面向應(yīng)用的“化工原理”教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

程元徽，宋蘭蘭，聶紅嬌

（1.北京化工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，北京 100029；2.臨沂大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 臨沂 276005）

一、學(xué)情分析與教學(xué)目標(biāo)

“化工原理”是化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課，主要講授流體流動(dòng)與輸送機(jī)械、非均相物系分離、傳熱、精餾和干燥等化工單元操作的基本原理、過(guò)程計(jì)算和典型設(shè)備，是一門(mén)以化工單元操作過(guò)程原理和設(shè)備為主要內(nèi)容、以處理工程問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究方法為特色的應(yīng)用性課程。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅要掌握化工單元操作的基本原理、計(jì)算方法和典型設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型，更要綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，分析和解決化工及相關(guān)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種物理操作問(wèn)題。“化工原理”課程在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力等方面起著重要的作用［1-2］。

基于“化工原理”課程的上述特點(diǎn)，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，往往面臨課程內(nèi)容涉及的基礎(chǔ)理論較多、學(xué)習(xí)內(nèi)容難度大、難以理解和應(yīng)用知識(shí)的問(wèn)題，不僅無(wú)法有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還會(huì)削弱其學(xué)習(xí)信心和動(dòng)力。而傳統(tǒng)單一的講授式教學(xué)法較難改變這些問(wèn)題，既不能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和運(yùn)用。目前，很多學(xué)校采用線上教學(xué)的方式，在線上教學(xué)過(guò)程中，大量的教學(xué)資源（如課件、視頻、文獻(xiàn)、參考書(shū)等）讓學(xué)生手足無(wú)措、無(wú)從選擇，因此可能會(huì)失去對(duì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)的把握。同時(shí)，線上資源和信息的碎片化也不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)掌握，而且線上學(xué)習(xí)的真實(shí)性和有效性難以監(jiān)督與評(píng)估。因此，通過(guò)有效整合教學(xué)資源、創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)模式，使學(xué)生掌握綜合分析處理問(wèn)題的方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力是迫切與必要的。

在教學(xué)改革上，“化工原理”課程遵循以下三個(gè)目標(biāo)：（1）知識(shí)目標(biāo)。能夠掌握動(dòng)量傳遞過(guò)程、熱量傳遞過(guò)程及質(zhì)量傳遞過(guò)程的基本原理。通過(guò)學(xué)習(xí)化工原理的基本理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決化學(xué)工程實(shí)際問(wèn)題的能力。（2）能力目標(biāo)。能夠運(yùn)用各單元操作的基本原理、典型單元操作的學(xué)習(xí)方法和分析問(wèn)題的思路，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和物系特性，進(jìn)行典型單元操作的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型的計(jì)算，能夠基于相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達(dá)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)際問(wèn)題。（3）素質(zhì)目標(biāo)。能夠掌握綠色生產(chǎn)的核心理念，具有良好的工程素養(yǎng)、安全生產(chǎn)理念和環(huán)保意識(shí)。具有學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法和自主學(xué)習(xí)的能力，有良好的思維習(xí)慣和職業(yè)規(guī)范，能運(yùn)用相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)方法和專(zhuān)業(yè)技能解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。

二、課程教學(xué)改革思路

針對(duì)“化工原理”課程所具有的交叉性、寬廣性、應(yīng)用性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，為了在線上教學(xué)中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)參與性，讓學(xué)生深刻體會(huì)課程的實(shí)用性和應(yīng)用性，進(jìn)一步提升對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生解決化學(xué)工程中的實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)一步完善以工程實(shí)踐為目標(biāo)和落腳點(diǎn)的新工科人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)出能在精細(xì)化工、煤化工、新材料、材料、環(huán)保、醫(yī)藥、能源、輕工等部門(mén)中從事工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)管理和科學(xué)研究等工作的高素質(zhì)復(fù)合型工程技術(shù)人才。本文從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、立德樹(shù)人和課程評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面對(duì)課程進(jìn)行了全方位的改革與創(chuàng)新。

