以培養應用型人才為導向的化工原理課程教學改革

謝高藝 馬春平 劉瑩

摘要：針對當前化工原理課程的本科教學中存在的一些問題以及如何培養應用型人才，我們從教學理念、教學內容、教學方法以及考核方式四個方面對化工原理課程的改革做一些研究，提一些建議。其中，結合筆者利用“雨課堂”輔助教學的實踐經驗，重點闡述了改進化工原理課程教學方法的初步探索。

關鍵詞：化工原理；教學改革；應用型人才；“雨課堂”

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）09-0125-03

一、前言

學習型社會的到來，要求大學對傳統的教育教學模式進行必要的改革，即從學生的全面發展以及終身學習習慣的養成的角度出發，圍繞著“加強應用與聯系實際”的目標來進行，提高大學教育對社會的服務功能，增強人才培養的專業性，提升學生的創新實踐能力，從而促進學生向應用型人才培養方向發展，實現學校與社會的無縫對接[1]。

二、《化工原理》課程的重要性及面臨的難題

化工原理作為一門工程類專業基礎課程，綜合運用了數學、物理、化學等基礎學科知識，分析和解決化工類型生產中各種物理過程（或單元操作）問題，可為科學實驗與化工生產之間架設橋梁。化工原理的學習過程強調對工程觀點、定量運算和設計能力的訓練，強調理論與實際相結合，從而提高學生分析問題、解決工程實際問題的能力[2]。化工原理的學習可為后續的化學工程相關課程（化學反應工程、化學分離工程、化工設計、化工儀表、化工機械等）奠定基礎，對于化工、制藥、釀酒、環境等專業的學生來說尤為重要。然而，化工原理課程具有教學內容多、交叉知識難度大等特點，“學生聽不懂，不想學；教師講的累，不愿教”的情況普遍存在。此外，在大多數普通本科院校的化工原理教學過程中，受傳統教育思維模式影響，教師將學生的學習過程當成簡單的信息積累與加工，過于注重知識的傳授以及解題方法與技巧的講解，但卻忽視了對學生創新能力與應用能力的培養，因而不能引導學生主動探索學習過程（發現問題、分析問題和解決問題），這不利于學生實踐能力的提升。具體表現在：做畢業設計的學生不懂得根據現有的任務設計出合乎要求的傳質或換熱的設備；而對于剛進入工作單位的本科畢業生，則不會應用三傳的原理解決化工設備操作過程中出現的實際工程問題。因此，對化工原理進行教學改革是很有必要的。

三、《化工原理》課程教學改革

1.轉變教育理念。傳統的“知識為本”教學目標已不能適應新時代對人才的要求，本科教育更應當以學生為中心[3]，促進學生知識、能力和素質全面發展，即以“能力為本”。為此，化工原理的教學過程也應該從“知識傳授”向“知識獲取”轉變。在課堂上，教師不再是滿堂灌的“主演者”，而轉變成為激發學生探索創新的“主導者”。教師角色的轉變要求教師在課前付出更多時間和精力，為課堂上的教學做好充分的設計、準備，這將有利于督促教師把更多的精力放在教學上，通過不斷的鉆研提高自己的教學能力。而教師對課堂教學的設計可以借鑒近年來國際工程教育改革中取得卓著成效的CDIO教學模式。CDIO是構思（conceive）、設計（design）和實現（imple-ment）、運作（operate）的英文簡寫，即先根據課程內容構思和設計相關的工程項目，然后在實現和運作過程中逐漸培養學生的空間思維能力、創新能力和綜合素質的一種教學方式[4]。CDIO教育模式立足于產業需求，相應地，其課程教學的內容亦需根據產業的發展不斷進行調整和優化。因此，我們可以構建校企合作平臺，以企業和市場的發展需求指導化工原理教學體系的優化。通過企業平臺和實訓基地的實踐活動，一方面，加強化工原理知識的應用。另一方面，調整化工原理課程理論知識的教學方向。通過將學習過程和實踐過程相交融，從根本上提升學生的實踐能力，從而培養出合乎企業要求的畢業生隊伍。

