“轉型”背景下以應用為導向的“化工原理”課程教學改革

摘要：“化工原理”是面向化工及相關專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎必修課，具有工程實踐性強、學習難度大的特點。為適應“轉型”背景下的教學改革需要，以達到具有較強實踐能力的應用型人才的培養(yǎng)目標，課程教研團隊針對傳統(tǒng)教學中存在的問題，在教學體系、教學內容、教學模式和評價方法等方面提出了相應的教學改革舉措，讓學生將所學知識融于實際需要，以更好地貼合社會需求，服務于區(qū)域經濟的快速發(fā)展。

關鍵詞：化工原理課程；應用型人才；教學改革；教學體系

隨著我國經濟發(fā)展進入新常態(tài)，人才供給與需求關系的矛盾日益顯露，具有較強實踐能力的應用型人才越發(fā)緊缺，為適應新常態(tài)經濟的發(fā)展需求，教育部積極推進各大高?！稗D型”發(fā)展并出臺了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》。應用型人才的培養(yǎng)不但能夠提升地方高校為區(qū)域經濟發(fā)展服務的能力，還能夠提高學生的就業(yè)競爭力和創(chuàng)造力，與社會需求更加契合。

“化工原理”課程是應用化學專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎必修課，課程內容與生產實際密切相關，作為學生工程思維建立和工程實踐能力培養(yǎng)的第一道階梯，對培養(yǎng)應用型人才至關重要。然而，傳統(tǒng)的“課堂講授課后復習”“重理論、輕實踐”的“填鴨式”教學模式存在理論與實際脫離嚴重問題，不僅不能調動學生的學習熱情，而且學生也難以深刻理解與靈活運用所學知識，存在與應用型人才培養(yǎng)理念相矛盾的問題。為貫徹“轉型”精神，迫切需要對“化工原理”課程進行教學改革，通過重構課程教學體系、優(yōu)化課程教學內容、改進課程教學模式和細化考核評價方法等舉措，強化理論知識和實際應用的聯(lián)系，提高學生運用理論知識解決實際復雜工程問題的能力，以達到高素質應用型人才的培養(yǎng)目標，更好地服務于新常態(tài)下區(qū)域經濟的快速發(fā)展。

1學情分析與教學目標

“化工原理”作為一門工程類專業(yè)基礎課程，以單元操作為研究對象，重點討論在化工生產中涉及的動量傳遞、質量傳遞以及熱量傳遞所遵循的基本原理和規(guī)律，并運用這些規(guī)律解決工程實際問題［1］，工程性和應用性特征明顯。對該課程進行認真學習，學生不僅能夠掌握各化工單元操作的基本原理、計算方法和典型設備的設計計算，而且還能夠綜合運用化學、物理及數學等相關知識，分析并解決化工及相關專業(yè)生產中的物理操作問題，有利于培養(yǎng)學生的工程意識、創(chuàng)新能力以及實踐操作能力。

“化工原理”課程內容繁多、交叉性強、計算量大，學生學習起來比較枯燥，知識比較難掌握［2］。而作為一所少數民族院校，本身存在生源質量參差不齊，學生基礎相對較為薄弱，溝通表達能力不強等問題，導致學生在學習這門課程時比較吃力，缺乏學習熱情，甚至存在畏難心理，學習效率低下。此外，由于課時較為緊張，授課教師不得不通過縮減教學時長來完成教學任務，導致許多知識點只能簡略地傳授，學生難以全面、系統(tǒng)地掌握和運用所學知識。所以，為了培養(yǎng)符合社會需求的應用型人才，對該課程進行教學改革，引導學生掌握分析問題、處理問題的方法，尤為要培養(yǎng)學生的工程思維。

