《化工單元操作技術》課程現狀及改革研究

翁燕玲

(眉山職業(yè)技術學院，四川 眉山 620000)

隨著我國經濟進入新的發(fā)展階段，產業(yè)升級和經濟結構調整不斷加快，各省市也貫徹國家的戰(zhàn)略要求，加快構建區(qū)域產業(yè)體系。四川省眉山市目前擁有萬華化學、聯合利華、陶氏化學、昊華化工、金象賽瑞等一大批世界500強、中國化工100強的企業(yè)，化工背景高素質技術技能人才需求旺盛。

《化工單元操作技術》是應用化工技術專業(yè)的一門專業(yè)核心課，主要內容是以化工生產中的物理加工過程為背景，依據操作原理的共性，分為若干單元操作過程，學習如流體輸送技術，傳熱、干燥、精餾等單元操作的基本原理、基本計算方法，單元操作典型設備的結構及設備在生產中的操作控制方法等，將學生帶入化工生產領域真實和復雜的問題中。同時學習化工企業(yè)實際生產的任務、涉及的崗位及所需知識。該課程所涉及的知識和技能，包括設備的操作、維修、故障處理等，在實際化工生產中具備廣泛的應用價值，是培養(yǎng)學生化工相關崗位尤其是生產一線技術人員所需崗位知識及職業(yè)能力的一門必不可少的工程課程?！痘卧僮骷夹g》課程需要在學習掌握《無機化學》《有機化學》《化工制圖》《化工儀表及自動化》《化工設備基礎》等課程知識的基礎上學習并應用，在基礎課和其他專業(yè)課之間起到了承上啟下的橋梁作用，培養(yǎng)學生運用工程的思路分析、解決實際工作中的具體問題，蘊含化工單元操作工、生產一線技術工等崗位所必須掌握的基礎知識。

1 課程現狀

1.1 生源特點

目前，我院應用化工技術專業(yè)生源主要來源于通過單招招收的學生(中專、職高學生)。絕大部分學生非化學化工相關專業(yè)，且大部分為文科專業(yè)，導致數學、物理、化學基礎薄弱，而應用化工技術專業(yè)的課程基礎就是數學、物理、無機化學、有機化學等，因此對于學生來說，學習難度大。學生普遍對于理論及計算類的知識點，具有畏懼心理，沒有學習的興趣和信心，表現在涉及理論和計算知識點講解時，學生普遍跟不上教學思路，不愿聽講，教學難度大。從報考志愿分析，應用化工技術專業(yè)第一志愿學生人數相對較少，第二、三志愿人數較多，且存在較多的調劑學生，學習熱情較低，同時學習的主動性、自律性較差，導致整體教學效果較差。

1.2 教學模式跟隨本科教育模式，依賴傳統教學模式

《國家職業(yè)教育改革實施方案》文件中提出，職業(yè)教育不同于本科教育，職業(yè)教育所傳授的技術知識的來源、形成方式及途徑有異于本科教育，因此職業(yè)教育在專業(yè)課程設置、教材內容的選擇、教學方法的開發(fā)選擇、師資隊伍建設、教學管理評價等方面均應形成自己的一套體系[1]。然而，多年以來，高職院校的教學模式跟隨本科教育模式，依賴傳統教學模式。無論是專業(yè)課程設置，還是教材內容的選擇上都更偏向本科教育，與職業(yè)教育的培養(yǎng)目標不夠契合。同時在教學目標、課程體系、教學方法、教學實施過程中教師與學生的互動關系、教學資源等方面都依賴傳統的教學模式，導致職業(yè)院校的學生理論基礎也跟不上，實踐操作能力優(yōu)勢又沒有得到加強，與企業(yè)崗位需求相去甚遠。

1.3 課時太少，理論和實踐分配不夠合理

由于職業(yè)院校學生的生源水平弱于?？萍氨究茖W生，而《化工單元操作技術》這門課程又是專業(yè)的核心基礎課程，因此按照傳統設置的課時數明顯偏少。在現有課時的情況下，學生不論是理論教學環(huán)節(jié)，還是實踐教學環(huán)節(jié)的知識都無法充分的理解與掌握。學生經過“理實”兩個環(huán)節(jié)的系統學習，無法有效地將理論知識和實踐操作有機的關聯起來，而且綜合運用各單元操作的能力較差，不利于后續(xù)專業(yè)課程的學習。由于課時的限制、學校實驗條件的限制，針對化工單元操作技術課程的理論和實踐操作分配并不合理，尤其在實踐教學方面，學生無法進行較多的實踐操作。

