小學時化工原理課程教學探索

張杰　李鵬　蔣蘇毓

[摘 要] 化工原理作為化工類專業的核心課程，是學生了解化工生產的第一步，也是從理論到實際生產的重要過渡。盡管該課程在非化工類院系作為小學時課程，但在教學過程中仍存在諸多問題。以制藥專業為例，就該門小學時課程并結合學生專業特點進行探討，打破傳統教學模式，引進新型教學手段，并取得了良好的教學效果，提高了課堂效率。

[關鍵詞] 化工原理;教學探索;翻轉課堂

[作者簡介] 張 杰（1989—），男，河南新鄉人，博士，鄭州大學生態與環境學院講師，研究方向：催化氧化水處理;蔣蘇毓（通信作者）（1981—），女，江蘇泰州人，博士，鄭州大學化工學院講師，研究方向：催化高級氧化。

[中圖分類號] G423? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）25-0233-02? ? [收稿日期] 2020-02-04

一、背景

化工原理作為工科類專業的公共課程和化工類專業的核心主干課程，以高等數學、大學物理和物理化學為基礎，以“三傳一反”（質量傳遞、熱量傳遞、動量傳遞和反應工程）相關理論為主要連接線，研究生產過程中涉及到的單元操作的基本原理、過程計算，設備選型設計，重點培養學生的工程思維，培養學生分析和解決實際工程問題的能力[1，2]。這門課程作為非化工類專業學生接觸、了解化工生產的第一步，是他們從學習理科科學理論到工科實際生產的重要過渡。

在教學過程中，盡管本課程在非化工類院系作為小學時課程，教學內容也存在著理論概念多、公式計算多、生產單元設備多、系統性差的問題，加上這些學生在課程之前普遍對化工生產缺乏了解，大部分學生在學習過程中都會感覺化工原理課程內容枯燥，晦澀難懂。

比如化工原理課程中存在較多的數學公式，從一開始的流體流動內容中的伯努利定律，到最后一章干燥過程干燥空氣量的計算，每一章內容都貫穿著計算過程。而這里面多數數學公式和相關參數的余量設定并非通過嚴密的數學推導得出，而是通過實際工程實踐中的工程經驗總結得出。對于我校藥學院學生，該課程雖然被安排在大三第一學期，然而作為傳統的理科院系，幾乎所有學生都沒有參加過生產認識實習，連工廠的基本生產裝置都不曾見過，學生很難通過課本上的敘述在腦海中形成畫面，再加上課程的小學時的客觀設定，教師很難在授課過程中對于授課內容面面俱到，只能對于一部分內容做出介紹，直接給出結論，課堂內容邏輯性不強，導致學生課堂開小差、打瞌睡，課后作業拖延敷衍。

針對以上問題，作者認為必須對小學時化工原理教學進行改革，要針對學生的專業特色對教學內容進行調整，豐富教學手段以增加學生的學習興趣，吸引他們聽課的注意力，迅速理解記憶單元操作的相關概念和原理，降低學習難度。

二、探索路徑

1.結合學生專業特點。小學時化工原理課程通常為一個學期，48個學時（課堂理論教學部分，不包含實驗教學學時），安排在大二下半學期或者大三上半學期進行。制藥專業主要研究的是藥物機理、病理和新型藥研發等，是一門偏理科內容的學科。在講授化工單元操作、化工過程時，盡可能將制藥方面相關生產實例與日常生活結合來講解。比如化工原理第一章流體流動和第二章流體輸送機械作為化工生產的基礎，其中的伯努利方程、流體流動過程中阻力的近似、離心泵的選擇等是化工原理的核心內容。在講解這一部分時，可以和學生討論這么一個問題：我們假設反應釜高度在教學樓二樓位置，同時我們的制藥原料需要從地面由離心泵打入反應釜，在這樣一個未加其他任何限定的開放性問題中，學生們回答問題就需要考慮影響流體流動和離心泵工作曲線的各個因素，例如選取的管徑、假設的流速是否能夠滿足生產需求，如果存在同時向兩個或多個反應釜供料，那么主管道和支管道管徑該如何分配，物料輸送過程中阻力和需要的離心泵揚程受到哪些因素影響，該如何近似確定等。這些內容可以在學生發言后分步引入，逐層深入，進一步引導學生對這些問題進行思考。由于客觀因素比如反應釜的高度、生產原料選擇為某種藥物原料等比較接近學生日常學習生活，這個問題既可以活躍課堂氣氛，又能激發學生課堂互動，過程中可以理解和掌握枯燥的理論和計算方法，從而取得良好的教學效果。

