新工科背景下《化學工程基礎》的教學改革探索*

閆浩然，陳君華，郭 雨，張大朋，成戰強，張少卿

(1 安徽科技學院化學與材料工程學院，安徽 蚌埠 233030；2 安徽鑫民玻璃股份有限公司，安徽 滁州 233100)

《化學工程基礎》是化學與材料相關工科專業的必修專業基礎課程，內容與《化工原理》基本一致，由于學時的限制和專業的特點，在內容上相對《化工原理》有一定程度的精簡。該課程具有較強實踐性，與生產實際緊密相連，它綜合運用了高等數學、物理、化學、物理化學、化學反應工程等基礎課程相關知識，旨在處理工業生產過程中的實際問題。理論課程的主要介紹流體、傳熱、吸收、過濾、精餾、干燥等基本原理和化工生產的各種單元操作，以及相關單元操作所涉及的設備構造、操作原理、過程計算、設備選擇等。具有與生產實踐聯系緊密的特點，對培養理科應用型人才、促進科技成果產業化、實現科學技術更好地為經濟建設、科技進步和社會發展服務具有重要的意義[1]。然而，由于該課程內容涉及面廣且綜合性較強，學生普遍缺乏工程實踐經驗，往往“學著后面的，忘著前面的”，學習起來相對吃力。為了在有限的課時內，保證并提高本課程的教學質量，有必要對本課程的教學進行一定的改革探索。因此，筆者結合自身教學過程中的經歷，談一談有關提高《化學工程基礎》教學質量的一些探索和實踐。

1 教學現狀和“新工科”教育的要求

“新工科”工程教育模式與傳統教學模式最大的區別在于其更加注重對學生實踐能力的培養[2]。安徽科技學院作為一所地方應用型本科學校，具有鮮明的工科特色，培養目標明確，較為注重學生的實踐能力的培養，旨在培養適應社會主義現代化需要的專業技術人才，這也與“新工科”教育的要求不謀而合。同時，在課程設置過程中，充分考慮到現有各專業的特點，化工原理盡管作為一門各專業必修的基礎課，但各專業之間的課程設置也有所區別。對于化學和化工專業，課程設置為《化工原理》，分兩學期授課，總課時為146學時，其中理論課110學時，實驗課36學時，課時充分；材料科學與工程和無機非金屬材料專業，課程設置為《化學工程基礎》，總課時為72學時，其中理論課54學時，實驗課18學時，兩專業實驗課和實踐環節內容有所區別。對于不同專業的學生而言，其必須具備相應專業特色的知識結構與能力結構，才能盡快適應工作崗位和社會發展的需求。

2 “新工科”背景下的教學改革實踐

圍繞“新工科”建設的理念，需要改進傳統的材料類專業人才培養模式和課程體系，建立“知識探究、能力培養、人格塑造”三位一體的育人體系[3]。本著強化基礎扎實、工作踏實、作風樸實、實踐能力出眾的人才培養特色，地方應用型高校需將“新工科”教育理念融入到現代教學中，著力培養具有社會責任感，富有創新精神、實踐能力的高素質應用型專業高級技術人才[4]?；凇靶鹿た啤苯逃Ｊ?，筆者從以下幾點對《化學工程基礎》的教學進行了改革和優化。

2.1 簡化教材內容

材料類專業基礎知識結構與化學專業不同，因此在有限學時內學生掌握能力有所不同，應讓學生掌握課程核心內容?！痘瘜W工程基礎》這門課程核心內容必然仍以“三傳一反”為主，課程組通過調整課程體系，整合教學內容，將這門課的教學內容分為主講與自學兩部分。每種傳遞方式選擇一種具有代表性的，難點重點章節詳細講解；相對簡單，傳遞方式相似的，便于學生理解的，抑或是其他專業課內容已經有所涉及的，可以引導學生自學，不再予以講解。主講內容將放在具有代表性的流體流動與輸送、傳熱、精餾、吸收和干燥，主講內容要求學生掌握“三傳”的基本原理和相關重要公式，了解建立數學模型的方法，使學生真正的學會處理工程問題的思維方法。自學內容主要包含蒸發、沉降和過濾、化學反應工程學基礎基本原理和生化反應器等內容，主要原因是，比如對于蒸發來說，精餾部分會對蒸發基本知識進行相關介紹，因而此部分自學起來并不會很吃力；對于沉降和過濾來說，章節內容較少，平時學生實驗鍛煉接觸較多，對相關知識理解起來并不會十分困難。

2.2 教學結合多媒體手段

多媒體技術是現代教學過程中一種不可或缺的媒介。基于化工類課程的特點，在基本的教學過程中，由于公式推導過程繁多，板書仍然是大部分老師的主要教學方式，僅靠幻燈片進行各種公式的快速轉換，確實會使不少同學的思路跟不上。但是，當前互聯網資源和動畫軟件十分豐富，制作模擬動畫或課件卻可以將一些枯燥的基本概念、基本原理較直觀地展示在學生面前，能夠在有限的教學時限內，提高教學效率。另外，本課程教學內容涉及化工單元操作與工藝過程，學生一般很少見過真實的化工設備，教材中的示意圖與工廠設備和裝置的真實體積和外觀有較大的差別，學生普遍缺乏基本認知，運用多媒體手段，可以加深學生對實際化工生產和運行規模及過程有所了解，激發他們的學習興趣，改善教學效果。