2 課程改進措施

2.1 重新規(guī)劃教學內容

傳統的教學模式,沒有充分考慮生源差異性,沿用傳統的教學模式、教材內容，學生難以吸收理解，因此很難達到教學目標。針對現有生源特點，結合當地行業(yè)、企業(yè)的崗位需求，融入人才培養(yǎng)方案，對《化工單元操作技術》課程內容重新進行了設計整合。按照激發(fā)興趣——探究原理——實踐論證——知識遷移的思路，對《化工單元操作技術》課程內容進行重整，分為基礎知識模塊、專業(yè)知識模塊?；卧僮骷夹g課程有流體輸送、傳熱、分離、精餾、過濾、萃取等操作模塊，本文以傳熱和流體輸送為例進行改革設計[2]。

2.2 教學過程與實施改革

《化工單元操作技術》作為應用化工專業(yè)的核心基礎課程，課程本身難度較大，理論知識多，而化工生產過程具有復雜性、特殊性和危險性等特點，教學過程中的實踐操作，多采用仿真操作或者現場看設備結合講解等形式，學生參與度較低。無論是理論知識講授，還是實踐操作環(huán)節(jié)，采用傳統教學方法，學生的學習興趣都不高，亟需在教學方法上進行創(chuàng)新，激發(fā)學生的學習興趣?！叭蝿镇寗印辈煌凇耙詡魇谥R為主”的傳統教學理念，其最根本的特點就是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”，秉持解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念?！叭蝿镇寗印苯虒W法，從淺顯的生活實例入手，引入知識概念，提出任務(問題)，再由教師向學生提供解決該任務的有關線索，不僅極大的提高了學生的學習的興趣，同時培養(yǎng)了他們自主學習、探索解決問題、團隊協作的能力?！叭蝿镇寗印狈ㄔ凇痘卧僮骷夹g》課程中傳熱模塊的應用如下：

1)創(chuàng)設情境

由于現有生源的基礎比較薄弱，如何在學生已有的生活經驗、已有的知識體系和新概念、新知識之間搭建鏈接點，是課堂導入的重點。 將所講授的概念與知識點與日常生活情景聯系起來，生動形象，學生能夠更容易理解新概念、新知識，也更有助于記憶，從而激發(fā)學生的學習興趣。例如，傳熱操作技術單元授課時，可以通過飲水機冷熱水一定比例混合得到溫水，冬天熱盒裝牛奶等生活情景，引出換熱器作用原理。這種導入方法不僅可以使抽象的概念生活化，降低學習的難度，提升學生學習的信心，同時讓學生明白我們所學的知識都是來源于生活且應用到生活中的；不僅可以培養(yǎng)學生善于觀察和思考的能力，同時讓學生形成理論和實踐一體化的概念[1，3]。

2)確定任務

根據上述創(chuàng)設的情境，選擇與傳熱操作模塊密切相關的生活場景作為學習的中心內容，讓學生分組討論，確定具體任務，并將任務拆解成具體可以實踐操作的步驟。同時讓學生分組來講訴任務，在講訴的過程中對于任務更加的清晰明了。由全班同學共同探討任務步驟的可操作性、可行性，協同制定更為完善的任務完成方案。明確工作任務以及任務的解決步驟，有可能使學生更主動、更廣泛地激活自身原有知識和經驗，通過分析、解決任務，為新舊知識搭建鏈接的平臺。

3)類比教學

①《化工單元操作技術》課程的主要內容可以歸納為“三傳一反”。“三傳”就是傳質、傳熱、傳動，基本原理都可以概括為：反應速率=推動力/阻力=系數×推動力的形式，只是推動力和阻力的表達形式不同。例如，流體輸送單元操作中，推動力是壓力差，傳熱單元操作中推動力是溫度差，濃度差、電位差等可以是反應過程的推動力[4]。

根據知識間的內在聯系，通過類比教學，不僅鞏固了舊知識，同時引入了知識。以舊知識作為指引，引導學生學習新的知識，可以強化學生注意力的集中，提升學習效率，降低學習和記憶的難度。對于傅里葉定律、牛頓冷卻定律的教學同樣可以采用類比手段。

傳熱基本方程：

(1)

牛頓冷卻定律：

(2)

由式(1)、式(2)看出，兩個式子的結構類似，含義類似，通過類比教學，不僅可以讓學生對傳熱的原理理解的更透徹，同時也減少學習難度。

②流體輸送和傳熱中的壓力降

在講授傳熱單元操作模塊總傳熱系數K時，由于學生已經學習過流體輸送單元操作中流體阻力相關內容，此時在教學中較多的運用類比教學方法，不僅可以降低學生的學習量，也可以培養(yǎng)學生自主學習的能力和觸類旁通的知識遷移能力，為將來工作中完成不同的項目任務奠定基礎。

流體輸送單元操作模塊：采用相應的計算方法分別計算直管阻力與局部阻力，兩者之和為整個管路的總阻力。

直管阻力計算公式：

(3)

傳熱單元操作模塊:換熱器的阻力分為管程阻力和殼程阻力。

直管壓力降公式：

(4)

