基于新工科背景下化工原理課程改革探討

劉勇，尹曉紅，王曉艷，韓煦

（1.天津理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院天津 300384；2.天津大學(xué)化工學(xué)院天津 300350）

高等學(xué)校的工科教育是保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高國(guó)家科技進(jìn)步的重要內(nèi)容。 教育部自2018年2 月提出“新工科”的建設(shè)要求，探索新工科教育的建設(shè)理論與實(shí)踐[1]。 新工科的“新”是指新結(jié)構(gòu)、新質(zhì)量、新理念、新體系、新模式。 其中，對(duì)于學(xué)生工程化思維的培養(yǎng)是重要環(huán)節(jié)，其核心是提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。 新工科背景下學(xué)生的工程化思維培養(yǎng)，與工程教育專業(yè)認(rèn)證中對(duì)于學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力培養(yǎng)相契合。學(xué)生畢業(yè)時(shí)所具備的在解決復(fù)雜工程問(wèn)題過(guò)程中體現(xiàn)出的素質(zhì)與能力，是對(duì)所學(xué)知識(shí)和理論最好的檢驗(yàn)[2]。 作為工科領(lǐng)域的重要組成部分，化工學(xué)科自然也就成了新工科概念應(yīng)用的重要領(lǐng)域?；ぴ碚n程是化工類及其相關(guān)專業(yè)的一門非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，擔(dān)負(fù)著化工過(guò)程由理論到工程、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用，課程教學(xué)水平的高低，對(duì)化工類專業(yè)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)和工程能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用[3]。

本文以新工科建設(shè)為背景，探討如何通過(guò)教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教師提升和考核方式改革，使學(xué)生在化工原理層面把化學(xué)工程基本觀點(diǎn)與相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)緊密聯(lián)系起來(lái)，具備工程思維及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，能夠從工程分析的角度討論化學(xué)工程的重要工程概念，使學(xué)生形成完整的化學(xué)工程觀點(diǎn)，便于學(xué)生掌握化學(xué)工程分析的內(nèi)容和工程分析的方法，增強(qiáng)分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的綜合能力，以提高化工原理課程的教學(xué)效果，為適應(yīng)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)的需要培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型新化工人才。

1 存在主要問(wèn)題

化工原理是理論與實(shí)踐相結(jié)合，但實(shí)際教學(xué)中卻“重理論、輕實(shí)踐”。 化工原理是一個(gè)課程體系，包含化工原理、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，由于教學(xué)學(xué)時(shí)、教師安排等客觀原因，相互割裂，沒有交流，甚至有還沒開始講理論就進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，或這一學(xué)期講理論，相關(guān)實(shí)驗(yàn)要下一個(gè)學(xué)期開設(shè)等現(xiàn)象[4]。 課程設(shè)計(jì)也未體現(xiàn)出工程問(wèn)題的解決能力，普遍簡(jiǎn)單，單一化。 “三傳一反”是化工學(xué)科基礎(chǔ)，其中，“三傳”主要在化工原理課程中體現(xiàn)，其重要性不言而喻。 學(xué)生學(xué)習(xí)費(fèi)力、學(xué)習(xí)熱情不高、普遍反映難學(xué)、考試單一期末卷子，突擊復(fù)習(xí)背公式應(yīng)付考試，缺乏能力培養(yǎng)。目前教學(xué)模式導(dǎo)致解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力缺失，未達(dá)到課程目標(biāo)和畢業(yè)要求，進(jìn)而沒有達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)要求。 此外，工科教師理科化，沒有實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，甚至沒進(jìn)過(guò)工程項(xiàng)目、更沒有參與過(guò)工程項(xiàng)目的建設(shè)開工。 因此，教師自己都沒有工程思維，很難培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

