生物工程專業化工原理教學方法改革與探索

李立恒，王征，蘭時樂

摘要：本文根據化工原理課程的特點，從明確課程地位，精選化工原理教材和優化教學內容，體現素質教育的思想，采用歸納、綜合和對比式的教學法，重視習題課的教學，改革教學方法以提高教學效果，問題與不足等方面對生物工程專業化工原理教學方法進行了改革與探索。

關鍵詞：化工原理；優化教學內容；教學效果

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0036-03

化工原理是化學工程、生物工程，食品工程等專業學生必修的一門基礎課程，它在數學、物理、化學等基礎課程與專業課之間起著承先啟后的作用，是自然科學的基礎課向工程科學的專業課過渡的入門課程[1]。它要解決的不僅是過程的基本規律，而是面臨著真實的、復雜的生產問題——特定的物料在特定的設備中進行的過程。實際問題的復雜性不完全在于過程本身，而首先在于化工設備復雜的幾何形狀和千變萬化的物性[2]。其主要任務是介紹流體流動與輸送機械、過濾與沉降、傳熱和傳質的基本原理與計算、設備構造及操作原理、設備選型等。這些都密切聯系生產實際，因此改革生物工程專業《化工原理》的教學內容，更好地使學生掌握本課程系統的理論知識和實驗技術、可以培養學生運用基礎理論分析和解決化工單元操作中各種工程實際問題的能力，為專業課學習和今后的工作打下堅實的基礎。其理論知識和研究不僅應用在化工生產中，而且在石油、冶金、輕工、制藥及原子能工業、生物工程、環境保護工程中也廣泛應用。在課時相對縮減的今天，如何讓學生既能掌握化工原理的基本理論，又能培養學生解決化工單元操作中各種工程實際問題的能力，是目前化工原理教學中存在的一個突出問題。傳統的教學模式是采用老師課堂講授的“灌輸式”單一教學模式，忽視了學生獨立思考能力、分析問題和解決問題能力、開拓創新能力的培養，而且只注重本課程的系統性和科學性，不注重與相關課程的聯系和溝通，導致知識點的重復，學生感覺課程乏味后，造成學習積極性下降，上課經常遲到和早退、上課注意力不集中，課程成績差等問題。因此進行生物工程專業化工原理教學內容改革與探索，對生物工程專業人才的培養至關重要，對開拓學生創新能力、分析和綜合能力、獨立思考能力具有重大意義。

一、明確課程地位

根據教育部頒布的《關于普通高等院校修訂本科專業教學計劃的原則意見》和《湖南農業大學生物工程專業人才培養方案》，生物工程系對生物工程專業的教學計劃進行了修訂，明確了化工原理作為生物工程專業的專業基礎課的主導地位；與非農業院校接軌，增加了理論學時，明確了考試大綱和課程考核辦法，學生學習有章可循，目的明確，提高了學生掌握化工原理基本知識的能力；開設了單獨的化工原理實驗技術課程，實驗課程學生自己動手操作，提高了學生實際操作能力，創新能力、分析問題和解決問題的能力。

二、精選化工原理教材，優化教學內容

教材的選擇是教學過程的一個重要環節[3]。教材是連接師生教與學的基本工具，是學生領會、接受理論知識的基本手段。目前國內出版的化工原理教材較多，難度較大，真正適合農業院校生物工程專業的教材較少。通過對國內出版的《化工原理》教材的反復研究比較，經過多年的教學實踐及綜合學生對教材的反映，最終選用王志奎等編寫的由化學工業出版社出版的《化工原理》[第四版]高等教育規劃教材作為生物工程專業的教材。該教材定位準確，知識體系完整，通俗易懂，重點突出，能很好處理經典教學內容與學科前沿之間，基礎理論與應用技術之間，統一性與多樣性之間的關系。另外結合專業特點，適當取舍教學內容，突出教學重點。對教材中工廠應用較多的設備原理重點講述。教學中經常把日常生活中與化工原理有密切聯系的實例引入課堂，激發了學生學習《化工原理》課程的積極性，獲得了良好的教學效果。

三、教學中體現素質教育的思想，注重教書育人

教學中充分體現現代教育理念，使教學方法具有先進性、創新性，來提高課堂教學質量?；ぴ斫虒W內容應符合教學大綱要求，來達到預期的教學目的。課堂概念講解應做到準確，內容要有深度，同時做到深入淺出，內容豐富；語言表達應流暢，熟練；重點要突出，思路要清晰。講課要有熱情，有感染力，才能吸引學生的注意力；要有啟發性，必須注意師生間的交流與溝通來活躍課堂氣氛。

四、采用歸納、綜合和對比式的教學法

1.每次課前要求學生花大約15min進行快速預習，帶著問題進入課堂聽課。課堂上使知識系統化。每教完一個單元操作后，要求學生自己復習、歸納、總結知識點；每教完一個章節，完成各章課堂上老師布置的有針對性的《化工原理》習題，老師批改，學生在第一時間將問題消化。