2.調整教學內容。如果化工原理的教學內容與實際應用不能很好地融合在一起，學生就無法認識到課程知識的重要性，學習的興趣和欲望以及主觀能動性就會大為降低，進而導致學習質量大幅降低。不理想的學習效果不僅會打擊學生的自尊心與自信心，還會使其對化工原理課程的學習產生厭煩和畏懼心理，最終形成惡性循環。因此，在教學的過程中，必須處理好理論知識與實踐應用的關系，在介紹理論內容時可以適當減少公式的推導過程，而更多地強調相應的實際應用背景，使學生深刻理解各種概念、公式的物理意義。比如：講授伯努利方程時，我們提問：“為什么火車進站時不能離火車太近？為什么兩艘齊頭并進輪船在行駛時會越來越靠近？”加深學生對靜壓頭和動壓頭相互轉變的認識；在講授多層圓筒壁定態熱傳導時，我們提問：“氣溫下降，應添加衣服，應把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？”促進學生理解不同熱導率材料的位置對傳熱速率的影響。另一方面，在介紹實踐內容時則多注意理論的指導作用，比如在講解離心泵的安裝高度要求時，我們通過機械能衡算式來分析液體壓強的變化，引出“汽蝕”的概念；在講解換熱器的強化途徑時，我們從傳熱速率方程出發，分別講解傳熱面積、對數平均溫度差、傳熱系數對換熱器效率的影響。

3.改進教學方法。在傳統的化工原理課堂里，教師念講稿、抄板書、指導學生做練習題，課堂氣氛比較沉悶，而學生被動地接受知識，學習效率較低。此外，化工原理內容多，過多的板書不利于教師在有限的課堂時間里完成規定的教學任務，盡管可以通過補課來彌補，但補課增加了教師和學生的負擔，也不利于提高教學效果。因此，把信息化教學資源與現代化的教學手段引入課堂是化工原理教學改革的必經之路。利用多媒體進行課堂教學，不僅能將抽象概念簡單化，提高課程容量和質量，彌補縮減課時所帶來的不便，還可以將各類型設備的結構以及工作狀況生動地顯示出來，使學生不進入生產現場就可以全方位地了解設備的結構與操作。此外，還可以充分利用東方、歐貝爾等化工原理仿真工具輔助教學，使教學過程更為生動、形象，全面提升教學效果。然而，如果過分依賴現代技術，無論講什么內容都依靠投影儀，課堂全程沒有一個字的板書，同樣也無法達到良好的教學效果。因為單純的PPT講解，教師不容易把控教學的速度，對于能力比較強的學生來講也許可以勉強聽懂，但基礎差、學習習慣也不是很好的學生很難跟上教師的教學思維。因此，有必要將現代多媒體教學與傳統的板書教學相結合，協同提高教學效果。因為適當的板書有助于提高學生注意力，并且使課堂的節奏變緩，課堂上張弛有度才有利于學生對知識點的消化。以習題解析的教學為例，教師可以利用板書與學生一起分析解題思路，提高學生的注意力，增加互動性，然后利用PPT把解題過程放映出來，節省公式書寫、結果計算的時間。此外，針對不同的教學內容或不同層次的學生，教師可以采取啟發式、探究式、討論式、問題牽引式、精講多練、理論聯系實踐等不同的教學模式與教學方法，揭示知識的發生過程，引導學生理論聯系實際，從理解現象到發現或提出問題，再到參與討論，最終解決問題，逐漸培養學生分析、對比、歸納、總結的能力和嚴謹、科學的邏輯思維，讓學生在學習過程中不僅掌握了化工原理知識，還獲得了掌握知識的方法。

在化工原理的教學過程中，筆者采用學堂在線與清華大學在線教育辦公室共同研發的智慧教學工具——“雨課堂”進行輔助教學，獲得了一定的成效。有了“雨課堂”的輔助，學生的學習活動不再受時間、地點的制約而實現其個性化學習的需要，而非局限于傳統的課堂[5]。課前，我們通過“雨課堂”來發布任務單與課件，讓學生提前預習，通過任務了解課堂上的重點、難點，對同學們在預習過程中點了“不懂”的PPT，上課時重點講解。課堂上，我們可以隨時發布課堂練習題來檢驗學生聽課的效果，學生可以通過“彈幕”發表討論，活躍課堂氣氛。課后，學生能夠借助“雨課堂”的“討論區”模塊對學習中的重難點及疑難問題展開討論，這樣既可以有效消除學生提問的膽怯心理，又實現了同學間的互教互學。另一方面，我們也可以通過查看和參與討論，在對學生的學習給予及時的指導和鼓勵的同時，更充分地了解學生對知識的理解及掌握情況。