（一）設(shè)置模塊化課程教學(xué)體系

“化工原理”課程以各種化工單元操作為主要內(nèi)容，在課程教學(xué)過(guò)程中要更加強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)，但是在目前的課程教學(xué)體系中存在理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)滾瓜爛熟，但是在面對(duì)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題時(shí)卻束手無(wú)策。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的課堂講授的教學(xué)模式更注重基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，雖然會(huì)安排相應(yīng)的工程實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)，但只是走馬觀花式的參觀學(xué)習(xí)。此外，在傳統(tǒng)的課程教學(xué)體系中，各個(gè)單元的操作被劃分為不同的章節(jié)單獨(dú)講授，缺乏相互之間的交叉滲透、有機(jī)整合和綜合應(yīng)用。殊不知，現(xiàn)代的化工生產(chǎn)線就是由各個(gè)單元操作共同組成的，這不利于學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的綜合運(yùn)用。因此，為了解決上述問(wèn)題，最大限度地契合課程應(yīng)用性和實(shí)踐性的基本屬性，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中根據(jù)自身的辦學(xué)特色，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，探索構(gòu)建了模塊化的課程教學(xué)體系。

在該課程體系中，將“化工原理”的課程內(nèi)容分為三個(gè)模塊，即基礎(chǔ)知識(shí)模塊、綜合應(yīng)用模塊和專(zhuān)業(yè)實(shí)踐模塊。同時(shí)，根據(jù)不同模塊的特點(diǎn)，采用不同的教學(xué)方法，通過(guò)三個(gè)模塊的有機(jī)結(jié)合，全面提升學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力?；A(chǔ)知識(shí)模塊主要針對(duì)各個(gè)基礎(chǔ)章節(jié)和單元操作中涉及的基礎(chǔ)理論知識(shí)，如各單元操作的基本原理、動(dòng)量傳遞過(guò)程、熱量傳遞過(guò)程及質(zhì)量傳遞過(guò)程的基本原理等。這部分內(nèi)容采用以教師課堂講授為主的授課模式，使學(xué)生扎實(shí)地掌握基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)的應(yīng)用和實(shí)踐模塊的進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。綜合應(yīng)用模塊主要針對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和各個(gè)單元操作的綜合利用，安排在基礎(chǔ)知識(shí)模塊之后進(jìn)行教學(xué)，例如在掌握專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，以問(wèn)題為導(dǎo)向，引入實(shí)際的化工工藝或化工產(chǎn)品進(jìn)行探索性工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如某些精細(xì)化學(xué)品的制取、化妝品的設(shè)計(jì)合成等相關(guān)的探索性實(shí)驗(yàn)。在這部分的教學(xué)中，采用以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，可以將學(xué)生分為不同的小組，以小組合作的形式進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、討論和匯報(bào)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，從而有助于營(yíng)造樂(lè)學(xué)向上的課堂氛圍，建立高質(zhì)量的教與學(xué)關(guān)系，從多個(gè)方向培養(yǎng)學(xué)生從事研究工作和解決多樣化實(shí)際工程問(wèn)題的能力。專(zhuān)業(yè)實(shí)踐模塊主要通過(guò)與周邊材料、化工、污水處理等領(lǐng)域的企業(yè)深度合作，進(jìn)一步開(kāi)展校企合作教育，建立相應(yīng)的校外實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，依據(jù)課程教學(xué)的進(jìn)度，適時(shí)安排學(xué)生進(jìn)入實(shí)踐平臺(tái)進(jìn)行實(shí)習(xí)，加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，化理論為應(yīng)用。

（二）將前沿科研成果融入教學(xué)