2.采用歸納、綜合和對比式的教學法[4]?；ぴ碚n程各單元操作之間既有各自的特殊性，同時又存在著密切的聯系，從而構成共同的規律。例如流體流動、傳熱和傳質三種傳遞過程中，分別用牛頓粘性定律、傅立葉定律和費克定律來描述，在流體這三種傳遞現象中，都是由于流體質點的隨機運動所產生的，都等于各自常數與各自濃度梯度乘積的負值，負值均表示各通量的傳遞方向與該通量的濃度梯度相反，這是它們的共同點；但牛頓粘性定律描述動量傳遞，傅立葉定律描述熱量傳遞，費克定律描述質量傳遞，這是它們的不同點；若流體內部有溫度差存在，在動量傳遞的同時必然有熱量傳遞；同理，若流體內部有濃度差存在，也會同時有質量傳遞；若沒有動量傳遞，則熱量傳遞和質量傳遞主要是因分子的隨機運動產生的現象，其傳遞速率緩慢。要想增大傳遞速率，就需要對流體施加外功，使它流動起來；它們之間通過分子的宏觀運動這個紐帶聯系在一起。通過綜合對比，能夠使學生提高學習效率。

五、重視習題課的教學

學生經常反映上課時聽懂了，但做課后習題就犯糊涂，花費了很多時間都解答不出；即使解答出來了，但解題思路仍不清晰，效果不佳[4]。因此每個知識點結束后，我們都布置了相應的習題，使學生在解題過程中加深對知識的掌握；其次應注意加強習題的真實性，力求能反映生產中的各種實際問題。的重要途徑，最后，習題課是教師與學生的互動過程，首先由學生在課堂上解答自己完成的習題，老師再在黑板上采用“反推法”，先用板書根據已知條件，講述整個解題過程的思路，再用多媒體演示整個解題過程，學生比對自己解題過程的對與錯，以此加深學生對基本概念、基本方法、基本工藝計算的理解，鞏固課程理論知識。

六、改革教學方法，提高教學效果

理論教學充分運用本人親手制作的多媒體課件進行啟發式形象化教學。多媒體集圖文聲像于一身，以其多維化的表現形式，使深奧的計算知識變成易懂易記的信息，為化工原理的課堂教學提供了新的手段[5]；該方法更加直觀、信息量大，能激發學生的學習興趣，特別適合于運用大量圖片的教學。課堂上既有理論描述，又有習題講解，還插入了大量圖片，理論與實際相結合；既有傳統板書教學，又有多媒體教學，能及時與學生進行有效的教學互動，使教學更加生動、活潑。而且課堂上經常結合問題進行討論，促進了學生的積極思考，激發了學生的學習潛能；及時把教學研究及科研成果應用于課堂教學，顯著提高了教學質量。實驗課程教學采用雷諾演示實驗裝置、流體流動阻力測定實驗裝置，離心泵特性曲線測定實驗裝置、恒壓過濾實驗裝置、空氣-蒸汽給熱系數測定實驗裝置、填料吸收塔實驗裝置、填料精餾塔實驗裝置、洞道干燥實驗裝置等化工生產相關設備進行實驗；實驗前，學生先自行設計操作程序，先采用多媒體教學，然后四人一組動手操作，課后再使用計算機進行自動數據處理、從而培養了學生對化工設備的動手操作，工藝計算和故障處理的能力；其效果直觀、迅速、事半功倍，記憶深刻，能夠做到課堂教學理論與實踐相聯系，特別是與化工生產實踐相結合，從而能提高學生學習方法與學習能力的培養。

七、問題與不足

1.學生基礎不一，對知識的掌握參差不齊，二本學生對知識的掌握明顯高于二級學院的學生；由于沒有一套適合二級學院的教材，二級學院學生不及格率明顯高于本部學生，采用適合二級學院學生學習的教材進行教學迫在眉睫；

2.經費不足，請專業制作人員制作課程動畫，難以實現；化工原理實驗教學設備短缺，生科院沒有專用的教學設備，只能在食科院完成，教學難以按教學計劃進行。

總之，對化工原理課程教學改革的目的是為了提高學生的創新能力和專業知識水平。因此必須改變傳統的教學模式，使化工原理的教學符合生物工程專業培養目標。雖然我們在教學改革中取得了一定成效，學生不及格率由2008年的8.99%降低為2011年的7.14%，但時代的發展和科學的進步向我們的教學提出了新的要求。如何進一步深化教學改革，還有待每一個教師努力探索和研究。

參考文獻：

[1]王志魁，劉麗英，劉偉.化工原理[M].第4版.北京：化學工業出版社，2010.

[2]陳敏恒，叢德滋，方圖南.化工原理（上、下冊）[M].第2版.北京：化學工業出版社，1999.

[3]蘭時樂，林元山，鄧林偉，等.生物工程專業微生物教學改革的實踐與思考[J].科技創新導報，2009，（18）：168-169.

[4]柴誠敬，王軍，陳常貴，等.化工原理課程教學指導[M].天津：天津大學出版社，2003.

[5]曾小蘭，王紅軍，陳慧娟.化工原理課程教學方法的實踐與探討[J].廣東化工，2011，38（12）：167-168.

基金項目：湖南農業大學2010年教學改革研究項目（50262/620101210090）B2010090 生物工程專業化工原理教學內容改革與探索