工程視角下化工原理課程改革

李 燕，劉淑芝

（廣東石油化工學(xué)院，廣東茂名 525000）

工程教育在我國高等教育中有著重要地位，我國當(dāng)前高校工科規(guī)模位居世界第一[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評價[2]。工程教育是以學(xué)生為中心的成果導(dǎo)向教育，是由畢業(yè)出口要求決定課程的設(shè)計與教學(xué)過程，注重學(xué)生工程能力和專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)，盡可能最大程度達(dá)成教育與企業(yè)需求的一致性。工程教育要求轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，改變以往的教學(xué)手段與方法，從灌輸知識向互動傳授轉(zhuǎn)變、從重學(xué)輕思向?qū)W思結(jié)合轉(zhuǎn)變、從重教輕學(xué)向教主于學(xué)轉(zhuǎn)變，教學(xué)過程中樹立以學(xué)生為中心的觀點，重視學(xué)生的工程能力與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)?；ぴ硐盗姓n程是為培養(yǎng)高等化工創(chuàng)新人才的學(xué)科基礎(chǔ)教育課程，學(xué)習(xí)過程中要綜合運用物理化學(xué)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)知識去分析解決生產(chǎn)過程中遇到的復(fù)雜的工程問題，具有典型的工程實踐性和創(chuàng)新性，是化工、應(yīng)化、高分子、食品等專業(yè)的必修課程，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念、創(chuàng)新能力和分析、解決工程實際問題的能力[3-4]。華南地區(qū)有多家大型的石化企業(yè)，廣東石油化工學(xué)院是華南地區(qū)的一所應(yīng)用型本科院校，為促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。我校開設(shè)了應(yīng)用化學(xué)、精細(xì)化工、化學(xué)工程與工藝、高分子材料、食品與生物工程、過程裝備與控制、環(huán)境工程和能源化工等工科專業(yè)。2011年我校化學(xué)工程與工藝、過程裝備與控制專業(yè)獲批教育部“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的試點專業(yè)，從2014年起我校各個專業(yè)就開始著手準(zhǔn)備工程教育專業(yè)認(rèn)證，前后投資上百萬元，購買化工原理實驗新設(shè)備與實驗室安全與防護(hù)設(shè)施，完善實驗室各項規(guī)章制度，同時構(gòu)建了以鏈?zhǔn)浇逃秊樘卣鞯?、基于全面?xùn)練和提升學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力為目標(biāo)的化工原理課程改革（1-2-3-3模式），即優(yōu)化過程、提高質(zhì)量，實現(xiàn)了傳授、學(xué)習(xí)、實踐、考核等教學(xué)全過程的改革模式，達(dá)到夯實學(xué)生化工原理理論知識，鍛煉學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的目的[5-6]。

1 教學(xué)改革內(nèi)容

在工程認(rèn)證教育背景下，化工、材料類專業(yè)化工原理系列課程需達(dá)成的目標(biāo)如下。

1）掌握化工單元操作的基本概念、基本原理，并能運用到復(fù)雜化工過程的理解及表述中；

2）能夠利用化工單元操作的基本原理，對化工生產(chǎn)過程的操作單元進(jìn)行工藝設(shè)計、優(yōu)化與改進(jìn)的計算。掌握主要單元操作的典型設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作原理、過程計算、設(shè)備選型，對設(shè)備費、操作費和總費用進(jìn)行分析評價，以確定最經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計方案，實現(xiàn)對化工生產(chǎn)過程中工藝條件的優(yōu)化和改進(jìn)；

3）掌握常見的傳遞單元操作流程與設(shè)備特點，能識別和判斷復(fù)雜化工過程，將其分解成對應(yīng)的單元操作，并利用物料衡算式、熱量衡算式、傳遞方程、平衡方程等原理對分解的化工單元進(jìn)行具體分析與求解，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生運用工程思維方法解決實際問題的能力；

