新工科下化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究

劉小風(fēng)，曹曉燕，江慎華

(1.九江學(xué)院藥學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江西 九江 332000；2.九江學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，江西 九江 332000)

0 引言

從2010年6月卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃在天津大學(xué)的召開，到2016年6月中國正式成為《華盛頓協(xié)議》的會(huì)員，再到2017年“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”的提出，2018年4月全球首個(gè)新工科教育中心在天津大學(xué)率先成立，新工科作為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動(dòng)，在教育部的大力推動(dòng)下應(yīng)運(yùn)而生[1]。新工科是以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的系統(tǒng)工程，體現(xiàn)了我國建設(shè)新時(shí)代工程教育強(qiáng)國的迫切性[2]。

化工原理實(shí)驗(yàn)作為化工原理的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是化工相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修實(shí)踐課。與化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相比，化工原理實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象為實(shí)際工程問題，研究?jī)?nèi)容則為化工單元操作，通常，一個(gè)實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)完整的單元操作，而化工生產(chǎn)過程就是由多個(gè)單元操作組成的[3]。因此，對(duì)于初接觸工程問題的學(xué)生而言，通過化工原理實(shí)驗(yàn)，在解決復(fù)雜實(shí)際問題和工程問題的過程中，對(duì)提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、科研素養(yǎng)以及工程能力等方面都起到了基礎(chǔ)性的作用。

傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)往往是以教師為中心，隨著新工科建設(shè)的深入，新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，必然要求高素質(zhì)的工程教育人才。因此，為了順應(yīng)新工科發(fā)展的要求，化工原理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行必要的改革探索勢(shì)在必行。

1 化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

九江學(xué)院的化工專業(yè)始建于2004年，已有近二十年的專業(yè)發(fā)展歷史，是我校首個(gè)省級(jí)一流專業(yè)。目前，化工原理實(shí)驗(yàn)課程主要面向化學(xué)化工學(xué)院、資源與環(huán)境工程學(xué)院及藥學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院等學(xué)院的學(xué)生開設(shè)，涉及化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程、生物工程、制藥工程等多個(gè)專業(yè)，是這些專業(yè)的主干課程。針對(duì)不同院系，不同專業(yè)，課程學(xué)時(shí)設(shè)置也有所不同，如：化學(xué)工程與工藝專業(yè)為48學(xué)時(shí)，涉及12個(gè)實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程和制藥工程專業(yè)為32學(xué)時(shí)，共8個(gè)實(shí)驗(yàn)；生物工程則為16學(xué)時(shí)，4個(gè)實(shí)驗(yàn)。課程覆蓋面較廣，基本能滿足化工及其相關(guān)專業(yè)的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，但也存在著一些問題。

(1)教學(xué)模式陳舊。傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)課程多采用“學(xué)生課前預(yù)習(xí)—教師課堂講解—現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作—學(xué)生課后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告”單一的教學(xué)模式。在單一的教學(xué)模式下，教師為教學(xué)的中心，教師在教學(xué)中起主導(dǎo)作用，而學(xué)生往往處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，被動(dòng)地接受知識(shí)內(nèi)容。這種教學(xué)模式與以學(xué)生為中心的教學(xué)思想是不相符的，更不能適應(yīng)新工科對(duì)工程人才培養(yǎng)的要求。

(2)學(xué)生安全意識(shí)淡薄。由于初次接觸工程類實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生對(duì)化工實(shí)驗(yàn)室沒有全面的安全知識(shí)，安全意識(shí)也比較薄弱?；ぴ韺?shí)驗(yàn)是工程類實(shí)踐課程，因此，通常所涉及的設(shè)備比較龐大，流程比較復(fù)雜，管道交錯(cuò)，閥門多，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不按操作規(guī)范進(jìn)行操作，而造成操作失誤的情況發(fā)生；對(duì)一些高溫高壓設(shè)備認(rèn)識(shí)不足，往往把這些設(shè)備當(dāng)成普通設(shè)備對(duì)待，安全意識(shí)不足；對(duì)易燃、易爆、易腐蝕類的化學(xué)品的安全使用和操作規(guī)范認(rèn)識(shí)不足等等，這些都會(huì)成為實(shí)驗(yàn)室安全事故的隱患。