2.3 課程引入翻轉課堂教學模式

傳統的教學方式主要是依靠教師在講臺上講授，學生被動接受知識，課堂氛圍較為枯燥，互動性較差，教學效果不能及時反饋。近年來，“啟發式”教學模式不斷在高校教學中出現，提升了學生與教師之間的互動，這種學習方式能夠引導學生由被動的知識學習轉變為主動學習，提高學生主動學習的能力。在目前的教學中，課程組教師利用“翻轉課堂”的教學形式，將課程主要內容提煉出來并細分成獨立的知識點，指導學生通過學習教材對應章節知識、查閱相關文獻，并進行分組討論的形式，讓學習自主學習相關知識。此外，結合學校設置的專門的翻轉課堂教室，從教室布局到專業設備，都打破了原有傳統教學方式，讓學生可以以利用先進的電子設備和展示手段，將自己自學和準備的內容，講給同學們聽。通過實踐發現，學生準備的內容遠比教師預期的豐富，大多數學生能夠非常認真去準備相關內容，有些學生對知識也有自己獨特的見解，這遠比學生被動學習帶來的效果要好。在此基礎上，課程組會在課程后段，對學生理解不準確，準備不到位的內容進行補充和修正，以確保知識體系的完整。

2.4 增加反映學科發展的前沿內容

《化學工程基礎》作為理科專業的工程技術課程，其教學內容除了“三傳一反”以外，還應當及時反映和體現學科的發展與技術進步最新動態。在之前的教學過程中，每屆教學主要教學重心都是以經典理論為主，很少涉及一些新技術、新設備、新理念。在化工專業也快速發展的今天，許多化工企業和化工設備，并不是像人們印象中的污染大、設備舊、工藝老的形象了，教師在課堂上如果沒有涉及學科前沿發展和現代化工內容的話，這樣很難使學生開闊視野，學生接受新事物的能力以及創新思維也難以激發，不僅如此，還會阻礙學生創新能力的培養。然而，由于課時的限制，如需了解更多這些方面的工程技術知識，可自學并外加教師課外輔導的辦法進行.課程講授內容緊跟時代步伐，融入最新科技成果.適當增加新技術、新設備、新成果在相關章節的補充講解，如在傳質分離方面，膜分離技術、超臨界流體萃取和吸附與分離交換技術等等，有利于拓寬學生的知識視野，也會增強學生的學習興趣，這樣對學生畢業后從事化學化工專業技術工作大有裨益。

2.5 建立課程的仿真實驗教學系統

仿真教學是利用實物或電腦創設各種虛擬環境來模擬真實環境，并根據真實環境中的理論和實際操作情況在虛擬的環境中進行操作、驗證、設計、運行等的教學方式[5]。其優勢主要體現在以下幾個方面：(1)緩解實踐教學硬件條件的壓力，節約教學成本；(2)維護簡單，升級方便，能夠跟蹤學科發展前沿；(3)使用靈活，利于學生自主學習；(4)資源豐富，網絡提供各種素材資源；(5)適用面廣，便于建設資源共享平臺；(6)提高時間效率，便于控制教學節奏；(7)提高實驗安全，防范特殊設備的教學意外事故發生?？紤]到化學工程基礎對實踐教學設施依賴性較強的特點，以及學校本身條件的限制，很難將完整的實踐實驗過程都放入教學計劃中，因為利用仿真實驗系統是一種很好的解決方式。目前，安徽科技學院有一套化工原理仿真實驗系統，里面包含了化學工程中主要的12個實驗，學生可以安裝到自己的電腦上進行實驗模擬，系統里也最大限度還原真實實驗過程，并且能夠進行數據的處理和圖形繪制。仿真教學系統的建立，彌補了有限的實驗課程中涉及不到的內容，加深了學生對化工生產過程的單元操作的認知。

2.6 加強實踐鍛煉，理論聯系實際

盡管目前借助多種手段，盡可能使學生從多渠道獲取豐富的專業理論知識，但是很少直接有實踐的機會，所以對于該課程的認知往往容易停留在感性認知階段，往往不能有效地轉化為理性認知，對知識的掌握不牢固，容易遺忘且不能有效對所學知識進行遷移[6]。此外，企業中涉及到的設備也越來越集成化“智能化和自動化”，僅僅依靠畢業實習，往往難于對設備和工藝有比較深入的了解，往往到畢業實習階段，很多同學理論知識有很大部分已經遺忘。為了讓學生對這門課程有更加深刻和深入的認知，結合滁州和蚌埠當地的產業特色，在學期課程進修過程中，帶領學生到企業中進行針對性的參觀實習。安徽鑫民玻璃股份有限公司是滁州當地一家大型玻璃生產企業，在教學過程中，課程組讓鑫民玻璃部分技術專家參與到教學和實驗實踐的指導中，并帶領學生對煤氣化爐、換熱器、泵設備等有直觀的認識。由于企業生產具有連續性的特點，學生能夠很直觀地認識不同設備之間的銜接和配合，建立起知識體系的連續性。與此同時，通過與技術部門的交流學習，了解工藝更新過程中產生問題，還使學生思考解決工程問題與純理論問題有什么不同。工程上更注重適用性原則，以滿足生產目的和可操作性，更關注經濟效益[7]，學生的工程觀念和經濟觀念在教學的環節中得到鞏固和加強。

3 結 語

《化學工程基礎》發揮著從基礎理論知識到生產實踐的紐帶作用。對很多工科專業而言，此課程教學效果的好壞直接影響學生的業務素質和工程能力。在新工科發展背景下，只有對《化學工程基礎》的教學內容和教學效果進行認真的改進和設計，才能順應新產業、新技術、新經濟的發展，培養真正適應新時代發展的應用型人才。