新工科背景下地方高校化學反應工程教學改革與探索

馬 娟，王良廣

(安順學院 化學化工學院 , 貴州 安順 561000)

當下，隨著“復旦共識”與“天大行動”的達成，新工科已成為改革話語中最為醒目的關鍵詞。國家和地方實施創新驅動發展、“中國制造2025”、“互聯網+”、“一帶一路”等重大戰略對高等工程教育改革提出了迫切要求[1]。然而，對于地方高校化工創新人才培養，化學反應工程是化工類專業的核心專業課程，其應用遍及石油化工、煤化工、生物化工、醫藥、冶金及輕工等許多領域。那么，在新工科建設背景下對于地方高校該如何開展工程教育改革，如何結合化學反應工程課程的工程應用特點，提出一種適用新工科創新教育的化學反應工程教學改革模式是非常有必要的。

1 “新工科”建設對地方本科高校發展的現實意義

“新工科”旨在打造高等工程教育的新范式。當前，地方本科高校的辦學現狀與行業、產業需求還不太適應，具體表現在以下方面: 第一，人才培養的質量規格單一，人才培養的特色不明顯。根據調研當地化工企業，多數進入工程崗位的畢業生因為專業能力不強不能快速適應新崗位要求。第二，學科基礎與技術積累薄弱。對于地方本科高校，多由高職高專院校合并或轉型升本而來，高層次人才不足，學科團隊與學科平臺相對薄弱，協同創新與服務社會的能力明顯不足。第三，課程體系與教學模式、知識體系建設與教學內容與"新工科"建設要求不相適應。大量年輕的碩士與博士畢業生剛一畢業就直接走上了大學教學的講臺，對于大部分工科專業的教師實際上沒有或僅有少量從事工程實踐的經歷，導致工程教育從書本到書本，從模型到仿真與工程實際脫節。第四，"學習工廠"教育平臺欠缺。尤其是對于地方高校而言，由于存在經濟技術落后等原因，企業與工廠的數量不多、規模不大、條件環境不良導致學生在見習與實習結束后不愿意選擇走上工程崗位。因此，地方本科高校必須以“新工科”建設為抓手，要堅持問題導向，做到“六問”“五個強化”。同時，地方高校要著重培養學生實驗實踐能力，將學生理論學習與生產實踐、科學研究緊密結合起來，更要貼近產業需求來培養應用型、復合型、創新型人才[2]。

2 化學反應工程教學現狀與存在的問題

高等學校肩負著培養高素質創新型人才的重任。化學反應工程課程作為工程科學教育的一部分，也是化工類專業的一門專業主干課、核心課程，擔負著大化工類人才教育的任務。該課程強調實驗技能、設計能力及解決工程問題的方法，突出實踐應用與創新能力的培養。由于化工過程以化學反應器為核心，化學反應器與工程問題密切相關，化學反應器是化工生產過程的“心臟”，該課程對于培養學生的工程意識、強化工程分析能力具有十分重要的作用。因此，化學反應工程課程建設在化學工程與工藝學科建設和卓越工程師培養計劃的推進中均起著舉足輕重的作用。通過調研發現，當前地方高校化學反應工程教學存在較大問題，亟待在新工科背景下進行改革與探索。

2.1 課程教學模式陳舊，課堂缺乏互動性

對于大部分地方高校而言，化學反應工程教學主要通過黑板板書與多媒體教學相結合的方法進行講解。即使教師能夠利用圖片與視頻等來演示化學反應過程及設備構造，生動的描述課程的相關內容，學生也可以通過模擬的影像更加清楚的認識反應器的結構與原理。但是本課程存在理論公式具有較高的邏輯性及抽象性等問題，學生對理論的掌握仍有一定的困難，也不能對公式進行很好的利用。對于課程教學以老師講課，學生聽課的方式進行教學，不僅不能調動學生的積極性，而且也會使學生產生厭倦的情緒，導致教學質量降低。因此，必須對教學模式增加新元素，提高學生課堂的參與互動力度，讓學生對新知識、新技術、新觀點等化工新進展的學習和掌握更有興趣。

2.2 課程實踐教學局限在校內，創新與工程能力培養重視不足

化學反應工程作為一門工程性很強的課程，為使學生掌握本課程的基本理論和工程思想，培養學生分析與解決實際工程問題的能力，尤其需要特別加強實踐教學環節。對于地方高校而言，學校硬件設施與當地化工企業實際條件的限制，安排與課程相對應的專業實驗和課程設計較少。同時，學校課程實踐教學一般多在校內使用實驗教學裝置完成。學生對課程內容的理解和認識只能通過書本理論知識，沒有足夠多的實踐教學環節，缺少運用課程相關理論和方法解決實際工程問題的鍛煉機會[3]。