(3)學(xué)生工程觀念不足。工程性是化工原理實(shí)驗(yàn)區(qū)別于化學(xué)類實(shí)驗(yàn)的明顯特征，通過化工原理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能了解工程實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了哪些基礎(chǔ)原理，這些基礎(chǔ)原理是如何實(shí)現(xiàn)的，加深學(xué)生對(duì)化工原理理論知識(shí)的理解；掌握常用的工程實(shí)驗(yàn)方法和基本操作技能，提高學(xué)生分析、解決實(shí)際工程問題的能力。然而，由于各方面的原因，一些學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不夠重視，僅僅把實(shí)驗(yàn)課作為一項(xiàng)任務(wù)，常常出現(xiàn)預(yù)習(xí)照搬書本內(nèi)容，上課心不在焉，操作則“依葫蘆畫瓢”，根據(jù)老師的演示進(jìn)行模仿，甚至實(shí)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲等現(xiàn)象，學(xué)生工程觀念不足，致使化工原理實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到應(yīng)有的課程教學(xué)要求。

(4)課程思政融入不夠。化工原理實(shí)驗(yàn)是一門理論與實(shí)踐聯(lián)系非常緊密的課程，在鍛煉學(xué)生具有工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及培養(yǎng)學(xué)生具有工科思維方式等方面都有非常重要的作用。由于工科課程的特殊性，很多人認(rèn)為化工原理實(shí)驗(yàn)只需將化工原理專業(yè)知識(shí)教授給學(xué)生，思想政治教育應(yīng)該是思政課的責(zé)任和義務(wù)，因此，化工原理實(shí)驗(yàn)與思想政治教育基本處于脫節(jié)狀態(tài)，未能對(duì)當(dāng)代大學(xué)生的“三觀”起到應(yīng)有的正確引導(dǎo)作用。

(5)考核標(biāo)準(zhǔn)不合理。與很多實(shí)驗(yàn)課程類似，傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)，其考核往往是依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)進(jìn)行評(píng)定的，是以結(jié)果為導(dǎo)向的考核標(biāo)準(zhǔn)?；ぴ韺?shí)驗(yàn)作為工程性很強(qiáng)的實(shí)踐課程，所涉及的設(shè)備基本是大型的化工設(shè)備，受到場(chǎng)地、時(shí)間以及流程復(fù)雜性等因素的限制，通常需要多名學(xué)生共同來完成一個(gè)單元操作。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，部分學(xué)生就會(huì)有偷懶、依賴的思想，操作別人操作，數(shù)據(jù)別人采集，甚至最后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都拷貝別人的，因此，最終提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告并不能全面反映學(xué)生的實(shí)際情況，考核標(biāo)準(zhǔn)不夠客觀，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的評(píng)價(jià)。

2 化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

在新工科背景下，對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革是非常有必要，筆者結(jié)合九江學(xué)院化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改革探索，以促進(jìn)化工原理實(shí)驗(yàn)課程的良性發(fā)展。

2.1 以學(xué)生為中心，改革教學(xué)模式

傳統(tǒng)以教師為中心的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生多是被動(dòng)學(xué)習(xí)，自主性不夠，教學(xué)質(zhì)量不高，改革教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，教師起引導(dǎo)作用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考，不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

(1)利用現(xiàn)代教育技術(shù)，豐富教學(xué)手段。隨著新媒體時(shí)代的到來，現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)不斷更新?lián)Q代，QQ、微信、手機(jī)、自媒體等逐漸進(jìn)入人們的視野。充分利用這些新型教育技術(shù)，將其融入化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，豐富了教學(xué)手段的同時(shí)，也為學(xué)生提供了多層次、多方位的學(xué)習(xí)平臺(tái)，拓展了學(xué)習(xí)的寬度與維度。