針對這一課程的典型特征和我校的實際學情，對于“化學原理”教學改革嚴格按照以下3個目標進行：（1） 知識目標。要求學生對動量傳遞過程、熱量傳遞過程及質量傳遞過程的相關原理了如指掌?；趯W生所掌握的基本理論知識，強化學生分析與解決化學工程實際問題的能力。（2） 能力目標?；谏a工藝要求及物系特點，開展典型單元操作設計，要求學生能準確地計算出設備選型，結合所學科學原理及數學模型方法，對化學工程實際問題進行準確地表達。（3） 素質目標。加深學生對綠色生產核心理念的掌握，形成良好的環(huán)保意識、安全生產理念以及工程素養(yǎng)。具備較強的自主學習的能力，有良好的職業(yè)規(guī)范與思維習慣，可以靈活運用所學的理論知識、研究方法和專業(yè)技能，有效地解決工程中遇到的實際問題。

2以應用為導向的化工原理課程教學改革舉措2.1轉變教育理念

當前，傳統(tǒng)的“知識為本”的教學目標已經不能滿足新常態(tài)經濟下社會對高素質應用型人才的要求，要促進學生知識、能力和素質全面發(fā)展的以“能力為本”的教學目標與社會需求更加契合。所以，教師在開展“化學原理”課程教學時，也應由“知識傳授”轉變?yōu)椤爸R獲取”［3］。在課堂教學中，教師應改變傳統(tǒng)“填鴨式”的教學方式，由主體者轉變?yōu)橹鲗д?，注重調動學生的探索創(chuàng)新積極性，培養(yǎng)其工程意識和工程思維。例如在課堂教學時，我校課程教研團隊運用了“基于問題的引導式學習”教學模式，即PBL（Problem-Based Learning）教學法。PBL教學模式是以問題為導向，以實際問題為載體，學生以小組為單位，突破課堂限制，使學生研究和學習的時間、空間得到拓展和延伸，培養(yǎng)學生綜合知識、運用知識能力的教學方法［4］。如此便要求授課教師具備扎實的學科知識、嚴密的邏輯思維能力以及系統(tǒng)的工程觀念，在授課前要投入更多的精力與時間，做好課堂教學設計。此外，授課教師始終要以企業(yè)需求為基礎，以應用為導向，不斷優(yōu)化和調整課程教學內容和方向，將課程內容和社會實際緊密地聯(lián)系起來，這樣才能真正培養(yǎng)出能夠滿足社會發(fā)展需要的專業(yè)實用型人才［5］。

2.2重構課程教學體系

應用化學專業(yè)是我校2021年新增設的本科專業(yè)，以自治區(qū)快速發(fā)展的能源化工、精細化工等行業(yè)人才需求為導向，培養(yǎng)理工結合的應用型人才。該專業(yè)培養(yǎng)目標與自治區(qū)“8大產業(yè)集群”中的“新型化工產業(yè)集群”和“12條重點產業(yè)鏈”中的“現代煤化工產業(yè)鏈”的人才需求高度契合。為了提升專業(yè)人才培養(yǎng)與區(qū)域產業(yè)的適配度，化工原理課程教研團隊從對標的企業(yè)實際需求出發(fā)，打破了原有的以理論教學為主的課程體系，建立了“理論實踐仿真見習”多位一體的教學體系。（1） 根據對標的企業(yè)需求優(yōu)化調整理論教學內容，在有限的課時內對課程內容爭取做到主次分明、突出重點。（2） 秉承“重理論、強應用”的原則調整實踐教學內容，適當減少驗證性實驗，增加設計性實驗，通過強化實踐教學進一步鞏固學生的理論知識學習效果，提高學生的操作技能，培養(yǎng)學生的工程設計、分析問題、解決問題的綜合能力。（3） 利用仿真軟件（Aspen Plus）模擬實際工程操作結合企業(yè)見習，使學生比較深刻和全面地理解化工原理單元操作和各類設備的基本原理及應用，樹立學生的工程意識和安全意識，提高學生的職業(yè)技能，實現學生走出校門在崗位上“零”適應期，促進具有較強實踐能力的應用型人才培養(yǎng)目標的達成。

