針對化學工程與工藝英才班化工原理課教學改革的探討

張偉光 李金龍 李書鵬 邸 凱 邢 進 辛 楊

(齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

化工原理屬于化學工程與工藝、能源化工、生物工程、制藥工程、資源循環科學與工程、過程裝備與控制工程類及相近工科專業的一門主干課，是在學生具備了必要的高等數學、物理、物理化學、計算機技術等基礎知識之后必修的專業技術基礎課程。其主要任務是研究各單元操作的基本原理、所用典型設備的結構和設備工藝尺寸的計算或選型，及單元過程的操作分析及強化。培養學生具備根據各單元操作在技術上和經濟上的特點，進行“單元過程和設備”選擇的能力、過程的計算和設備設計的能力；具備綜合運用所學的基本理論和知識解決工程實際問題的能力。該課程擔負著由理論到工程、由基礎到專業的橋梁作用，是化學工程與工藝及相近工科專業的重要基礎課程[1]。

化學工程與工藝專業培養具備化學工程與化學工藝方面的知識，能在化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫藥、環保和軍工等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理和科學研究等方面工作的工程技術人才。該專業具有兩大特色，一是工程特色顯著，對化學反應、化工單元操作、化工過程與設備、工藝過程系統模擬優化等知識貫穿結合，使學生具有設計、優化與管理能力；二是專業口徑寬、覆蓋面廣，使學生具有從事科學研究、產品開發的能力，在精細化學品、涂料及應用、高分子化工與工藝等方面更有研發和應用能力。化學工業是一個極富創造性、挑戰性的重要工業領域，它具有技術密集、人才密集、資本密集的特征，特別是二十一世紀的化學工業在向"綠色化工"方向發展的同時，對知識的交叉滲透、產業的相互交融提出了更寬更深的要求，本專業就是為了適應面向二十一世紀化學工業發展而設置的一個厚基礎、寬口徑、適應性強的大專業。所以化工原理是化學工程與工藝專業一門重要的課程。

化學工程與工藝專業英才班是齊齊哈爾大學在新生入學時從全校理工科專業范圍內通過考試選拔出來的，英才班學生人數每屆30人，每學期補考科目超過2門時就實際嚴格的淘汰制。如何在英才班化工原理教學過程中強化學習方法的傳授、提高學生學習的主動性和重視實踐能力的培養，與高素質、創新型化學工程與工藝人才培養目標的要求相符合，已經成為該門課程教學改革的重點[2]。根據多年來教授化學工程與工藝專業英才班化工原理的教學工作，談談自己的一些觀點。

1把學科前沿和生產實際知識引入課程，整合課堂教學內容

化工原理課堂教學內容主要以經典的單元操作為主，隨著新型工程技術的快速發展，新的科技成果不斷出現，因此要用現代觀點安排教學內容，既要有經典單元操作，又要增加本學科的新型技術、新理論，反映現在化學工程學科發展的新動向，體現經典與現代技術的有機結合。近幾年，隨著課程改革工作的不斷進行，我校選用天津大學教師編寫，高等教育出版社新版的化工原理規化教材，教材中引入了已經在工業中成功應用逐步發展的新技術，如傳熱中的的熱管換熱器、膜分離、吸附、超臨界萃取、分子精餾等化工領域一些新的單元操作過程開發的科技成果，使學生更好地了解本學科的發展趨勢，較大地拓寬了學生的知識面。

為更好地提高英才班化工原理課堂效果，將與生產實際密切聯系的教學內容適當補充進去,加強針對性和實用性,更大地激發學生的學習興趣[3]。例如在離心泵一節中分析討論: 如何判斷泵氣縛現象的產生? 離心泵吸不上液體的原因有哪些? 隨著磁應用技術的發展，加在泵殼內的磁性液體為什么可起到潤濕和密封作用？在過濾設備中分析討論: 預掛涂層真空過濾機、水平帶式真空過濾機、采用動態過濾技術的葉濾機為什么能提高過濾速率，降低濾餅含水率？ 在精餾、吸收單元分析討論: 進料量的大小、組成對精餾塔操作有什么影響? 生產上為什么常用測量和控制靈敏板的溫度來保證產品的質量等等。這些問題有很強的和實用性,容易提高學生的學習興趣。

2充分利用網絡課程平臺，采用混合教學模式提高教學質量

在化工原理課堂教學過程中要注意采用靈活多樣的教學方法，理論教學緊密聯系工程實際，這樣既可以提高學生分析問題和解決問題的能力，又有利于學生工程素質的培養和課堂教學質量的提高。針對不同教學內容采用相對應的教學方式，如互動式、自主式、啟發式和開放式等。比如，在模塊化教學中，也可以采用少講、精講，用工作任務來驅動教學，以最大限度調動學生學習積極性和主動性，反轉學生被動參與學習的局面[4]。化工原理課程的教學過程中引入案例式教學法,對提高學生解決實際問題的能力具有十分重要的作用。案例導向式教學是一種通過模擬或者重現現實生活中的一些場景，讓學生把自己納入案例場景，通過討論或者研討來進行學習的一種教學方法。使用文字、圖片、動畫、視頻、音頻等多媒體課件,內容豐富,容易激發學生學習的興趣,可形象逼真地重現設備操作現象和設備內部結構, 使得復雜結構直觀化, 抽象概念簡單化, 在課堂上就可以給學生一種很強的實物感, 課堂內容既生動又豐富。同時通過采用多媒體技術輔助教學, 增大了課堂信息量, 促進了教學內容的更新和發展。