4）了解化工、材料類專業(yè)相關(guān)的背景知識，了解化工單元操作中管路及設(shè)備的操作使用原則和規(guī)范。為滿足化工原理的課程目標(biāo)，教師應(yīng)盡力建立畢業(yè)要求與課程目標(biāo)的聯(lián)系，我?；ぴ硐盗姓n程構(gòu)建了以鏈?zhǔn)浇逃秊樘卣鞯?、基于全面?xùn)練和提升學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力為目標(biāo)的化工原理課程系列改革模式（1-2-3-3模式）。即1個目標(biāo)——以工程創(chuàng)新人才培為目標(biāo)；2個層面——創(chuàng)新條件和創(chuàng)新氛圍；3個要素——工程意識、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新視野；3項舉措——機制、師資、實踐訓(xùn)練的三項強化保障訓(xùn)練。該模式包含理論教學(xué)、實踐教學(xué)兩個方面，兩個方面是相互支撐，注重基礎(chǔ)與專業(yè)、理論教學(xué)與實驗教學(xué)、實驗教學(xué)與工程實際的結(jié)合。

2 教學(xué)改革實施

2.1 創(chuàng)新條件和創(chuàng)新氛圍的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是以教師為中心，學(xué)生被動接受知識，學(xué)習(xí)起來提不起興趣也缺乏主動性，不利于創(chuàng)新思維與工程實踐能力的培養(yǎng)。工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是針對全體學(xué)生畢業(yè)表現(xiàn)，評價畢業(yè)生是否獲取相應(yīng)的能力，教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計參照畢業(yè)的素質(zhì)要求與應(yīng)具備的職業(yè)能力?；ぴ碚n程教學(xué)大綱、課程體系和師資隊伍均是圍繞各專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，推進(jìn)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)，滿足社會與用人單位的職業(yè)要求。1-2-3-3化工原理課程體系教學(xué)模式提倡自主學(xué)習(xí)，利用傳遞團(tuán)隊網(wǎng)站、化工原理精品課程網(wǎng)站，學(xué)生獲取資料以及預(yù)習(xí)，以啟發(fā)式、討論式、師生互動式授課，實現(xiàn)灌輸向互動傳授的轉(zhuǎn)變；以學(xué)習(xí)小組和實驗團(tuán)隊等，實現(xiàn)個體學(xué)習(xí)向團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變；以課程小論文、研究型實驗和課外科技創(chuàng)新等，實現(xiàn)被動向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變；以開拓“問題”為導(dǎo)向的實驗項目和參與科技競賽，實現(xiàn)繼承式向研究型學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。以“教”促“學(xué)”，激發(fā)本科生學(xué)習(xí)的自主性、探究性、建構(gòu)性特質(zhì)，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

2.2 工程意識、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新視野培養(yǎng)

化工原理理論教學(xué)的目的是使學(xué)生掌握某些化工單元操作過程的基礎(chǔ)理論與實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程問題的思路、方法和工程實踐能力，培養(yǎng)化工類及其相關(guān)工程專業(yè)高層次人才。化工生產(chǎn)過程復(fù)雜而多樣，不同生產(chǎn)工藝的單元操作都有自己的特點，有的單元操作模型是從實際工程數(shù)據(jù)中通過科學(xué)模擬得出，即實驗科學(xué)，實際的工程問題通常很難單純在書本學(xué)習(xí)中找到答案，而我國高校大多數(shù)學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗，不容易將化工原理理論與實際生產(chǎn)過程聯(lián)系起來，不容易樹立工程意識。

目前大多數(shù)高校化工原理教材對各單元操作的基本原理介紹較多，對過程、設(shè)備的應(yīng)用介紹較少，而且由于學(xué)時限制，教學(xué)上往往“重原理模型和推導(dǎo)過程、輕設(shè)備”，也不容易讓學(xué)生建立工程概念。在化工原理教學(xué)中采用工程案例教學(xué)法，通過實際工程案例，把理論學(xué)習(xí)的過程、設(shè)備與實際生產(chǎn)相結(jié)合，樹立學(xué)生工程觀念，提高學(xué)生解決實際問題的能力，激發(fā)學(xué)生主動參與教學(xué)活動。工程實際案例往往有多種解決方案，而學(xué)生常習(xí)慣于采用單一的解決方案，對優(yōu)化設(shè)計沒有概念，實際生產(chǎn)過程常需要考慮方案實施的可行性、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性等多方面，篩選出較優(yōu)化方案，因此工程案例教學(xué)法能幫助學(xué)生對工程過程由陌生到了解，逐步樹立工程概念，通過循序漸進(jìn)的科學(xué)訓(xùn)練進(jìn)而達(dá)到掌握與運用工程理論知識的目標(biāo)。