教學(xué)與科研是高等教育的兩大核心內(nèi)容。早在19世紀(jì)初，德國(guó)教育家洪堡就提出“教學(xué)研究統(tǒng)一”的辦學(xué)宗旨［3-4］。“化工原理”是一門(mén)具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性的課程，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，各個(gè)單元操作和實(shí)際生產(chǎn)中的許多設(shè)備與工藝在不斷更新，因此在課程教學(xué)中，要深入挖掘相關(guān)工程領(lǐng)域的前沿知識(shí)，在重新構(gòu)建教學(xué)體系的同時(shí)，將國(guó)內(nèi)外最新研究成果引入課堂教學(xué)中，及時(shí)充實(shí)和更新教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)的學(xué)術(shù)品味，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。比如，在學(xué)習(xí)流體黏性這部分內(nèi)容時(shí)，可以從國(guó)際主流期刊甄選相關(guān)的最新科研成果，通過(guò)舉例介紹流體黏性在相關(guān)科研成果中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)幫助學(xué)生更好地掌握基礎(chǔ)知識(shí)。例如，可以從國(guó)際主流期刊甄選出與浸漬法制備負(fù)載型催化劑相關(guān)的最新科研成果。在催化劑的制備過(guò)程中，一般需要在催化劑載體的表面通過(guò)單次或多次浸漬的方式負(fù)載液體，液體的黏度對(duì)催化劑在載體表面的均勻性和厚度有很大的影響，因此浸漬過(guò)程通常需要在高溫下進(jìn)行，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生掌握液體的黏性隨溫度的升高而降低的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)課本知識(shí)和前沿成果的共同學(xué)習(xí)，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（三）立德樹(shù)人，教書(shū)育人相得益彰

習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上的講話(huà)中強(qiáng)調(diào)：“要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人。”［5］立德樹(shù)人是高校工作的中心，“且夫水之積也不厚，則其負(fù)大舟也無(wú)力”（《莊子·逍遙游》）。在“化工原理”課程的建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)結(jié)合學(xué)情和課程特點(diǎn)，充分挖掘課程中蘊(yùn)含的思政元素，將課程內(nèi)容與政治認(rèn)同、國(guó)家意識(shí)、文化自信、人文精神、科學(xué)素養(yǎng)、綠色化工、人格養(yǎng)成等思政元素融合，將思想政治教育融入課程教學(xué)和改革的各個(gè)方面，確保課堂教學(xué)與思想政治教育同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)［6］。

在課程教學(xué)過(guò)程中，與學(xué)生分享我國(guó)科學(xué)家在化學(xué)工程教育及人類(lèi)化學(xué)工程進(jìn)步與發(fā)展領(lǐng)域內(nèi)做出的巨大貢獻(xiàn)，以及我國(guó)在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)所取得的具有里程碑意義的重要發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明，還有老一輩化學(xué)家為了國(guó)家化學(xué)工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步“埋頭苦干，無(wú)私奉獻(xiàn)，以振興中華為己任”的犧牲精神，引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)民族自尊心、自信心和自豪感，樹(shù)立正確的人生觀、價(jià)值觀和職業(yè)觀，形成為中華民族偉大復(fù)興奮勇前進(jìn)的精神力量。例如，在講解空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)時(shí)，與學(xué)生分享著名空氣動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家、“兩彈一星”元?jiǎng)族X(qián)學(xué)森先生克服重重阻力回國(guó)效力，獻(xiàn)身國(guó)防，志在強(qiáng)國(guó)，他在導(dǎo)彈、原子彈、氫彈和人造衛(wèi)星的研制過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。在講解流體湍流阻力特性的相關(guān)知識(shí)時(shí)，向?qū)W生介紹我國(guó)著名化學(xué)工程專(zhuān)家、中國(guó)流體傳熱理論研究的先行者顧毓珍，他嚴(yán)于治學(xué)，勤奮工作，孜孜以求，為我國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和開(kāi)創(chuàng)化學(xué)工程學(xué)科做出重大貢獻(xiàn)。通過(guò)分享特殊歷史背景下的人物的生平事跡，幫助學(xué)生樹(shù)立遠(yuǎn)大的理想追求和深沉的家國(guó)情懷，成為有信仰、有情懷、有擔(dān)當(dāng)，對(duì)國(guó)家、對(duì)民族、對(duì)人民有貢獻(xiàn)的社會(huì)主義接班人。