翻轉課堂是知識傳授與知識內化的顛倒，翻轉了傳統課堂的教學結構，即學生課前在線下通過學校的網絡課程平臺，來觀看教學視頻學習新知識，并結合課前任務單完成網絡平臺上的課前測試，在課堂上做作業、交流、討論的一種教學形態。每個學生課前可以根據個人需要自定時間與進度學習，在課堂上，教師從傳統內容的呈現者轉變為學生的教練，與學生進行一對一交流，參與學生研討小組，回答學生問題并進行個別指導，全面提升課堂互動機會，形成“以學生為中心”的個性化課堂。翻轉課堂實施效果主要取決于兩個環節：一是學生課前通過教師事先提供的視頻學習新知識。通過視頻制作是來吸引學生，方便學生觀看，知識體系的設置規范合理，知識點的講解更加透徹，知識點訓練的交互功能是否較強等都直接影響學生對新知識的掌握，從而對教師在知識體系的把握、視頻制作技術等方面提出了更高的要求。二是通過組織課堂活動實現知識內化。豐富多彩的課堂活動如案例、項目的挑選、研討問題的設計、課堂活動組織過程與形式等直接影響學生能力的提升及對知識的理解與內化。英才班的化工原理課程考試采用平時成績30分，包括網絡課程平臺的課前測試、網上作業、網上輔導答疑、單元測試等內容；期中考試占20分，期末考試成績占50分，注重平時的學習過程考核，更有利于學生對知識的理解和掌握。

3加強實驗、課程設計教學環節，重視工程素質及創新能力的培養

化工原理是一門工程性很強的學科，實驗、課程設計是課程體系中非常重要的環節。化工原理實驗屬工程實驗，直觀展示了各單元操作，有助于提高學生的實踐能力， 加深對理論教學內容的理解，進一步培養和形成工程觀念。化學工程與工藝專業的化工原理實驗課單獨設課、單獨考核，改變了實驗課的從屬地位[5]。化工原理實驗指導教師對實驗考核方法進行了改革，方法是從預習、現場實驗考核、實驗報告考核、操作考核和筆試考核等方面進行，細化了實驗考核內容，將化工原理實驗教學與考核方法有機結合，第一次講實驗基礎時就明確告知學生實驗考核內容和方法，將實驗考核內容制成實驗考核記錄表，可以全面、合理地給出學生實驗考核成績[6]。為保證實驗教學的質量，我們改革了原有實驗教學僅局限于驗證原理、單純掌握操作技術和依附于理論課的情況，開設有設計型、研究型和綜合型實驗，培養學生掌握實驗研究方法，訓練學生獨立思考、綜合分析問題和解決問題的能力。在現有實驗設備的基礎上，引進了膜分離實驗裝置、連續精餾實驗裝置、合成氨生產模型裝置，進行開放實驗項目，從而進一步提高學生的實際工程素質。

化工原理課程設計也是化工原理教學的另一個重要環節，是綜合應用本門課程和有關先修課程所學知識，完成以單元操作為主的一次設計實踐。通過課程設計使學生掌握化工設計的基本程序和方法，并在查閱技術資料、選用公式和數據、用簡潔文字和圖表表達設計結果、制圖以及計算機輔助計算等能力方面得到一次基本訓練。理論課教學和實驗課環節完成以后, 按照教學計劃專門安排兩周的時間進行化工原理課程設計。為充分調動英才班學生的積極性和更好地激發學生對化工原理的學習興趣,充分發揮課程設計對學生的綜合訓練，每個學生都有自己單獨的設計題目，精心選擇了一些綜合性強、典型合理、具有實際意義的設計題目, 包括換熱器、板式塔、填料塔、干燥器、蒸發器等。在課程設計過程中讓學生必須接受作為工程技術人員所必須具備的基本技能和工程素質等方面的訓練，包括工具書、國家標淮和規范的使用，經驗公式和經驗數據的選擇，其他文獻資料的查閱、設計成果的分析判斷等。因此在課程設計中教師必須注意培養學生綜合運用所學知識解決工程實際問題的能力。通過課程設計使學生得到化工設計的初步訓練，為畢業設計奠定基礎。

[1] 陳蔚萍，陳丹云，毛立群.《化工原理》教學的探討與實踐[J].廣東化工,2009,36(5):209～210.

[2] 任迪峰，魯軍，王建中.“食品工程原理”課程教學改革的理論與實踐[J]. 中國林業教育,2006,(6):48～51.

[3] 李衛星.《化工原理》課程改革的探討[J]. 內蒙古石油化工, 2012, (2):77～78.

[4] 黃曉慧,張宏,張恒文.化工原理課程改革中理論與實驗教學的融合途徑[J].價值工程,2016,(15):181～183.

[5] 張詠,熊潔羽,文穎頻.化工原理課程教學改革淺探[J]. 江蘇技術師范學院學報(自然科學版),2002,8(4):108～110.

[6] 陳丹云，周慧，鄒雪艷.化工原理實驗考核方法的改革與實踐[J].河北化工,2010, 33(3):76～77.