2.3優(yōu)化課程教學內容

“化學原理”課程以“三傳”為主線，研究化工生產過程中不同物理性單元操作的基本原理、工藝參數的計算、典型設備的結構以及工程設計等，以解決化工過程的實際問題［6］。傳統(tǒng)的教學內容主要以教材為載體，專注于學生對基礎理論知識的學習，而忽視了學生實踐能力的提高。為培養(yǎng)企業(yè)需求的應用型人才，課程教研團隊應以企業(yè)需求為導向，以工程實際應用為原則，對教學內容進行優(yōu)化調整。我們根據企業(yè)的實際需求，對于在企業(yè)中使用頻率較高的單元操作，如流體流動與輸送、傳熱、蒸餾、吸收等單元操作進行重點講授，力爭使每個學生能夠理解和掌握相關知識，且在教學過程中始終以實際應用為教學目標來設計教學內容。通過把抽象枯燥的理論知識與應用實例相結合的方式，讓學生意識到課程的重要性和實用性，從而激發(fā)學生的學習積極性。例如：我們在講解吸收這一單元操作時，以燃煤電廠煙氣CO2捕集為例，詳細講解了氣體吸收的基本原理及相關理論、吸收速率的影響因素及計算、填料吸收塔的物料衡算與操作線方程等。以“回收乙醇正丙醇物系中的乙醇”為例，講解精餾的基本原理、雙組分物系的汽液平衡以及精餾塔是設計型計算和操作型計算。在講解熱傳導時，以氣凝膠和石墨烯等學術前沿科技成果在建筑保溫材料及手機散熱系統(tǒng)等領域的應用為例，引導學生分析影響傳導傳熱速率的因素，推導出熱傳導速率基本方程［7］。講解多層圓筒壁定態(tài)熱傳導時，我們以管道保溫為例，推導出不同熱導率材料的位置對傳熱速率的影響。針對我校學生基礎較為薄弱以及課時較為緊張的實際學情，對于在企業(yè)中使用頻率相對較低的單元操作，如過濾、沉降、干燥等單元操作可以適當簡講，放寬考查要求，做到主次分明，重點突出。

為達到立德樹人的培養(yǎng)目標，課程教研團隊在進行教學設計時，深挖每一章節(jié)內容中蘊含的思政元素，并將與課程內容相匹配的思政元素合情合理地融入授課過程中，實現立德樹人的浸潤無聲［8］。比如在講解流體靜力學方程時，以我國自主研發(fā)的海斗號無人潛水器的下潛深度為例，學生不但能學習流體靜力學方程中壓力與深度的關系，還激發(fā)了民族自豪感和勇于創(chuàng)新的科學精神。在講解簡單蒸餾時，教師以我國的古法釀酒為例，使學生掌握蒸餾基本原理的同時又宣揚了我國古代人民的勤勞與智慧。在講解傳熱時，通過介紹西部大開發(fā)戰(zhàn)略的標志性工程——青藏鐵路建設中為解決凍土問題涉及的“熱棒技術”以及我國凍土專家張魯新的事跡，培養(yǎng)學生的工匠精神和愛國主義情懷。

2.4改進課程教學模式

“化學原理”課程具有內容抽象、公式繁多、工程性強、學習難度大等特點，傳統(tǒng)以教師為主體的“填鴨式”教學模式，阻礙了學生主觀能動性的發(fā)揮，達不到高素質應用型人才的培養(yǎng)目標。為提高學生的學習效果，激發(fā)學生的主體能動性，培養(yǎng)學生分析、解決實際問題的能力，課程教研團隊采用了PBL教學法。PBL教學模式是以實際問題為導向、教師引導學生將理論學習與實際問題或任務相結合，把學習過程設置到復雜的、有意義的現實場景中，通過學生自主探究或分組合作等方式來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，獲得分析問題、解決問題、自主學習和獨立思考的能力［9］。該教學模式不但能夠全方位提高學生的綜合學習能力，使學生從“學會”變?yōu)椤皶W”，還有助于培養(yǎng)學生的辯證思維能力和團隊協(xié)作能力，符合“化學原理”課程的教學需求，具體實施過程如下。