因此，建立校外中試實驗基地, 加強校企產學研合作，強化對學生工程能力的培養非常有必要。

3 化學反應工程教學改革的著力點

3.1 引入工程案例與分析教學模式

工程案例與分析是教師在講授理論知識后，給出與課程相關的工程案例，引導學生利用所學的理論知識對案例進行分析、發現以及解決案例中存在的問題。教師在教學中引入案例教學，必須首先準備好相關的工程案例。工程案例可以在平時參觀工廠時或帶領學生去實習時收集實際的工程案例[4]。工程案例也可以向經驗豐富的老師索取。同時，教師課下要花精力與時間把工程案例分析透徹。學生分成若干個3～5人的小組，通過網絡、圖書館、期刊等查找資料，對老師提出的案例涉及的核心反應器、分離器等設備在工業反應過程、分離過程中的應用進行小組討論，然后再進行課堂討論。通過工程案例的分析，提高學生自主思考能力、溝通能力和協作精神，同時加大學生參與課堂教學的積極性與主動性。

3.2 加強化工輔助軟件在教學中的應用

仿真教學是理論和實踐之間一座新的橋梁,既是實踐教學手段,也是實踐教學內容。在化學反應工程教學中采用虛擬仿真實驗軟件等化工輔助軟件，從輔助實驗、輔助反應器模擬設計加深學生對反應工程理論的理解，并掌握反應器模擬和設計的方法[5]。同時，學生可通過Aspen軟件搭建所需的反應體系模型，對化工生產中反應、混合、分離、換熱、流體輸入等單元操作進行模擬計算，避免了復雜的數學推導及數值求解問題，使得反應過程盡可能的形象化，有助于學生對反應過程的理解并激發學生學習興趣[6]。

3.3 引入“互聯網+”化學反應工程課模大賽與化工設計大賽新元素

“互聯網+”不但是一種全新的經濟形態，更是一種新的發展模式。對于地方高校，可以嘗試組織學生進行“互聯網+”化學反應工程課模大賽，要求學生選擇化學反應工程課程相關內容如: 催化反應過程及原理，反應器設計及工作原理等通過制作課件、教學動畫和動漫、工程案例3D等作品來動態講解和展示課程內容[7]。此外，在教學中引入化工設計大賽新元素，將理論聯系實際教學實踐活動，對學生的創新意識和工程設計能力培養有較大幫助。

3.4 加強校企合作，擴大實踐教學視野

化學反應工程涉及反應器從實驗室放大到工業反應器等一系列重要的化學工程問題，這要求課程實踐教學要突破單一校內實踐教學模式，走校企合作的道路，為學生提供更多的實驗實踐陣地，擴大學生實踐教學視野。

4 結論

“新工科”建設是我國高等工程教育主動適應國家創新驅動發展戰略、推進供給側結構改革和產業轉型升級的必然要求。對于地方高校，在新工科建設大背景下開展工程教育改革，充分利用“互聯網+”時代的優勢，督促教師不斷學習新的教學理念，轉變和優化傳統教學方式和手段，提高學生參與課堂學習的主動性與積極性，為學生提供更廣闊的實踐平臺，加強學生工程實踐能力培養。

[1] 趙 繼，謝寅波．新工科建設與工程教育創新[J]．高等工程教育研究，2017(5)：13-17，41．

[2] 李志鴻， 鄒復民．“新工科”背景下地方本科高校學科建設路徑探析-以福建工程學院交通運輸工程學科為例[J]．福建工程學院學報，2017，15(5)：486-490．

[3] 丁一剛，劉生鵬，吳元欣，等．改革化學反應工程實踐教學模式，培養創新人才大化工類人才培養創新實驗區的實踐與探索[J]．化工高等教育，2009，26(4)：47-49，80．

[4] 秦祖贈，文衍宣．工程案例討論與分析在《化學反應工程》教學中的應用[J]．廣州化工，2013，41(16)：208-209．

[5] 魏 菊，黃艷 ．淺談化工仿真在化工單元操作技術課程教學中的作用[J]．廣東化工，2017，44(13)：314，317-318．．

[6] 吳現力，王菊，杜春華，等．化工輔助軟件在化學反應工程教學中的應用[J]．教育教學論壇，2016(18)：176-177．．

[7] 李愛蓉，李晶晶，王 宏，等．“互聯網+”化學反應工程教學探索與實踐[J]．廣州化工，2017，45(1)：130，140-142．