新工科背景下《化學反應工程》教學改革

李 平，劉曉瑞，劉榮杰

(銀川能源學院 化學與生物工程學院 ，寧夏 銀川 750105)

化學反應工程是化工與制藥類專業一門核心課程。化學反應工程是研究涉及化工生產過程中化學反應的工程性問題的學科，以解決將實驗室的研究成果轉化為工業生產為主要目的的學科[1]。隨著實驗技術、設備和理論的不斷完善，尤其在計算機和信息化技術日益發達的今天，化學反應工程將在化學工程中占據核心地位[2]，同時也成為教學研究改革的重點[3-5]。

在“新工科”背景下，做為民辦高校的銀川能源學院進行了轉型提升逐漸向應用型本科轉變， 全面實施OBE教育理念，各類課程也進行教學改革。在此環境下，化學反應工程課程小組進行了一列教學改革措施。

1 存在的問題與改革目標

1.1 教學中存在的問題

由于教學理念的缺失，我院化工專業舊版人培方案和教學大綱中并未突出工程教育，青年教師并未在生產一線鍛煉過，工程實踐能力較弱，所以教師在授課過程中仍側重理論教學，教師的教學經驗制約著授課內容及授課方法，上課主要以課堂講授為主，教師專注講，學生被動聽課，學習效率較低；從而造成"教與學"的分離。導致化學反應工程成為學生最難學、最怕學的課程之一；曾出現班級課程及不及格最高達到56%的情況；而且課程考核模式單一，基本取決于期末卷面成績的高低，學生綜合能力沒有得到有效鍛煉和提升。

1.2 教學改革理念及目標

1.2.1 改革理念

1981年由Spady提出的成果導向教育(Outcome based education，簡稱OBE,亦稱能力導向教育)很快成為歐美各國教育教學改革理念，美國工程教育認證協會(A-BET)也全面接受了OBE的理念，2013年6月，我國加入了《華盛頓協議》，標志著工程教育專業認證在我國來開序幕，用OBE理念引導工程教育改革及課程改革，具有現實意義[6]。故化學反應工程課程教學改革實施OBE教育理念。

1.2.2 教學改革內容

以OBE教育理念為指導，“以學生為中心”為抓手，結合化學反應工程課程特點，對反應工程理論教學和實踐教學模式、工程實踐能力、考核方式等方面進行改革，突出學生工程能力培養。

1.2.3 教學改革目標

依據2017教育部頒布的《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》[7]及基于OBE理念的制定版人才培養方案中畢業要求達成的支撐情況，使學生達到以下能力：

①了解化學工程與工藝專業前沿發展現狀和趨勢，熟悉化工與能源領域新工藝、新技術和新設備的發展動態，掌握化工專業領域化工過程基礎理論和專業知識。

②掌握化學與化工實驗技能、工程實踐、科學研究和工程設計方法，具有對新產品、新工藝、新技術和新設備進行研究、開發和設計的初步能力。

③掌握工程實驗方法和科學思維方法，具有綜合運用科學理論和技術手段解決復雜工程實際問題的能力。

通過改革使學生能掌握化學反應工程的基本概念、基本公式、基本模型，能建立動力學方程，能進行反應器設計、優化，能對反應過程進行初步綜合評價。

結合課程學習目的及預期成果需求，課程設置了動力學方程、反應器選型、設計，反應器操作與分析及催化劑使用等四大類能力需求，并列出了達成措施(見表1)。

表1 能力需求與達成措施

2 教學改革內容

2.1 教材選擇與內容調整

教材是學生學習知識最主要的來源，對學習效果和學習興趣都要很大的影響。通過試用及比對，最終選用了郭凱教授主編的《化學反應工程》一書，該教材基本概念清晰、重難點突出、典型習題講解清晰，簡化了過程、突出了結論應用，很適合我校學生學習。

除教材之外，課題組組織教師編寫了校本教材《化學反應工作學習指導》，和教材配套使用，內容有：學習方法、學習資源、章節知識講解(①基本能力要求，②基本內容，③習題精講，④推薦作業，⑤章節測試)及課程論文、課程設計任務書等。

化學反應工程的兩條教學主線是化學動力學和反應器設計優化，側重于傳授最基本的研究方法，培養學生工程意識。通過畢業生信息反饋、企業調研，及時調整教學內容，主要講授動力學方程的影響因素和典型反應器的設計；在反應器部分通過課程設計讓學生掌握某反應器的特性、發展、結構、基本操作，重點進行反應器基礎設計，讓學生掌握該反應器，為后續畢業設計(論文)打下基礎。