2.4.1問題設計

由于學生的整個學習過程都圍繞著解決問題而進行，PBL教學法的關鍵是問題設計。設計問題需遵循以下幾個原則：（1） 圍繞教學目標結合學生的實際學情設計問題。（2） 問題要涵蓋教學章節(jié)的理論知識，難度適宜并具有一定針對性和挑戰(zhàn)性。（3） 學生要解決這些問題，須查閱大量的文獻資料，適當拓展學生的知識體系。（4） 盡量多選取學生感興趣的實際問題，讓學生將所學知識融會于實際需要，激發(fā)學生的求知欲和探索欲。

在講解熱傳導時，教師設計了以下三個問題：（1） 氣凝膠作為新型的高性能保溫材料，其保溫原理是什么？（2） 了解影響氣凝膠保溫效果的因素，并提出提高其保溫效果的策略。（3） 查找相關資料，了解氣凝膠在建筑、航空航天等領域的應用。

在講解傳熱基本方程時，教師設計了以下四個問題：（1） 間壁式換熱器的傳熱過程組成。（2） 傳熱過程所涉及的傳熱速率方程。（3） 傳熱基本方程中各物理量的意義及影響因素。（4） 根據傳熱基本方程分析討論強化間壁式換熱器傳熱的有效途徑［10］。教師通過由淺入深的一系列問題設計，引導學生在自主學習理論知識的基礎上，能將所學知識與實際應用相結合，達到強化學習效果，培養(yǎng)學生自主學習、獨立思考、分析問題、解決問題能力的教學目標。

2.4.2交流討論

為方便學生間的相互交流、討論，授課教師在學期第一節(jié)課時將學生以寢室為單位分成若干小組，并在小組內推選組長一名。在交流討論之前，教師提前在超星學習通平臺上發(fā)布相關問題和學習資料，學生拿到問題之后，先通過預習教材和查閱相關資料進行自主學習，然后在組長的組織下圍繞問題進行小組內的交流、討論，并做好記錄和得出結論。小組內交流、討論結束后，教師在課堂上組織小組間交流討論。各小組組長陳述本小組的討論結果以及未解決的疑難問題，通過小組之間相互提問、答疑和補充的方式形成最終討論結果。

2.4.3歸納總結

小組間討論結束后，授課教師從所得結論的準確性、科學性以及創(chuàng)新性等方面對每個小組的討論結果進行點評。在肯定學生表現的基礎上，更正錯誤觀點，補充遺漏知識點，并對問題所涉及的知識進行全面梳理、總結。教師通過這種小組內、小組間交流、討論和輔助指導的教學方式，不但能加深學生對理論知識的理解，還能拓寬學生的知識體系，全面提高學生的交流溝通和團隊協(xié)作能力。

2.5細化考核評價方法

長時間以來，怎樣對學生的學習效果進行有效評價對調動學生的學習積極主動性至關重要，是教學過程中極為重要的一環(huán)。針對以往一張考卷成績決定學生能力、重結果、輕過程的考核方式出現的問題，課程教研團隊細化了考核評定方法。由期末成績50%+預習成績10%+討論20%+總結成績10%+平時成績10%綜合考核評價學生，構建多元化的評價考核體系。這種注重知識獲取過程的多元化考核體系可以更加客觀、全面地呈現學生的學習過程和效果，有助于激發(fā)學生的學習興趣和培養(yǎng)學生的自主學習能力，促使學生從“學”課轉變到“研”課［11］。

2.5.1預習成績的認定

“化學原理”課程具有理論知識點多、計算量大、工程性強等特點，由于理論學時有限，僅有72學時，只借助教師的課堂講解難以滿足學生的實際學習需求，必須要求學生事先做好預習工作。我們授課教師會提前一周把下節(jié)課的知識內容制作成微課上傳到線上平臺并布置預習任務。學生們完成預習任務后，需要在線上平臺完成教師布置的預習作業(yè)，教師最終依據學生的預習作業(yè)完成情況，對學生的預習成績進行評價。

