新工科視角下應(yīng)用型本科高?；瘜W(xué)反應(yīng)工程教學(xué)探索*

張峻煒，王保玉，王少鵬，付長亮，郭 林，鄭麗萍，王宇飛

(鄭州工程技術(shù)學(xué)院化工食品學(xué)院，河南省優(yōu)秀基層教學(xué)組織，河南 鄭州 450044)

我國是工業(yè)制造大國，對工科人才有大量的需求。然而，目前我國高校工科專業(yè)教育存在培養(yǎng)目標(biāo)定位不夠清晰、重理論、輕實(shí)踐等問題，工科畢業(yè)生的綜合素質(zhì)不能很好的滿足社會需求，在這樣的背景下，教育部啟動了新工科研究與實(shí)踐。新工科倡導(dǎo)重實(shí)踐，將理論課程導(dǎo)入實(shí)踐課堂，不斷完善課程體系和教學(xué)要求，新工科建設(shè)科技人才的綜合素質(zhì)提出了更高要求[1]?；I(yè)作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)，為社會的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)，在以后較長一個時期內(nèi)，化工將繼續(xù)為人類的進(jìn)步提供支撐，探索化工專業(yè)新的教學(xué)方式，以更好的適應(yīng)社會對化工人才的需要是尤為重要的。而專業(yè)課教學(xué)是工科人才培養(yǎng)的關(guān)鍵，因此探索化工專業(yè)課的教學(xué)新方法，以滿足新工科人才培養(yǎng)的需要，是十分緊迫的任務(wù)。應(yīng)用型本科是為了滿足中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，對高層次應(yīng)用型人才需要，課程教學(xué)應(yīng)緊密聯(lián)系社會經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)技術(shù)的新發(fā)展，整合教學(xué)內(nèi)容，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。本文以化工專業(yè)核心課程化學(xué)反應(yīng)工程為例，以期對應(yīng)用型本科高校培養(yǎng)適應(yīng)于新工科要求的、具備國際競爭力的高素質(zhì)化工人才進(jìn)行探索。

1 化學(xué)反應(yīng)工程在化學(xué)工業(yè)中的地位

化學(xué)反應(yīng)工程知識是將化學(xué)科研成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)產(chǎn)品的重要工具，在整個化工知識體系中占有十分重要的位置。反應(yīng)工程課程的主要內(nèi)容為反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計與優(yōu)化，是化工行業(yè)工程放大、工藝設(shè)計、工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)，是化工專業(yè)的學(xué)生必備的專業(yè)知識。

工程放大要以反應(yīng)動力學(xué)為基礎(chǔ)，完成從小試反應(yīng)器到工業(yè)反應(yīng)器的逐級放大，以滿足生產(chǎn)的需要。工藝設(shè)計中，化學(xué)反應(yīng)工程知識是反應(yīng)器類型選取、反應(yīng)器體積確定等關(guān)鍵步驟的基礎(chǔ)。在工藝優(yōu)化中，化學(xué)反應(yīng)工程知識是至關(guān)重要的。比如精細(xì)化工生產(chǎn)多以反應(yīng)釜作為反應(yīng)器，采用單釜往往能使操作較為簡單，但是要滿足生產(chǎn)需要，如果單釜體積過大，物質(zhì)傳遞、熱量傳遞可能不充分；再者，大體積反應(yīng)釜的制造也較為困難。采用多個體積較小間歇反應(yīng)釜并聯(lián)可滿足生產(chǎn)的需要，但是操作較為繁瑣。而某些適合在較低濃度下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)可采用反應(yīng)釜串聯(lián)進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，大大簡化了反應(yīng)器的輔助操作并有利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。但不是所有的反應(yīng)都適合于采用反應(yīng)釜的串聯(lián)進(jìn)行生產(chǎn)，因此要進(jìn)行工藝的優(yōu)化，必須具備相關(guān)的反應(yīng)工程知識，這就要求工藝優(yōu)化實(shí)施者具有一定的反應(yīng)工程理論基礎(chǔ)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 應(yīng)用型本科高?；瘜W(xué)反應(yīng)工程教學(xué)存在的問題