從式(3)、式(4)看出，流體阻力和換熱器的阻力計算的原理是類似的，學生經過流體阻力學習后，再來學習換熱器阻力的計算就變得簡單易懂。經過課程內容整合，采用類比教學，可以極大提高學生的學習效率。

4)培養(yǎng)自主學習能力

由于我院絕大部分學生非化學化工相關專業(yè)，數學、物理、化學基礎薄弱，學生可能需要補充初高中數學、物理、化學等方面的基礎知識，導致在高職學習期間，學生需要學習的知識量比較大，而課時有限，因此亟需學生培養(yǎng)自主學習能力，提升自身的知識儲備。同時在學校學習的階段和時間都只占學習生涯的一部分，教師一直致力于培養(yǎng)學生的自主學習、協作學習能力。在教學過程中，由教師告訴學生需要完成的任務和完成任務的有關線索。如需要搜集哪一類資料、從何處獲取有關的信息資料等，而不是直接告訴學生方法，正所謂“授人以魚不如授人以漁”。

5)效果評價

對于課程教學內容、教學實施過程等的改革，需要對改革效果進行評價，否則都是紙上談兵，不能有效的辨別何種改革措施成效高?？梢越Y合信息化手段，設計合理的評價體系，采用問卷調查、隨堂測驗、課后測驗、實踐評價等多維度綜合評價，并根據效果，實時調整教學方案。

2.3 增強信息化教學水平

目前，高職院校普遍存在“教學內容多、課時少”的問題[5]。同時針對學校經費有限、實驗教學條件的不足等，導致的學生實踐能力得不到有效鍛煉的問題，一方面可以通過課堂派、學習通等在線平臺和APP，構建在線自主討論、學習環(huán)境，教師可以上傳課件、題庫等學習資源，學生可以自主學習、自由討論，解決課時少的問題，同時提升學生的自主學習能力；另一方面，可以通過仿真訓練等信息化教學手段，提升學生的實踐操作能力和動手能力。由于化工生產環(huán)境具有復雜、專業(yè)性強、危險性高等特點，雖然職業(yè)教育強調培養(yǎng)學生的實踐操作能力，但實際上學生一般都只是到工廠進行參加見習。如果想要真正動手操作，需要經過大量時間的前期培訓，而學校又不具備相應的條件配備足夠的實驗設備滿足教學需求，仿真教學就極大的滿足了化工類專業(yè)的實踐需求及安全環(huán)保節(jié)能的需求。高職院校的學生對于實踐教學環(huán)節(jié)的興趣遠大于純理論教學環(huán)節(jié)，因此合理設計、分配課程理論和實踐內容，將晦澀的理論教學融入仿真實踐教學中，能夠提高學生學習的興趣。同時工學結合的課程設計，也讓“做中學”“學促做”的理念得到充分體現。利用學校配備的計算機或個人電腦，學生在任何空余時間均可進行虛擬仿真實驗；還可以利用仿真軟件觀察儀器設備的3D結構和原理展示，讓學生直觀的了解設備內部構造，更形象、直觀地掌握單元操作、設備運行的基本原理和方法等[6]。

3 改革成效

通過教學改革，采用任務驅動法教授理論知識，能夠有效增強學生對定義和原理的理解能力，大部分學生能夠準確或者用自己的語言描述，相關概念的定義。為了緩解實操存在的難題，提高仿真實踐訓練的比例，學生的實踐水平得到提升。例如，進行兩個流體輸送和傳熱單元的仿真訓練，成績大部分都在80分以上。通過培養(yǎng)鍛煉，學生的自主學習能力也得到一定提升，部分學生能夠結合實驗原理、實驗裝置繪制基礎的PID圖。學生的計算水平提高較為微弱，主要原因是學生基礎薄弱，后續(xù)仍需要針對學生的具體情況，對授課內容進行實時調整。

4 結語

為了培養(yǎng)企業(yè)需求的人才，結合我院應用化工技術專業(yè)學生的生源特點，融合《化工單元操作技術》課程特征，本文從教學內容、教學實施過程、信息化教學等方面著手，對《化工單元操作技術》課程進行改革。按照激發(fā)興趣——探究原理——實踐論證——知識遷移的思路，對課程內容進行重整，分為基礎知識模塊、專業(yè)知識模塊。采用創(chuàng)設情景——確定任務——類比教學——培養(yǎng)自主學習能力——效果評價的教學模式，對課程教學實施過程進行改革。通過多維度綜合評價，實時調整教學方案。從在線學習平臺的構建和完善來解決“教學內容多、課時少”的問題，從增強仿真訓練，來提升學生的實踐操作能力和動手能力。接下來，將對課程其他模塊，如“分離單元操作”模塊的教學內容進行重新整合、重新設計。