(2)建設(shè)化工原理實(shí)驗(yàn)在線課程，拓展教學(xué)資源。在線課程已經(jīng)成為高校教學(xué)活動(dòng)中非常重要的教學(xué)手段?；ぴ韺?shí)驗(yàn)在線課程的內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮怼⒀b置設(shè)備的構(gòu)造組成、操作流程、操作規(guī)范以及實(shí)驗(yàn)中需要注意的事項(xiàng)等，按照教學(xué)內(nèi)容的要求，針對(duì)每個(gè)單元操作，錄制相應(yīng)的教學(xué)視頻，通過微課及學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行放送。為不同專業(yè)的學(xué)生，不同學(xué)習(xí)情況的學(xué)生，提供開放性、靈活性較強(qiáng)的線上教學(xué)平臺(tái)。

(3)以競(jìng)賽為依托，以賽促學(xué)。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加課外競(jìng)賽活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生研究興趣的同時(shí)，也培養(yǎng)其不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的意識(shí)。九江學(xué)院將學(xué)生參加課外競(jìng)賽活動(dòng)納入學(xué)生課外實(shí)踐考核范疇，每年都組織學(xué)生參加全國大學(xué)生制藥工程設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽等各類化工制藥方面的競(jìng)賽，為競(jìng)賽提供有力地支持與保障。近年來，學(xué)生在各類比賽中取得優(yōu)異的成績(jī)，其中，化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲得全國一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)8項(xiàng)，三等獎(jiǎng)多項(xiàng)。學(xué)生在參加競(jìng)賽的過程中，加深了對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，鍛煉了實(shí)驗(yàn)動(dòng)手技能，加強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，真正達(dá)到已競(jìng)答為依托，以賽促學(xué)的目的。

(4)通過在線討論，檢驗(yàn)教學(xué)效果。因受課時(shí)的限制，課堂教學(xué)往往不能包羅萬象，通過課后的教學(xué)討論，教師通過線上發(fā)布討論議題，學(xué)生利用課余時(shí)間積極參加，即可檢驗(yàn)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的效果，反哺課堂教學(xué)，也延伸了學(xué)習(xí)的深度，提高了教學(xué)的有效性。

2.2 加強(qiáng)安全教育，強(qiáng)化安全意識(shí)

實(shí)驗(yàn)室安全操作是化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌_展的前提，是化工原理實(shí)驗(yàn)極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，必須引起足夠的重視[4]。學(xué)生加強(qiáng)安教育，強(qiáng)化安全意識(shí)，才能保證實(shí)驗(yàn)室安全操作，實(shí)驗(yàn)順利開展。因此，為滿足新工科建設(shè)的需要，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整化工原理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，將化工安全的相關(guān)內(nèi)容納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，拓展學(xué)生的化工工程安全知識(shí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行安全操作，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)隱患預(yù)防、排除、應(yīng)急處理事故的能力。如傳熱的單元操作中，冷空氣和水蒸氣在管道內(nèi)進(jìn)行熱交換過程，熱流體的管路及排氣口溫度都很高，稍不注意就可能引起燙傷等事故。從光滑管過渡到螺紋管，閥門的開放順序比較復(fù)雜，順序混亂了，則有可能引起異常情況、實(shí)驗(yàn)失敗甚至引起事故等。在這一單元操作中，教師就可將安全知識(shí)教育融入在授課中，采用提問或者討論的方式，在一問一答，不斷討論中，讓學(xué)生了解該單元操作的操作順序，安全注意事項(xiàng)等，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)；實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在顯眼的位置配備了醫(yī)療小藥箱和滅火器材，第一堂實(shí)驗(yàn)課前，授課老師先帶學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)室的整體布局，實(shí)驗(yàn)室安全通道的位置以及醫(yī)療、滅火器材的安放位置，為以后的安全實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)；線上教學(xué)資源中，可設(shè)置安全知識(shí)內(nèi)容板塊，增加與工程實(shí)驗(yàn)安全相關(guān)的一些案例視頻，讓學(xué)生在看視頻的過程中，提高對(duì)安全操作的重視，不斷增強(qiáng)安全意識(shí)。