化學(xué)工業(yè)在為人類(lèi)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也帶來(lái)了一定的環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題。在給學(xué)生講授化學(xué)工業(yè)與環(huán)境污染所涉及的科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，在學(xué)生心中植入綠色化工的理念，形成可持續(xù)發(fā)展的觀念。在進(jìn)行化工設(shè)計(jì)時(shí)，從工藝源頭上運(yùn)用環(huán)保的理念，減少?gòu)U棄物的排放并降解其毒性，減少產(chǎn)品全生命周期對(duì)環(huán)境的不良影響，從根源上解決環(huán)境污染的問(wèn)題。此外，與學(xué)生分享我國(guó)充分踐行低碳經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展的理念，為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化，制定了碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)，展現(xiàn)了大國(guó)擔(dān)當(dāng)。改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)過(guò)持續(xù)奮斗，我國(guó)順利實(shí)現(xiàn)了7.7億農(nóng)村貧困人口脫貧，提前10年實(shí)現(xiàn)了《聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展議程》中的減貧目標(biāo)，拓展了人類(lèi)反貧困思路，為人類(lèi)減貧探索出新的路徑，將其和中國(guó)共產(chǎn)黨的人民情懷，和廣大黨員干部以熱血赴使命、以行動(dòng)踐諾言，打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的強(qiáng)大精神力量結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生領(lǐng)悟到中國(guó)共產(chǎn)黨是為人民謀幸福、為民族謀復(fù)興、為世界謀大同的政黨，中國(guó)共產(chǎn)黨始終堅(jiān)持全心全意為人民服務(wù)，不斷提高人民的生活質(zhì)量，增進(jìn)人民的福祉。

（四）創(chuàng)新多元評(píng)價(jià)體系

“化工原理”課程具有綜合性和實(shí)踐性的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的以期末考試為主的知識(shí)考核模式，無(wú)法對(duì)學(xué)生在面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)的綜合分析能力及運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力進(jìn)行充分考查，亟須改革。為了對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行更加全面、合理的評(píng)價(jià)，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力，我們對(duì)課程評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了全方位改革，構(gòu)建了開(kāi)放性的多元評(píng)價(jià)體系。

1.在評(píng)價(jià)項(xiàng)目方面，根據(jù)“化工原理”課程的特點(diǎn)和對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的要求，在傳統(tǒng)的期末考試的基礎(chǔ)上，增加調(diào)研報(bào)告及設(shè)計(jì)方案、工藝設(shè)計(jì)答辯、仿真實(shí)訓(xùn)、見(jiàn)習(xí)報(bào)告等能體現(xiàn)實(shí)踐特點(diǎn)的研究性評(píng)價(jià)內(nèi)容，將學(xué)生劃分為不同的團(tuán)隊(duì)，以團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、項(xiàng)目調(diào)研等活動(dòng)，并進(jìn)行公開(kāi)答辯和匯報(bào)展示，全方位考查學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及利用知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力。

2.在評(píng)價(jià)主體方面，改變過(guò)去由授課教師單一評(píng)價(jià)的方式，采用授課教師、企業(yè)指導(dǎo)教師、學(xué)生共同評(píng)價(jià)的方式，在需要小組協(xié)作的工藝設(shè)計(jì)、調(diào)研報(bào)告和答辯等環(huán)節(jié)中，引入學(xué)生自評(píng)和組內(nèi)互評(píng)，設(shè)置組內(nèi)貢獻(xiàn)率得分，由小組成員對(duì)其他同學(xué)在團(tuán)隊(duì)合作期間的總體表現(xiàn)給出小組貢獻(xiàn)率成績(jī)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己在學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)和不足進(jìn)行反思，提高學(xué)生的參與度。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)“化工原理”課程特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式等進(jìn)行了全方位的改革與創(chuàng)新，采用模塊化課程教學(xué)體系，在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容中融入最新的科研成果，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，拓展學(xué)生的思維，突出課程的創(chuàng)新性和前沿性，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)術(shù)研究的興趣。堅(jiān)持以立德樹(shù)人為導(dǎo)向，融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷、環(huán)保意識(shí)和科學(xué)精神。此外，構(gòu)建了多元化評(píng)價(jià)體系，改革評(píng)價(jià)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)主體，全方位考查學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。