2.2 授課模式改革

傳統的教學模式：教師主動講，學生被動學。經過走訪調研、學習分析后，逐步在課上實施“翻轉課堂”，課下實施“課外知識拓展”模式。

“翻轉課堂”模式：將課堂更多的時間交給學生。教師照隨機將班級按以5～6人為一組進行編排，進行翻轉課堂。例如在催化作用一節，任務要求查閱文獻資料，撰寫一篇2000字左右關于某催化反應或催化劑研究的小論文及多媒體課件；三周后提交論文，并在課堂講授要點并接受全班答辯。最后教師進行點評。

“課外知識拓展”模式：充分利用課余時間，拓展知識。教師布置一些反應工程課程所需的知識，例如回顧高等數學微積分等知識在反應工程學習中的應用、查閱資料整理一份關于新型反應器和催化劑研究的最新報道等、計算機在解題中的應用等，通過這種課外學習的任務驅動，增加學生的學習興趣和知識面。

在互聯網飛速發展的今天，可借助慕課、精品課程等網站和雨課堂、課堂派等手機APP軟件進行輔助教學，改善單一的板書加課件的授課模式。實踐表明，利用課前5min進行測驗，能有效的幫助學習對上節內容的溫習與鞏固；每章一次APP測驗，能有效的鞏固所學知識，教師也能及時掌握學生學習狀態，分析知識的薄弱環節，及時調整授課方法及輔導側重點。通過網絡教學視頻進行預習，能加快學生對抽象概念、模型的理解進度，節省課堂時間。

2.3 工程實踐能力培養

工程實踐能力培養主要措施有：強化實驗要求、參與科研項目、課程設計、鼓勵參與化工設計競賽。

反應工程課程實驗項目主要安排了12學時的實驗，涉及反應合成，催化劑制備，反應器性能測定和仿真操作；具體項目包括：一氧化碳中低溫變化實驗、催化劑載體制備實驗、流化床反應器性能測試實驗和間歇釜和固定床反應器仿真操作。實驗教學環節包括：預習、撰寫預習報告、講解、開展實驗、記錄數據、撰寫實驗報告、實驗考核。

另一方面通過讓學生參與教師科研項目，培養良好的科學研究素養，現已完成了煤矸石制備4A分子篩研究、等離子體法制備磷化物催化劑、天然產物的合成、電池材料制備與性能研究等項目；通過參與科學項目有效的培養了學生的創新意識和團隊合作能力，拓展了專業視野，為后續繼續深造和工作夯實了專業基礎。

課程設計：學生學習完《化學反應工程》課程后，對于該課程在后續課程中的地位與應用還是比較模糊的，往往被復雜的數學過程所困惑；為解決這個問題，課程小組根據后續課程需求和畢業論文(設計)的需要，增加了相應反應器的設計案例解析及課程設計。要求學生按照指定的設計題目完成某反應器工藝設計，內容包括撰寫設計說明書、繪制工藝流程圖、繪制反應器裝配圖；通過典型反應器設計，使學生加深對反應器特性、應用、結構、設計等內容的掌握，也為化工設計競賽、畢業設計環節打下良好的基礎。

2.4 考核方式改革

通過與其他高校交流學習，發現多元化的考核模型能真正評價一個學生的學習效果，通過過程考核強化平時知識的積累，達到真實的學習目標。改革后，將側重于過程性考核。實施“N+1+1”過程性和終結性評價相結合的考核制度(見表2)。過程性考核不僅改變了單一的考核方式，也使考核更加真實，能比較全面的對學生進行考核。

表2 “N+1+1”考核制度構成

3 改革效果

圖1 改革初見成效

自2014級試點改革后到2015級全面實施改革，各年級課程卷面不及格率出現逐年下降的趨勢，從2012級的46%下降至2015級的4%，改革初見成效,見圖1。

4 持續改進

教師在授課過程中，及時收集整理各類反饋信息，以做到課程改革的持續性。首先可通過課間及輔導答疑時間與學生交流溝通，及時掌握學生對授課內容的掌握、授課方式的接受情況；另外，可通過畢業生回訪，了解在工作崗位對化學反應工程知識的需求及工程技術人員知識構成。

5 總結

化學反應工程做為化學工程與工藝專業一門核心課程，是理論與實踐結合非常緊密的，是學習后續專業課程的基礎，受到了廣泛的重視。在當前突出應用型、實踐型的教育模式下，需要廣大的一線教師及時調整教學方法，按照崗位需求進行組織教學，讓學生不僅學習到理論基礎，更要培養其良好的工程意識及素養。