2 主要改革措施

2．1 教學(xué)方式

隨著科技進(jìn)步以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展普及，傳統(tǒng)的以“一張黑板滿堂灌”的授課方式已經(jīng)得到明顯改善，新的教學(xué)方式如多媒體、仿真模型、線上線下混合等方式也得到了廣泛應(yīng)用[5]。 但是并未從根本上改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，在教學(xué)過(guò)程中仍以教師講授為主，學(xué)生參與度不高。 在當(dāng)前社會(huì)對(duì)化工學(xué)科整體偏弱化認(rèn)識(shí)的背景下，學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容如一些枯燥的理論和公式不感興趣，不了解化工的發(fā)展歷史及前沿， 所學(xué)不能所用，逐漸喪失學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣。 針對(duì)學(xué)生喜歡聽“故事”和“事故”，對(duì)實(shí)際案例感興趣，特別是一些造成嚴(yán)重后果或者取得了重大科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的實(shí)際案例感興趣，可以從實(shí)際案例分析切入進(jìn)行講授。 可在傳統(tǒng)課堂的基礎(chǔ)上增加案例分析式教學(xué)方式，例如在講述邊界層分離知識(shí)點(diǎn)時(shí)可分析歷史上著名的“大橋風(fēng)振致毀”事故；在講述精餾知識(shí)點(diǎn)時(shí)可跟同學(xué)們分享根據(jù)真實(shí)事件改編、最近大熱的電視劇，劇中一條主線是圍繞著“化工廠”引進(jìn)乙烯裝置展開的，分析其中關(guān)鍵設(shè)備精餾塔設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容。 同時(shí)，講授化工行業(yè)發(fā)展的歷史，以及在化工領(lǐng)域的重要人物歷史，如氯堿先驅(qū)侯德榜、化工原理先驅(qū)丁緒淮、王紹亭、顧毓珍等人事跡。 培養(yǎng)學(xué)生熱愛自己專業(yè)、了解自己專業(yè)的情懷，將家國(guó)情懷的教育以“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的方式滲入到學(xué)生的日常學(xué)習(xí)過(guò)程中。

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景下，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式突破了學(xué)習(xí)空間和時(shí)間上的限制，為學(xué)習(xí)者提供了極大的便利。 可充分利用互聯(lián)網(wǎng)+，化工原理課程中的理論內(nèi)容以線上學(xué)習(xí)為主，學(xué)生以自主探究和自主參與的方式去學(xué)習(xí)， 改被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，可以更有效地提高學(xué)習(xí)效率。 在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)教師布置的任務(wù)對(duì)基礎(chǔ)理論進(jìn)行學(xué)習(xí)，可通過(guò)多種渠道了解并理解基礎(chǔ)理論的提出、發(fā)展等主要內(nèi)容。 學(xué)生有疑問(wèn)的可通過(guò)答疑系統(tǒng)向教師提問(wèn)，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行解答和進(jìn)行學(xué)習(xí)輔導(dǎo)，使教師能及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)向，并把一些普遍性的問(wèn)題及時(shí)反饋到課堂教學(xué)過(guò)程中，從而及時(shí)針對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行完善與更新。 這種互動(dòng)式的教與學(xué)，可由教師提出理論問(wèn)題，學(xué)生思考并尋找問(wèn)題答案；學(xué)生提出疑問(wèn)，教師回答反饋并提出新的問(wèn)題。 這種方式對(duì)于課前課后的學(xué)習(xí)都有很大的促進(jìn)作用，課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的聯(lián)動(dòng)可增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，也使得教師能有的放矢，做到事半功倍。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

化工原理教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括化工原理理論、化工原理實(shí)驗(yàn)、化工原理課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 傳統(tǒng)教學(xué)模式仍以化工原理理論講授為主，對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)及化工原理課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容重視不夠，各教學(xué)內(nèi)容之間相互割裂，交流互動(dòng)較少，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)偏弱，很難達(dá)到工程教育背景下課程目標(biāo)的要求。

隨著化工及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，化工原理與其他相關(guān)課程內(nèi)容的融合和交叉也很重要，應(yīng)根據(jù)需要調(diào)整和增加相應(yīng)的內(nèi)容[6]。 可加強(qiáng)化工過(guò)程分析與模擬輔助軟件在教學(xué)中的應(yīng)用，化工原理課程中涉及到的數(shù)學(xué)內(nèi)容相對(duì)繁雜，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實(shí)的學(xué)生會(huì)選擇對(duì)公式死記硬背，覺得課程難度大并且枯燥乏味，失去學(xué)習(xí)的興趣[7]。 鼓勵(lì)學(xué)生采用Aspen、ProII 等過(guò)程分析軟件可對(duì)化工過(guò)程進(jìn)行模擬， 有助于學(xué)生對(duì)反應(yīng)過(guò)程知識(shí)的掌握，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 同時(shí)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和仿真教學(xué)在課程教學(xué)中的應(yīng)用， 可在生產(chǎn)實(shí)習(xí)等仿真實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中進(jìn)一步強(qiáng)化化工原理課程內(nèi)容， 通過(guò)多樣化的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的學(xué)習(xí)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力；另外，通過(guò)仿真學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生操控反應(yīng)過(guò)程變量，例如在精餾塔仿真操作模擬過(guò)程中，學(xué)生可根據(jù)精餾的基本理論分析精餾操作過(guò)程中的各變量影響及相互作用， 感受實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，使學(xué)生更容易理解該過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