應(yīng)用型本科教育的特殊性，決定了其教學(xué)方式即有別于普通本科教育又有別于高職高專教育，教學(xué)內(nèi)容既要有一定理論深度，又要注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)。然而，由于我國應(yīng)用型本科教育發(fā)展時間還不夠長，教育教學(xué)方式還不夠完善，課程教學(xué)仍存在很多問題。應(yīng)用型本科高?；瘜W(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)存在重理論輕實(shí)踐、師資隊伍建設(shè)不平衡、課程體系不完善等諸多方面的問題，以下幾方面表現(xiàn)得較為突出。

2.1 教學(xué)過程重理論輕實(shí)踐

首先，應(yīng)用型本科高校多采用雙一流高校出版的教材及課程體系，化學(xué)反應(yīng)工程課程內(nèi)容理論性強(qiáng)，對數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識要求較高[2]。但是很多應(yīng)用型本科高校學(xué)生數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)知識不夠扎實(shí)，學(xué)習(xí)理論性強(qiáng)、模型抽象、推導(dǎo)過程復(fù)雜的內(nèi)容感覺比較吃力。學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)工程知識難以消化吸收、學(xué)習(xí)積極性差[3]，以致引發(fā)對化學(xué)反應(yīng)工程課程學(xué)習(xí)不自信，從而導(dǎo)致厭學(xué)情緒的產(chǎn)生，如此惡性循環(huán)，慢慢對化學(xué)反應(yīng)工程的學(xué)習(xí)失去興趣，造成了應(yīng)用型本科高校很多學(xué)生化學(xué)反應(yīng)工程知識掌握的不牢，難以學(xué)以致用。

再者，由于化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)一般耗時較長、實(shí)驗(yàn)難度較大，對設(shè)備的要求較高。有的還牽涉到高溫高壓實(shí)驗(yàn)，有一定的安全隱患，本著對學(xué)生安全負(fù)責(zé)的態(tài)度，一些實(shí)驗(yàn)未能開展，從而造成化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)課開課率較低或課時量較少，且已開設(shè)的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性內(nèi)容為主，對學(xué)生的工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)存在很大不足。

2.2 實(shí)踐教學(xué)設(shè)備不足

應(yīng)用型本科高校來源主要有兩部分，一部分是高職高專院校升格，一部分是普通高校轉(zhuǎn)型。由于化學(xué)反應(yīng)工程課程難度較大，多數(shù)的高職高專院校在升格前對化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)重視不足，甚至很多學(xué)校沒有開設(shè)反應(yīng)工程理論課與實(shí)踐課。傳統(tǒng)的普通高校也多重視理論教學(xué)，在轉(zhuǎn)型之前對反應(yīng)工程實(shí)踐課程重視不夠。因此，應(yīng)用型本科高?；瘜W(xué)反應(yīng)工程實(shí)踐教學(xué)設(shè)備存在不同程度的短缺現(xiàn)象和老化現(xiàn)象，實(shí)踐教學(xué)設(shè)備嚴(yán)重不足，直接影響實(shí)踐教學(xué)的開展。

2.3 教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)企業(yè)需求脫節(jié)嚴(yán)重

隨著科技的發(fā)展，特別是智能技術(shù)的進(jìn)步，工藝設(shè)計、工業(yè)生產(chǎn)也發(fā)生著巨大的變化。工藝設(shè)計已不是傳統(tǒng)的手工計算、手工繪圖，計算機(jī)技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)中，從化工儀表到智能控制，都在發(fā)生著重大的變化。在以后新建的工廠中，科技含量會越來越高，對從業(yè)人員的科學(xué)素養(yǎng)與技術(shù)水平的要求也會越來越高。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容不能緊跟技術(shù)發(fā)展步伐，一些教學(xué)內(nèi)容較為陳舊，甚至是十幾年前甚至幾十年前的技術(shù)，與現(xiàn)在的企業(yè)需求明顯脫節(jié)[4]，導(dǎo)致企業(yè)對應(yīng)用型本科畢業(yè)生綜合素養(yǎng)的認(rèn)可度不高，直接影響應(yīng)用型本科高校的發(fā)展。