理論教學(xué)中采用多樣化、時代化的模式，線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合，多使用一些生動的視頻和多媒體素材，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

化工原理課程設(shè)計是綜合應(yīng)用化工原理知識以及其他學(xué)科基礎(chǔ)知識的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)目標(biāo)為提高學(xué)生的工程觀念、設(shè)計能力、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊合作能力。通過建立多層次與工程實例結(jié)合課程設(shè)計題庫，例如塔的設(shè)計題庫就有乙醇-水、苯-甲苯、苯-氯苯、丙烯-丙烷、甲醇-水、氨-水、二氧化硫-水等分離物系，即使是同一物系，課程設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)計條件也根據(jù)學(xué)生的學(xué)號變化，形成了多個不同的設(shè)計個案。課程設(shè)計題目不再單一，滿足了不同專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求，有些數(shù)據(jù)在課本上也查找不到，需要學(xué)生查找其他參考資料，也避免課程設(shè)計的抄襲現(xiàn)象，對達(dá)成教學(xué)目標(biāo)起到了良好的效果。

化工原理課程的實驗教學(xué)是理論與操作過程結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，建立創(chuàng)新型、開放式和多層次為一體的實驗教學(xué)體系，能培養(yǎng)工程觀念，鍛煉學(xué)生動手能力、思考能力。我校目前開展的化工原理實驗有流動阻力綜合實驗、能量轉(zhuǎn)化實驗、離心泵綜合實驗、過濾實驗、干燥實驗、萃取實驗、乙醇-水精餾實驗、CO2吸收實驗等典型化工單元操作的實驗，同時還增設(shè)研究型、設(shè)計型實驗，如連續(xù)精餾回流比設(shè)計、連續(xù)精餾塔板效率測定、間壁換熱器總傳熱系數(shù)與對流傳熱系數(shù)測定等實驗內(nèi)容，開設(shè)化工原理創(chuàng)新實驗，如減壓間歇蒸餾、液液固萃取、非均相物系分離綜合實驗等創(chuàng)新實驗，鼓勵學(xué)生自主提出新問題、探索新方法、拓展新應(yīng)用的研究意識。

2.3 機制、師資、實踐訓(xùn)練

2.3.1 改革考核模式，重視學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程

工程教育專業(yè)認(rèn)證要考核課程教學(xué)是否有效地實現(xiàn)了預(yù)期的課程目標(biāo)。改變重理論輕實踐，期末考試一錘定音的現(xiàn)狀，采用多種形式、不同階段的考核方式的結(jié)合，通過課程考核模式的改革，實現(xiàn)了從單一課程考試定成績向?qū)W習(xí)全過程考核的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了“重結(jié)果”向“重過程”的轉(zhuǎn)變。改革前化工原理理論課成績評定由平時成績占30%、課堂考勤、課后書本作業(yè)期末考試成績占70%組成，改革后變?yōu)橛善綍r成績占45%、考勤占10%、課后作業(yè)占10%、課堂小測驗占15%、課外大作業(yè)占10%、期末考試成績占55%組成；化工原理實驗成績改革前由平時成績占30%、實驗考勤實驗報告成績占70%評定，改革后變?yōu)閷嶒烆A(yù)習(xí)占10%、實驗操作與總結(jié)占10%，實驗報告中數(shù)據(jù)處理占20%、圖像處理占10%、撰寫能力占30%、分析與討論占20%；改革前化工原理課程設(shè)計成績評定為課程設(shè)計計算說明書占70%、設(shè)計圖紙占30%，改革后變?yōu)樵O(shè)計答辯占20%、課程設(shè)計計算說明書占50%、設(shè)計圖紙占30%。由于成績考核與課程各環(huán)節(jié)掛鉤，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性增強，對化工原理課程教學(xué)評分整體在95分以上。