2.3 教師提升

新工科建設(shè)的關(guān)鍵是師資。 對(duì)于工科教師而言，一定的理科基礎(chǔ)當(dāng)然是必要的，但工科教師更需要的是解決工科實(shí)際問(wèn)題的能力。 隨著近年來(lái)高校的發(fā)展，進(jìn)入高校的人才特別是年輕教師普遍存在基礎(chǔ)研究科研能力強(qiáng)，但工業(yè)生產(chǎn)解決問(wèn)題能力背景偏弱，部分教師自己沒有深刻理解工業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)與要點(diǎn)，教學(xué)過(guò)程中“紙上談兵”，其指導(dǎo)出來(lái)的學(xué)生也肯定與工業(yè)生產(chǎn)脫節(jié)。我們?cè)谶M(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的同時(shí)，要從工科院系的實(shí)際出發(fā)，更加注重發(fā)揮團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)相關(guān)重要技術(shù)工程應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化過(guò)程。 通過(guò)改革，教師和科研人員也能主動(dòng)促進(jìn)工程化應(yīng)用和轉(zhuǎn)化，教師積極參與的科研也可反哺教學(xué)，將科研過(guò)程中的實(shí)際工程問(wèn)題在教學(xué)過(guò)程中與學(xué)生分析、討論，教學(xué)與科研相長(zhǎng)，既可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可提高對(duì)學(xué)生工程思維能力的培養(yǎng)。 應(yīng)注重培養(yǎng)教師特別是新入職青年教師的工程實(shí)踐能力，學(xué)?；?qū)I(yè)可通過(guò)與生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合的方式， 一方面聘請(qǐng)企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)工程師為學(xué)生講課，使學(xué)生了解實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的存在問(wèn)題與解決方法；另一方面可安排相關(guān)教師進(jìn)修，真實(shí)進(jìn)入企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)培養(yǎng)教師的工程實(shí)踐能力。 例如某集團(tuán)公司近年推出的“N1N”產(chǎn)教融合項(xiàng)目， 將教學(xué)實(shí)訓(xùn)與科研知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，通過(guò)對(duì)青年教師“產(chǎn)教學(xué)研工程化融合”培訓(xùn)，有助于提高青年教師對(duì)工程實(shí)踐及復(fù)雜工程問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，豐富教師對(duì)一線生產(chǎn)環(huán)境的認(rèn)知，在提高教師工程實(shí)踐能力方面取得了好的成果和經(jīng)驗(yàn)。

2.4 考核方式

傳統(tǒng)教學(xué)采用封閉的考核方式，主要是期末考試試卷，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。 由于時(shí)間相對(duì)有限， 沒有深入題目重點(diǎn)考察基本內(nèi)容和基本原理，應(yīng)用考察很少，存在學(xué)生以背公式應(yīng)付考試現(xiàn)象[8]。 過(guò)程性評(píng)價(jià)是指對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的價(jià)值進(jìn)行建構(gòu)的過(guò)程。 過(guò)程性評(píng)價(jià)要在學(xué)習(xí)過(guò)程中完成，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主體參與。 過(guò)程性評(píng)價(jià)并不是通過(guò)一次評(píng)價(jià)完成，而是在學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)生的、學(xué)習(xí)者參與的、漸近的目標(biāo)建構(gòu)過(guò)程。 考核方式可變?yōu)殚_放的、多元的、全面的過(guò)程性考核方式，期末考試占約50%左右，開放考核30%左右，以大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽模式為參考，即每5～6 名學(xué)生為一個(gè)小組，題目半開放，要求考察團(tuán)隊(duì)的能力，對(duì)組織能力、 領(lǐng)導(dǎo)能力、 團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力進(jìn)行考核，10%左右課后作業(yè)包括單元測(cè)驗(yàn)及期中考試等，10%左右課堂討論。

3 結(jié)論

在新工科建設(shè)的背景下， 基于科研育人理念， 在具體實(shí)施過(guò)程中不僅要科學(xué)安排課程結(jié)構(gòu)，還要考慮課程目標(biāo)、課程實(shí)施、課程評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系。 化工原理課程發(fā)揮著從基本理論到實(shí)踐、 理論到工藝設(shè)計(jì)等專業(yè)知識(shí)的橋梁作用。 針對(duì)目前化工原理課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，將新工科的理念引入到化工原理教學(xué)中，利用系統(tǒng)科學(xué)的原理去深入分析和研究。 通過(guò)對(duì)化工原理課程的重新定位， 不斷探索改進(jìn)教學(xué)方法，更新教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的掌握和熟練運(yùn)用，訓(xùn)練學(xué)生的開創(chuàng)新型思維并逐步改進(jìn)教學(xué)方案，從而有效提高化工原理理論課程的教學(xué)效果，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力、培養(yǎng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)和新工業(yè)發(fā)展需要的復(fù)合型化工創(chuàng)新人才的目的。