2.4 教學(xué)評價方式單一

教學(xué)評價是教學(xué)活動的重要組成部分，是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要手段。根據(jù)對20余所應(yīng)用型本科高校的調(diào)查，現(xiàn)有的化學(xué)反應(yīng)工程課程評價體系，沿用綜合性本科院校的評價方式，多以期末考試成績?yōu)橹?，以課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況等過程性評價為輔助手段。由于化學(xué)反應(yīng)工程課程難度較大，期末考試考察內(nèi)容又以理論性的內(nèi)容為主，題目中包含大量的理論分析與數(shù)學(xué)計算，對學(xué)生的實(shí)踐能力的考察較為片面甚至是缺失，造成了在很多應(yīng)用型本科高校，化學(xué)反應(yīng)工程課程的不及格率較高。在對學(xué)生評價過程中，未能充分結(jié)合學(xué)情，建立符合應(yīng)用型本科高校的特點(diǎn)的課程評價體系。

2.5 學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

化學(xué)反應(yīng)工程課程一般在第三學(xué)年開設(shè)，目前很多本科學(xué)生考研積極性高漲，在第三學(xué)年投入大量精力進(jìn)行考研科目的學(xué)習(xí)，而大多數(shù)的高校在研究生招生中初試不考化學(xué)反應(yīng)工程，此外，部分化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生在研究生考試中選擇理科，因此，部分學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)工程課程學(xué)習(xí)的重要性認(rèn)識不足，學(xué)習(xí)時間投入較少，學(xué)習(xí)的積極性不高，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不理想。

3 應(yīng)用型本科高?；瘜W(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革思考

3.1 注重實(shí)踐，基于工程教育的新理念，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)新策略

工程思維、工程實(shí)踐能力是工科人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。但是傳統(tǒng)的工科本科實(shí)踐教學(xué)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為載體，教師講解實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生甚至在沒有良好預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，完成實(shí)驗(yàn)報告，這種教學(xué)模式不能真正體現(xiàn)工程實(shí)踐性。新的工程教育理念，是要培養(yǎng)學(xué)生工程基礎(chǔ)知識、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作精神及工程系統(tǒng)能力，要使學(xué)生能在理論知識的指導(dǎo)下完成不同層次要求的實(shí)踐教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容宜根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)由淺入深，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性實(shí)踐、研究開發(fā)性試驗(yàn)層層遞進(jìn)，讓學(xué)生主動參與，真正實(shí)現(xiàn)課堂以學(xué)生為主體。以工程教育的新理念，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生工程思維與工程實(shí)踐能力。

3.2 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，完善硬件設(shè)施

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備是實(shí)踐教學(xué)的基本保障，在國家重視應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大背景下，為了培養(yǎng)更多的綜合素質(zhì)強(qiáng)的大國工匠，應(yīng)用型本科高校應(yīng)承擔(dān)起時代使命。實(shí)踐教學(xué)設(shè)備的完善是實(shí)踐教學(xué)開展的基本保障，因此加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，完善實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)設(shè)施是學(xué)校發(fā)展的需要，是提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)水平的必由之路。

傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)設(shè)備以小型化的裝置為主，而應(yīng)用型本科高?？梢越ㄔO(shè)中試級別的綜合性實(shí)訓(xùn)裝置，這既能增強(qiáng)學(xué)生對工業(yè)生產(chǎn)的認(rèn)識，又能培養(yǎng)學(xué)生工程化的概念，能讓學(xué)生認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)室小試與中試的區(qū)別，更能體現(xiàn)應(yīng)用型本科的特點(diǎn)。

3.3 開展行業(yè)企業(yè)調(diào)研，教學(xué)內(nèi)容緊扣實(shí)際應(yīng)用

為了更好地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)，使畢業(yè)生能勝任工作崗位，應(yīng)注重對行業(yè)企業(yè)的調(diào)研，使教學(xué)內(nèi)容與工作實(shí)際需求無縫對接。