2.3 強(qiáng)化工程化觀念，樹立工科思維

培養(yǎng)學(xué)生建立工程意識(shí)，強(qiáng)化工程觀念，樹立工科思維，對(duì)于其畢業(yè)后順利走上專業(yè)的工作崗位有著非常重要的作用。因此，在化工原理實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中，我們始終注意加強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)和工程思維的培養(yǎng)過程，從解決工程實(shí)際問題出發(fā)，進(jìn)行針對(duì)性地授課。如在精餾綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，有意識(shí)地設(shè)置漏液、液泛等操作障礙，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象找出具體問題所在，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)具體問題進(jìn)行分析處理。在實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生通過改變某個(gè)工藝流程或者調(diào)整某些工藝參數(shù)、調(diào)整某個(gè)儀表等，提高了工程意識(shí)，加深了對(duì)化工原理理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化了工程化觀念，樹立了工科思維，從而不斷提高學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力和綜合素質(zhì)。

2.4 有機(jī)融入課程思政，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)

2016年12月，在全國高校思想政治工作會(huì)議上，習(xí)近平總書記指出“把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人”，同時(shí)還強(qiáng)調(diào)“其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[5]。”這就要求高校教師不斷探索和實(shí)踐，將課程思政教育工作貫穿于專業(yè)教學(xué)中，不僅向?qū)W生傳授課程知識(shí)內(nèi)容，而且還要求學(xué)生樹立正確的人生觀、價(jià)值觀和世界觀，育德于教，真正實(shí)現(xiàn)“三全育人”。對(duì)于化工原理實(shí)驗(yàn)課程而言，課程思政的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生如何運(yùn)用辯證唯物主義觀點(diǎn)，采用科學(xué)的方法論去考察、分析和解決實(shí)際工程問題；培養(yǎng)學(xué)生樹立工程化觀念，具有工程價(jià)值觀和倫理道德觀。因此，在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，以實(shí)踐教學(xué)為基石，注重培養(yǎng)學(xué)生具有社會(huì)主義核心價(jià)值觀；以學(xué)生為中心，深挖課程思政元素，不斷探索學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)模式，使課程思政與專業(yè)教學(xué)有機(jī)融合，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，為國家培養(yǎng)高素質(zhì)的工程教育人才。

2.5 改革考核體系，完善評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)，考核標(biāo)準(zhǔn)往往以結(jié)果考核為主，忽視了過程考核的重要性。隨著新工科的發(fā)展，在培養(yǎng)高素質(zhì)工程教育人才的要求下，化工原理實(shí)驗(yàn)考核體系也需進(jìn)行改革，不斷完善評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，將過程考核納入到考核范圍內(nèi)，從三個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核：一是在線學(xué)習(xí)情況，其中包含學(xué)習(xí)的時(shí)長(zhǎng)、視頻觀看的次數(shù)以及學(xué)習(xí)的效果等；二是線上討論情況，包括討論的次數(shù)、討論的質(zhì)量等；三是具體實(shí)驗(yàn)操作情況，包括操作過程中對(duì)流程的熟悉程度，操作的規(guī)范性，參數(shù)選取的合理性等。以套管換熱器傳熱實(shí)驗(yàn)為例，具體的過程考核內(nèi)容包括：課前線上+線下預(yù)習(xí)情況；課堂問答和討論情況；實(shí)驗(yàn)操作情況；課后實(shí)驗(yàn)總結(jié)及線上討論情況等。最終學(xué)生的成績(jī)?cè)u(píng)定由過程考核和結(jié)果考核組成，過程考核和結(jié)果考核各占50%。通過改革考核體系，完善評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，激發(fā)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考的意識(shí)。任課教師也可在教學(xué)改革中不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，以不斷提高化工原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量。

3 結(jié)語

化工原理實(shí)驗(yàn)作為化工原理的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是化工相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修實(shí)踐課。傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在教學(xué)模式陳舊、學(xué)生安全意識(shí)淡薄、學(xué)生工程觀念不足、課程思政融入不夠以及考核標(biāo)準(zhǔn)不合理等問題。新工科背景下，對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行教學(xué)改革，將傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，教師起引導(dǎo)作用；將安全教育知識(shí)、工程化觀念滲透到化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中；將課程思政與化工原理實(shí)驗(yàn)融合在一起；改革以往以結(jié)果考核為標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)體系，旨在培養(yǎng)具有專業(yè)知識(shí)硬、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的工程教育人才。