2.豐富教學內容。本課程的理論知識點紛雜、內容過于抽象，因此課堂中引入多媒體課件不僅可以幫助同學們將理論知識形成畫面，還可以幫助同學們理解設備的工作過程，更好地理解單元操作過程。在課堂上，課程內容中的公式、設備原理、數據圖等可以通過形象的動畫演示得以表達，可以讓學生們集中注意力，避免因為內容的枯燥放棄聽課。由于了解了設備的工作過程，對其工作原理的理解和掌握也更有信心和目的性。

3.新型教學手段。為了進一步提高學生的學習積極性，一些新型的教學手段被嘗試使用在化工原理教學過程，比如源自美國的翻轉課堂[3，4]。在翻轉課堂的教學過程中，首先需要授課教師將知識點錄制成微視頻通過網絡平臺向學生公開，學生提前進行觀看學習，之后在課堂上由教師進行引導，提出課程內容相關問題，與學生討論解決，最后由教師對未能解決的問題進行集中講解[5]。

在傳統教學模式中，大部分學生進入課堂之前都沒有經過預習這一重要過程，因此在公式繁多、內容難懂的課堂上學生難以集中注意力全心學習，而通過翻轉課堂，教師可以通過網絡督學的功能督促學生進行課前預習，在課堂上可以對教學內容有一個初步的認識和了解，帶著問題進入課堂討論，既增加了學生與老師的互動，又能避免學生在課堂上開小差，做其他與課堂無關的事情，以提高課堂效率。

但是，在使用新型教學手段教學中需要注意，讓學生預習時，不能簡單要求學生只是看課本、記公式，而應該提出一個比較有意思的話題交給學生，吸引學生的學習興趣。另外在微課視頻上的講解也需要生動形象，不能枯燥陳述知識點，而要通過課前設定的話題引導學生逐漸理解各章節中的重點難點，達到事半功倍的效果。

三、總結

教師在教學過程中，要根據小學時化工原理課程的知識特點進行教學大綱的編制，結合課堂上講解過程中的重點內容，關注學生們聽課后的反饋，積極采取講授結合問答的教學方法。傳統的填鴨式教學方法只會讓課堂死氣沉沉，學生們或跑神睡覺，或缺席逃課。化工原理在小學時的限定下容易讓學生感到復雜枯燥，如果教師不對教學方式方法進行改進，則難以提高學生們的學習質量。總而言之，授課需要互動，需要教學交互評價，互動的授課不僅可以增強學生注意力，更可以達到提高授課質量的目標。

參考文獻

[1]余國琮，李士雨，張鳳寶，等.化工類專業創新型人才的培養[J].化工高等教育，2006，（1）：8-11.

[2]鄭冀魯，武海棠，張軍華，等.提高學生學習化工原理課程積極性的一些探索[J].化工高等教育，2013，（6）：99-101.

[3]李雪.翻轉課堂在高校散打課教學中的應用研究[J].體育科技文獻通報，2019，27（5）：40-41，96.

[4]李遠婷，馬曉林，田永芝，等.翻轉課堂在免疫學教學中的探索與實踐[J].微生物學通報，2017，44（5）：1442-1448.

[5]車玉紅.“翻轉課堂”教學法在食品檢測技術課堂教學中的應用[J].安徽農業科學，2019，47（6）：279-282.

Abstract：Principles of Chemical Engineering，as a core course for chemical engineering majors，is the first step for students to understand chemical production，and it is also an important transition from theory to actual production.This course is regarded as a short-period course in non-chemical engineering colleges，and there are still many problems in the teaching process.Therefore，this article takes the pharmaceutical specialty as an example，discusses this course and the characteristics of the pharmaceutical specialty，breaks the traditional teaching model，proposes new teaching methods，and has achieved good teaching results and improved classroom efficiency.

Key words：Principles of Chemical Engineering;teaching exploration;Flipped Classroom