對生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，分別了解大化工企業(yè)與精細(xì)化工企業(yè)生產(chǎn)過程中與技術(shù)改造過程中所需要的反應(yīng)工程知識，有針對性的設(shè)計教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用需求相契合。比如，對醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，了解小試、放大等環(huán)節(jié)所運(yùn)用反應(yīng)工程知識。工程放大過程中需要反應(yīng)動力學(xué)作為基礎(chǔ)，反應(yīng)動力學(xué)方程的擬合可以采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，也可以采用計算機(jī)進(jìn)行擬合，而在實(shí)際應(yīng)用中企業(yè)傾向于采用什么方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)作為重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。對設(shè)計單位進(jìn)行調(diào)研，了解工藝設(shè)計與反應(yīng)器設(shè)計對反應(yīng)工程知識的廣度與深度的要求，了解反應(yīng)器設(shè)計所使用的軟件及對軟件操作所需要的基礎(chǔ)知識，有針對性的設(shè)計教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式。教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用無縫對接，突出應(yīng)用性。對于理論性強(qiáng)、對數(shù)理等知識要求較高的知識點(diǎn)，可以簡化講解，或者讓學(xué)有余力的同學(xué)課下自學(xué)，即有利于大多數(shù)同學(xué)掌握應(yīng)用型的知識與技能，又有利于滿足個別學(xué)生的個性化需求。

3.4 完善評價體系，注重學(xué)以致用

反應(yīng)器的設(shè)計與操作是化學(xué)反應(yīng)工程課程要解決的工程問題，團(tuán)隊協(xié)作能力也是工程教育的重要內(nèi)容，因此可以探索以團(tuán)隊合作來解決實(shí)際問題的方式作為對學(xué)生考核的手段，改變考核方式對化學(xué)反應(yīng)工程的學(xué)習(xí)有一定的促進(jìn)作用[5]。在具體操作中，可以與設(shè)計院或化工企業(yè)聯(lián)合育人，以工程實(shí)踐中反應(yīng)器的設(shè)計、反應(yīng)器操作或有關(guān)反應(yīng)器的工藝優(yōu)化為背景，在教師和工程師的聯(lián)合指導(dǎo)下，分小組完成特定的任務(wù)，綜合考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識以及知識的運(yùn)用能力，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。在這樣的評價體系下，既能提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，又能實(shí)現(xiàn)學(xué)生的綜合能力與企業(yè)的實(shí)際需求相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)以評促教、以評促學(xué)的目的，從而培養(yǎng)合格的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

3.5 注重課程思政，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

化學(xué)反應(yīng)工程課程內(nèi)容難度大且較為枯燥，采用適合的方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣對教學(xué)效果的提升具有重要的作用，挖掘課程的思政元素，提升學(xué)生做為化工人的自豪感與使命感；向?qū)W生展示化工工程師對社會做出的突出貢獻(xiàn)，以及社會對化工工程師的認(rèn)可與回報，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化工專業(yè)的熱情應(yīng)成為教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。比如將關(guān)系到國計民生的糧食安全、醫(yī)藥生產(chǎn)、以及與國計民生聯(lián)系緊密的新材料制造與課程內(nèi)容相聯(lián)系，以實(shí)際的例子說明化工的重要性，說明化學(xué)反應(yīng)工程的重要性，使學(xué)生真正熱愛化工專業(yè)，熱愛化學(xué)反應(yīng)工程課程，使學(xué)生從心底愿意學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程課程，能對促進(jìn)課程教學(xué)起到事半功倍的作用。

4 結(jié) 語

在新工科建設(shè)的要求下，培養(yǎng)滿足用人單位需要的高素質(zhì)新工科人才是對教育的要求，作為應(yīng)用型本科高校，培養(yǎng)綜合能力強(qiáng)的新工科人才是時代賦予的崇高使命，化學(xué)反應(yīng)工程作為化工專業(yè)的核心課程，對培養(yǎng)高素質(zhì)的化工人才具有重要的作用，認(rèn)真分析應(yīng)用型本科高?；I(yè)化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)存在的問題，直面問題從而解決問題，探索具有應(yīng)用型本科高校特點(diǎn)的化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)新策略是十分必要的。