化工原理及相關課程教學方法改革探索

張海洋 郭瑞麗 王榮杰 李翠華

摘要：化工原理及相關課程是化學工程與工藝專業最重要最核心的專業基礎課，其教學方法是否得當直接關系到教學效果的好壞。文章對化工原理、化工原理實驗、工程制圖和化工原理課程設計課程的教學方法與改革進行了思考和探索，包括具體的實施過程、組織方式等，并以舉例的方式進行了深入分析，可實現理論課、實踐課和課程設計的較好融合。對化工原理及相關課程的教學創新、教法改革具有一定的指導意義。

關鍵詞：教學方法;改革探索;實施過程

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：B? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0184-03

一、引言

化工原理課程是化學工程與工藝、應用化學、材料科學與工程、環境工程、制藥工程及其他化學加工過程類各專業的一門重要的技術基礎課，其以單元操作的基本原理、過程參數變量、設計型計算、操作型計算、典型設備的結構原理、操作性能和選型為基礎，研究物料發生物理或者化學變化的過程，旨在解決工業生產過程中的問題[1]。通過學習這門課程可以逐步引導學生由原來的純理論學習轉到實踐性、工程化學習，是一門理論與實踐密切聯系的課程。

化工原理實驗是以化工原理為基礎的一門工程實驗課程，本實驗課程主要講述化工原理中所涉及的主要單元操作，以鞏固和加深對化工原理課程中基理論知識的理解，從實驗中可以了解典型化工設備的原理和操作，掌握化工中用數學模型法和因次論指導下的實驗研究方法及數據處理，掌握化工數據的基本測試技術。并能運用所學的理論知識去解決實驗中遇到的各種實際問題。

工程制圖是一門研究閱讀和繪制工程圖樣和圖解空間幾何問題的技術基礎課，既有系統的理論，又有較強的實踐性。其主要內容包括畫法幾何、制圖基礎、機械圖樣三大部分。其中，畫法幾何主要研究正投影法原理以及圖示空間形體和圖解空間幾何問題的理論和方法，是閱讀和繪制工程圖樣的理論基礎，也是培養學生空間想象能力和空間解決問題能力的主要思想方法。制圖基礎部分訓練學生用儀器、徒手以及計算機繪圖的操作技能，培養閱讀和繪制投影圖的基本能力，是本課程重點。通過該課程的學習，使同學們能夠通過口頭、書面、圖表、工程圖紙等方式進行有效溝通和交流;具有使用化學化工專業工具軟件或自編程序對復雜工程問題進行預測與模擬的能力，并能正確分析與使用模擬預測結果;掌握復雜工程中涉及的基本工程原理和專業知識，了解其在解決復雜工程問題中的作用與應用方法。

化工原理課程設計是化工原理課程教學的一個重要環節，是學生綜合應用本門課程及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（主要是換熱器和精餾塔的設計）使學生掌握化工設計的基本程序和方法，在查閱技術資料、選用公式、數據、用簡潔文字和圖表表達設計結果以及制圖能力等方面，得到一次基本訓練。幫助學生樹立正確的設計思想和工程觀點。

目前，該類課程的教學組織方式仍主要為化工原理課程理論先行，然后進行化工原理實驗、工程制圖和化工原理課程設計課程的講授，且幾門課程之間仍處于獨立和割裂的關系。石河子大學是國家世界一流學科建設高校，且化學工程與技術學科為國家一流學科，化學工程與工藝為國際教育工程認證通過專業，在此大背景下，我們應嘗試改變傳統的化工原理類課程的教學方式，將案例導向式教學法與啟發式教學法相結合，應用于本類課程的教學，實現一體化教學的效果。以下將對這種創新型的教學方法作以初步探討。

二、案例導向式教學法和啟發式教學法

“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，以主人翁的身份通過主動學習知識并應用相關知識進行討論計算或者研討來解決案例問題的一種教學方法[2]。教學中既可以通過分析、比較，研究各種各樣的成功的和失敗的經驗，從中抽象出某些一般性的結論或認知，也可以讓學生通過自己的思考或者老師的講解來拓寬自己的視野，從而豐富自己的知識。化工原理類課程所牽涉的行業本身存在大量的工程案例，教師所從事的科研課題，也會向課程提供一部分案例，使化工原理類課程的案例導向式教學成為可能[3]。

在案例導向式研究型教學的過程中，案例的選取和導入十分重要。一個能激發學生學習興趣的案例將會給整個課程教學一個良好的開端。案例可以是教師本身所進行的研究課題的擴展，也可來自其他參考書或者各類媒體相關報道[1]。但是案例的選擇須符合以下兩個原則：

（一）案例必須具有真實性和相關性，不脫離生活實際

在化工原理類課程的教學中，只有用真實可信的案例，才能讓學生真正體會到知識的應用性，并且只有與生活密切相關的案例，更能激發學生的求知欲，為整個過程的學習奠定良好的基礎[4]。

（二）案例還必須具有系統性和全面性

在案例選取時還要考慮到化工原理類課程所涉及的所有單元操作以及管閥件和設備的連接流程和布置，選擇的案例應系統地涵蓋這些內容，這樣才能使學生學習到全部的相關知識，并為今后走上工作崗位解決實際工程問題提前進行了一次完整的演練。