2.3.2 以教學(xué)“多投入”和科研“上水平”提高教師綜合素質(zhì)

大力引進(jìn)年輕高學(xué)歷教師，強化師資力量，新老教師學(xué)習(xí)與時俱進(jìn)的教學(xué)思想和理念，學(xué)習(xí)新的教學(xué)方法和技巧并應(yīng)用到教學(xué)實踐中去。組建跨學(xué)科的傳遞工程教學(xué)團(tuán)隊，團(tuán)隊提供一定資金，購買電腦、投影儀、擴(kuò)音器等教學(xué)設(shè)備，資助教師參加教學(xué)會議，教師通過承擔(dān)教改項目、撰寫教材、改革教學(xué)方法與考核方式，撰寫教研教改論文等課程建設(shè)措施，提高教學(xué)水平；通過承擔(dān)高水平科研項目，把最新研究成果帶進(jìn)課堂，實踐環(huán)節(jié)中PRP項目和研究型實驗多來源于教師的科研；定期召開年輕教師教學(xué)交流，鼓勵年輕教師指導(dǎo)學(xué)生課外科技活動和科技競賽，要求年輕教師參加實驗裝置的研制和實驗室建設(shè)。自2015年以來，化學(xué)工程系教師獲校級以上教學(xué)課題15項；科研課題14項，發(fā)表教研、科研論文18篇，專利9項，鍛煉培養(yǎng)了一支教育教學(xué)理念先進(jìn)、實踐操作能力強、教學(xué)水平高、素質(zhì)過硬的雙師型教師隊伍。

2.3.3 加強實踐訓(xùn)練

建立健全實驗室各項規(guī)章制度，建立學(xué)校與院系、院系與各個實驗室、實驗室和教師、教師與學(xué)生的安全管理責(zé)任檔案，將管理落實到個人。我?；は捣e極鼓勵學(xué)生積極參與大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項目，在相關(guān)老師指導(dǎo)下，近幾年有10支學(xué)生團(tuán)隊參加了省級、校級大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項目、挑戰(zhàn)杯，發(fā)表相關(guān)論文7篇。積極鼓勵學(xué)生參加化工原理實驗競賽等省部級競賽，2017—2021年獲中南地區(qū)化工原理實驗競賽一、二、三等獎。學(xué)生通過參加這類競賽活動，很好地鍛煉了動手能力、解決復(fù)雜工程問題能力，學(xué)習(xí)主動性增強了，視野開闊了，學(xué)習(xí)質(zhì)量提高了。同時還借助化學(xué)工程與工藝重點學(xué)科平臺，定期安排學(xué)生、教師去煉油廠、研究院、設(shè)計院參觀、實習(xí)，請工程經(jīng)驗豐富的工程師給學(xué)生、教師培訓(xùn)指導(dǎo)，聽取企業(yè)對人才培養(yǎng)的建議，學(xué)生解決工程實際問題的能力得到鍛煉，工程觀念得到加強。

3 結(jié)束語

我?；ぴ硐盗姓n程經(jīng)過多年的教學(xué)改革實踐，取得了良好的人才培養(yǎng)效果。人才質(zhì)量顯著提高，近幾年來，畢業(yè)生整體上基礎(chǔ)理論扎實、專業(yè)技能強、綜合素質(zhì)高，受到了用人單位的普遍好評，學(xué)生就業(yè)率逐年提高，近幾年本科畢業(yè)生就業(yè)率達(dá)80%～90%，化工、材料等專業(yè)畢業(yè)生深受中國石化茂名石化公司、中國石化湛江中科石化公司、中國石化海南煉油化工公司、中國長城潤滑油公司等大型國企石化公司歡迎。2017—2021年化學(xué)工程系支持我?；?、環(huán)境、高分子專業(yè)通過了中國國家工程教育專業(yè)認(rèn)證，化學(xué)工程系接待了東莞理工學(xué)院、惠州學(xué)院、昆明理工大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等國內(nèi)高校的參觀考察，成為學(xué)校相關(guān)工程教育對外交流窗口之一，為高校相關(guān)化工原理課程與實驗室的建設(shè)提供示范作用。