心強的老教師指導。年輕教師聽課，老教師聽年輕教師授課。每周聽課不少于4次，每次聽課后評課，指出授課過程中存在的問題。

(2)教研室教師集體備課，每月舉辦一次集體備課，每學期集體聽課，評課3次。由教學經驗豐富的老教師講解如何備課和設計課程，青年教師進一步修改課件，加入新的視頻、科研動態(tài)，挖掘生活中的化工現(xiàn)象，潛移默化地引入知識點，提高教師的教學能力。作為一名合格的大學教師不光是能夠把課講好講明白，更主要的是在教學上投入大量的精力，在課程設計上需要花費長時間的琢磨，怎么能夠把枯燥無味的工科繁瑣公式變得靈動起來。

(3)鼓勵教師參加講課大賽，觀摩優(yōu)秀課程。

(4)共享網絡資源，在國家精品課程網站和學習強國上學習名校名師的教學風范。

(5)采取內培外引的方式，在原有基礎上努力建設一支了解社會需求、教學經驗豐富、熱愛教學工作、結構合理、相對穩(wěn)定的教師隊伍。建立教師培訓、交流、提高和深造的常規(guī)機制，選派教師到全國有關知名院校進修、學習和調研。引進高學歷，有經驗的相關學科帶頭人，在教學和科研方面更好、更快地促進課程的建設與發(fā)展。聘請國內知名學者到學校兼職授課，做到高水平專兼結合，增強本課程群的教育力量。

3 課程實踐教學建設

我院課程實踐教學，為化工見習、化工實驗、化工實訓、化工實習四大部分。

(1)化工見習

應化專業(yè)的學生在第3、4、5、6學期分別有一周的見習時間，目前主要是帶領學生去周邊地區(qū)的化工企業(yè)和科研院所參觀性見習，大部分學生是走馬觀花效果不佳?；ひ娏暩母锎胧┦牵紫韧卣垢嗟幕て髽I(yè)和科研院所，有針對性的見習。這項任務比較艱巨，因為很多化工企業(yè)處于安全考慮不接收見習學生，這需要學院領導和相關企業(yè)進一步的溝通；其次，不同學期的見習應該是循序漸進的，第一次走進化工企業(yè)和科研院所，學生思想上感到震撼，簡單的感性認識；第二次見習過程中要求學生寫見習報告，要求學生能夠大體描述出企業(yè)的概貌；第三次，要求學生根據(jù)所學到的知識，畫出工藝流程圖。第四次提出化工工藝流程改進方案，培養(yǎng)工程意識和創(chuàng)新能力。

(2)化工實驗

我校化學學院于2008年設立了化工實驗室，投入近40萬購買了11套實驗儀器，包括流體流動、傳熱、精餾、干燥、萃取四大部分。與之前的化學實驗不同，這些儀器設備仿照化工廠模型，儀表與電腦相聯(lián)，學生在電腦上操作即可控制設備，達到自動化儀表操作的練習。2013年出版了與儀器配套的《化工實驗》教材，由內蒙古大學出版社出版，目前應用較好。目前是要求學生預習、實驗操作、實驗報告三部分，發(fā)現(xiàn)學生預習實驗時候只是單純的抄課本，沒有認真思考。在操作實驗過程中，閥門多、設備復雜還會出現(xiàn)很多錯誤。對于化工實驗改革措施是，采用線上線下混合教學，教師將化工仿真實驗發(fā)放到學院的超星教學平臺，學生在預習報告的同時還要做仿真實驗，仿真實驗是和實操實驗設備相匹配的，學生把正常運行的仿真實驗截屏發(fā)給教師，這樣在實操實驗過程中效率提高，出錯減少。

(3)化工實訓

2019年學院投入100萬購置了，六套化工實訓裝置，為學生實踐能力的加強提供有力的支持，化工實訓可以模擬工廠情景，大大提高學生的工程意識。通過化工實訓操作使學生掌握化工生產的基本操作技能；使學生認識實習、實訓操作的要求?，F(xiàn)在存在的問題是學生多教師少，每套實訓設備沒能充分利用，比如傳熱實訓，可以分解為8個實驗，但現(xiàn)在只做其中的一個，存在資源沒能充分利用，其他的實訓實驗都存在這種現(xiàn)象。今后開拓更多的化工實訓，體現(xiàn)工廠情景化、操作實際化、控制網絡化(DCS)、故障模擬真實化等。培養(yǎng)學生自主學習能力，以學生作為學習的主體，通過學生獨立的分析、探索、實踐、質疑、創(chuàng)造等方法來實現(xiàn)學習目標。

(4)化工實習

經過多年與周邊化工企業(yè)的不斷聯(lián)系與交流溝通，我院建立了匯能、烏海化工廠、金蒙稀土股份公司等化工實習基地，為學生提供了豐富的實踐教學場地。同時在近幾年的實踐過程中，我院與杭州統(tǒng)一和江蘇昆山的統(tǒng)一及江蘇的科晟公司建立了合作關系，目前合作關系進展順利。有很多學生在化工實習過程中頂崗實習，工廠給開工資，極大鼓勵學生積極參加化工實習，部分學生實習后直接和廠家簽訂就業(yè)協(xié)議，為學生就業(yè)搭建平臺，應化專業(yè)的就業(yè)率位居我校第一，取得一定成績。今后，需要開拓更多更廣泛的實習基地，為學生搭建就業(yè)平臺。

4 結 語

迄今為止，“化工原理”課程已經成為本院開設面最廣，開設層次最齊全的課程之一，也是教學水平和教學效果深得師生好評的課程之一。作為應用化學專業(yè)的專業(yè)基礎課之一，本課程課程建設不斷完善，課程教學將繼續(xù)開拓創(chuàng)新，在不斷探索完善教學方法的同時，加強對前沿學術研究成果的汲取，努力把本課程建設成為既有學科沉淀，又有教學創(chuàng)新、教學效果良好的一流本科課程。