學生學習效果的決定因素是學習主動性與參與積極性，而要調動學生學習主觀能動性，首先要營造良好的課堂氛圍、建立融洽的師生關系。在課堂上，前十分鐘學生的聽課注意力是最集中的，超過十分鐘注意力就會逐漸下降。因此，我們在講解完一個大的知識點或者講課時間超過十分鐘時，通過“雨課堂”發布習題進行測試（主要采用客觀題的形式），學生在規定的時間選擇答案后，PPT屏幕上馬上顯示出學生答題的結果。隨后，讓回答正確的學生三五成群地給其他同學講解，這樣既檢驗了學生聽課的效果，使學生有學習的成就感，又可刺激學生提高注意力，調動學生們參與、互動的積極性，從而活躍課堂氣氛。其次，教師要精心設計多種教學情境來激發學生的求知欲，培養學生的學習興趣。比如，筆者再給釀酒專業的學生講解“蒸餾”這一章的理論知識前，先讓學生討論他們比較熟悉的釀酒過程，充分活躍課堂氣氛并激發起學生的學習興趣后，再以釀酒過程需要通過蒸餾對粗酒進行濃縮，進而引入蒸餾的理論知識的教學。

4.完善考核機制。科學合理的考核評價機制可以比較全面、準確地反映教學的成效。我們以往對化工原理課程的考核方式（考勤10%、課堂表現10%、課后作業10%、期末考試70%）過于偏重期末考試的成績，導致學生平時不用功，只期望利用考前的臨時突擊復習取得比較好的成績，這樣不利于提升學生的創新能力和應用能力。因此，學生成績考核機制必須改進，筆者認為可以采取考勤（10%）、課后作業（10%）、課堂小測驗（20%）、課外小設計（20%）與期末閉卷考試（40%）相結合綜合考核方式，弱化期末考試的比重，更加側重知識獲取的過程以及能力的培養。增加課堂小測驗，一方面，可以保障課前任務得以認真完成，因為普通本科院校學生的學習主動性和自控能力較弱，如果沒有相應的考核措施，很多學生不會根據發布的課前任務去認真預習。另一方面，可以及時檢驗任務的完成情況和完成效果，強化提高學生平時的聽課效率，使學生盡可能在課堂中吸收和消化所講授的內容。化工原理是一門工程類課程，更加強調學生運用理論知識解決實際工程問題的能力。因此，可以在每個單元內容講授完畢后的特定時間（一般1—2星期）都進行一項小設計考核。所有學生分組抽取設計題目，并在課堂上對本組設計思路、成果進行展示，一方面，激發學生的創新意識和集體榮譽感；另一方面，提高學生口頭表達、分析問題與解決問題的能力[6]。

四、結論

綜上所述，我們針對當前本科院校在化工原理課程教學中存在的問題，結合化工原理課程的特點，以學生為中心，以提高教學質量，提升學生創新能力和應用能力，培養學生綜合素質為目標，從教學理念的轉變、教學內容的調整、教學方法的改進以及考核機制的完善等幾個方面進行了改革探索，為培養具有工程概念的應用型人才打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]孫麗，宋廣鳳，許曉娟，等.基于應用型人才培養的化工原理優質課程建設實踐[J].課程教育研究，2016，（05）：233-234.

[2]趙海紅，李同川，李裕，等.化工原理課程改革的研究與實踐[J].化工高等教育，2008，（05）：56-59.

[3]郭曉亞，張彰，周忠華.基于創新人才培養的化工原理實驗教學體系的構建[J].化學教育，2015，（16）：58-60.

[4]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（03）：1-6，9.

[5]臧晶晶，郭麗文.滴水成雨——走進雨課堂[J].信息與電腦（理論版），2016，（08）：235-236.

[6]鄭大鋒，王秀軍.團隊展示學習法在化工原理研究型教學中的應用[J].化工高等教育，2017，（06）：69-74.