2.5.2總結成績的認定

每學習完一個單元操作時，教師都需要布置總結作業(yè)，學生需要借助思維導圖的方式對這一單元操作涉及的知識點進行歸納總結。教師可以依據學生的總結作業(yè)對學生的總結成績進行認定。及時地歸納總結可以有效鞏固學生對所學內容的掌握，有序串聯(lián)各單元操作的知識點，幫助學生及時梳理所學知識。

2.5.3討論成績的認定

討論成績主要由小組討論成績和線上討論成績組成。在課堂教學中開展以實際問題為導向的PBL教學模式，需要學生參與討論，教師依據小組討論結果以及學生線上問題的答疑次數和完成情況進行成績認定。討論成績的認定可以有效調動學生的學習積極性，培養(yǎng)其自主學習能力、團隊合作精神以及創(chuàng)新精神，為教學活動的順利開展提供保障。

3結語

“化工原理”作為應用化學專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎必修課，在培養(yǎng)學生樹立工程概念，提高工程實踐能力和塑造工匠精神等方面均發(fā)揮重要作用。為順應時代需求，貫徹教育部提出的“轉型”發(fā)展理念，達成高素質應用型人才的培養(yǎng)目標，化工原理課程教研團隊根據我校的實際學情，通過重構課程教學體系，優(yōu)化課程教學內容，改進課程教學模式和細化考核評價方法等舉措來激發(fā)學生的學習主動性，增強學生的工程意識和分析問題、解決問題的能力，從而培養(yǎng)出與社會需求高度契合的高素質應用型人才。

參考文獻：

［1］侯曉月，李夢姣，孫穎穎，等.基于提高工科學生認知內驅力的混合式教學改革與實踐—以“化工原理”課程為例［J］.化學工程與裝備，2023（4）：272274.

［2］薛興勇，譚學才，韓要叢，等.專業(yè)認證背景下民族院?；ぴ韺嶒灲虒W分析及改革探索［J］.化工管理，2022（5）：4548.

［3］謝高藝，馬春平，劉瑩.以培養(yǎng)應用型人才為導向的化工原理課程教學改革［J］.教育教學論壇，2019（9）：125127.

［4］鄭爭志.PBL模式在化工原理課程體系教學中的探索［J］.廣州化工，2016，44（21）：166168.

［5］呂海燕.化工原理課程教學改革［J］.化學工程與裝備，2021（12）：328331.

［6］鄭文姬，吳雪梅，肖武，等.“雙碳”目標融入傳遞過程的化工原理課程改革與探索［J］.廣東化工，2022，49（22）：240242.

［7］王潔，徐勇，顧曉利，等.“化工原理”課程與思政一體化的教學探索與實踐［J］.化工時刊，2022，36（12）：3234.

［8］黃英，宗蒙，劉攀博，等.化工原理課程思政元素的挖掘及教學融合方法—以流體流動為例［J］.高教學刊，2022（25）：110114.

［9］王錦霞，桑曉光，張霞，等.PBL教學法在《無機化學》電化學教學中的應用實踐［J］.廣州化工，2022，50（23）：194197.

［10］龍云飛，葛圓圓，李志禮.PBL教學法在化工原理教學改革中的應用.［J］化工高等教育，2011（4）：9799.

［11］陶彩虹，張玉潔，盛麗，等.改革考核方式，激發(fā)學習興趣—化工原理教學方法探索［J］.化工高等教育，2020（2）：137140.

基金項目：2022年度內蒙古自治區(qū)高等學校科學技術研究項目“煤系高導電“框架填充型”復合材料的可控構建及其在鋰離子電池中的應用”（NJZZ22267）

作者簡介：丁冉冉，女，內蒙古赤峰人，博士，研究方向：電化學儲能。