啟發式教學，就是根據教學目的、內容、學生的知識水平和知識規律，運用各種教學手段，采用啟發誘導辦法傳授知識、培養能力，使學生積極主動地學習，以促進身心發展。這里要著重說明，啟發式教學不僅是教學方法，更是一種教學思想，是教學原則和教學觀。“學生為主體，教師為主導”，這就是現代教學的指導思想[5]。如何體現“學生為主體，教師為主導”，關鍵是學生能否有學習積極性，而學習積極性在很大程度上和教師的主導作用有直接關系，因此在全課教學中進行啟發式教學，提高學生學習積極性，從而全方位地提高學生的能力。啟發式教學，對于教師的要求就是引導轉化，把知識轉化為學生的具體知識，再進一步把學生的具體知識轉化為能力。教師的主導作用就表現在這兩個轉化上（已知知識→學生具體知識→能力），這里引導是轉化的關鍵。

三、化工原理類課程講授的具體實施過程

化工原理類課程之間的關系及計劃實施過程如圖1所示。

該類課程的具體實施可由化工原理課程設計課程貫穿始終，首先進行案例的導入，選擇并提出綜合性的工程任務，并根據任務要求結合所學的其他相關知識和常識啟發學生拆分任務，具體的可拆分為：單元操作（流體輸送、攪拌、過濾、傳熱、蒸發、吸收、精餾、萃取和干燥等）、工藝設備（設備的基本原理、類型、構造及應用場合等）和管閥件及流程安排等。

單元操作的講解實質上也就是化工原理課程的主要內容，隨著任務的進行和問題的出現，我們可以對所涉及的單元操作采用問題啟發式的方法進行基本原理、模型假設建立、參數引出、物料衡算、操作型計算和設計型計算等的講解，利用其對解決方法的追求，逐步吸引著學生們的注意力，從而達到解決問題與傳授知識的結合。

在每一個單元操作講解的過程中，牽涉到所對應的設備部分，我們可以將課堂安排在化工原理實驗室中，以實物裝置作為講解對象，講解設備的原理、類型、構造及應用場合等，同時，將化工原理實驗內容融合進來;這樣，既可以讓學生們直觀地觀察設備的構造，理解設備的工作原理，加深了知識儲存的有效性和時限性，避免了教室課堂對該部分授課時采用圖片的形式使學生們先抽象理解的過程;又可以啟發學生們對工程任務中所需要的設備進行選型，還同步完成了化工原理實驗課程的教學內容。

設備確定之后，我們需要啟發學生根據任務要求、規模大小、物料衡算結果，設計型計算和操作型計算等結果確定管閥件以及設備的類型和尺寸、連接和安裝條件等，比如，示意的流體流速、管道的尺寸，閥門的類型、泵的安裝高度、換熱器的參數（構型、流體流動方向、管程殼程數目、列管數目等）、精餾塔的參數（精餾段與提餾段的直徑、氣相和液相摩爾流量、塔板數目、塔盤構型、溢流堰高度、降液管長度、安定區、孔的密度、液泛限制等），篩選確定這些部件之后，將課堂設置到微機室，結合理論的講解進行圖形的繪制，完成工程制圖課程的教學任務。

上述一切就緒之后，進行工藝參數和設備參數的梳理和校核，并對不合適的地方進行調整，再次進行梳理和校核，直到沒有問題出現為止，按照要求制作目錄、規范整理材料等，形成最終的工程工藝包，完成化工原理課程設計課程任務和整個化工原理類課程的教學任務。

四、結語

綜上所述，案例導向式教學法和啟發式教學法的結合可改變傳統的化工原理類課程的教學組織方式，避免了幾門課程之間獨立和割裂的關系;以一條主線將多方面知識穿插起來，始終吸引著學生們的注意力，讓學生們通過直觀地觀察和思考獲取知識，并加深了知識儲存的有效性和時限性，避免了傳統課堂使同學們抽象理解知識的現象，可達到解決問題與傳授知識的完美結合，為同學們今后走上工作崗位解決實際工程問題提前進行了一次完整的演練，更具實效性。但同時該教學方法和課程組織方式的實施也對教師和學校提出了更高的要求，授課教師需要具有較好的協商配合能力，根據任務需要不斷調整內容順序和課堂角色，同時，還要具有較廣的知識面和一定的知識深度;學校和學院的相關部門人員則需要提前了解該類課程的組織方式，做好系統的排課和課堂設置的安排，并根據一線教學人員的需要配合完成教學改革。

參考文獻：

[1]葉宏.化工原理課程的案例導向式研究型教學法初探[J].科協論壇：下半月，2010，（09）.

[2]賈紹義，k夏清，吳松海，姜峰.工程案例教學法在化工原理課程教學中的應用[J].化工高等教育，2013，27（03）：78-81，96.

[3]張海洋，李雪琴，賈鑫，郭瑞麗.基于化工原理課程案例庫建設的初步探索[J].教育教學論壇，2016，（46）：123-124.

[4]張海洋，李雪琴，郭瑞麗，賈鑫.翻轉課堂教學模式在化工原理教學中的應用[J].化工高等教育，2017，（03）：82-84.

[5]https：//baike.baidu.com/item/啟發式教學法/4875326[EB/OL].