地方高校“化工原理”課程的教學(xué)改革探究

李志洲，劉軍海，王偉，邵先釗，鄭楠，王俊宏

（陜西理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中723000）

工程教育認(rèn)證二十世紀(jì)30年代起源并發(fā)展于美國(guó)，是目前國(guó)際通行的高等工程教育質(zhì)量保障制度，其中心教育理念主要涉及三個(gè)層面：①以學(xué)生為中心；②以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向；③堅(jiān)持持續(xù)改進(jìn)。我國(guó)自2016年正式加入《華盛頓協(xié)議》以來(lái)，截至2019年已有數(shù)百所高校的近1 000余個(gè)專業(yè)提出專業(yè)認(rèn)證申請(qǐng)并通過(guò)認(rèn)證；在教育部雙一流建設(shè)的背景下，工程教育認(rèn)證不僅提高了我國(guó)工程教育質(zhì)量，推動(dòng)工程教育改革進(jìn)程，使我國(guó)適應(yīng)并與國(guó)際工程教育接軌，成為我國(guó)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型培養(yǎng)優(yōu)秀的工程技術(shù)人才和有力推動(dòng)新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展中新工科改革與建設(shè)的有力舉措，更是打造我國(guó)高等教育“質(zhì)量中國(guó)”品牌的重要途徑。

“化工原理”是化工學(xué)科體系中的核心課程，是一門(mén)從自然學(xué)科過(guò)渡到工程學(xué)科的課程，是化工及其他化學(xué)加工過(guò)程類專業(yè)的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課；該課程以“三傳”理論與工程方法論為主線，研究化工生產(chǎn)中典型的物理單元操作過(guò)程的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論及其過(guò)程分析與計(jì)算，其計(jì)算與分析基礎(chǔ)是物料衡算、熱量衡算、過(guò)程速率、過(guò)程強(qiáng)化與經(jīng)濟(jì)性分析；課程承擔(dān)著工程科學(xué)與工程技術(shù)的雙重教育功能，在培養(yǎng)學(xué)生綜合技能素質(zhì)、工程能力和創(chuàng)新意識(shí)方面發(fā)揮著不可替代的作用，對(duì)培養(yǎng)以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下的應(yīng)用型化工技術(shù)人才具有重要的意義。

對(duì)多數(shù)化工及其相近專業(yè)而言，課程體系包括理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等多重教學(xué)環(huán)節(jié)，其中“化工原理”課程理論教學(xué)既是課程體系的核心，更是高級(jí)應(yīng)用型化工人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)；為此對(duì)理論課程進(jìn)行改革，不僅滿足工程認(rèn)證的要求，更能培養(yǎng)符合國(guó)際要求、市場(chǎng)需求的高級(jí)應(yīng)用型人才。

本文針對(duì)地方高校“化工原理”理論教學(xué)現(xiàn)狀，主要從理論課程教學(xué)目標(biāo)的確定、教學(xué)方法改革和教學(xué)過(guò)程監(jiān)控三個(gè)方面進(jìn)行探究，取得一定成效。

1 地方高校“化工原理”課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前，地方高校的“化工原理”課程教學(xué)主要存在以下問(wèn)題：①教師資源有限。筆者曾對(duì)陜西省內(nèi)設(shè)有化學(xué)工程與工藝及其相近工科專業(yè)的多個(gè)地方學(xué)校進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)專業(yè)師資較為匱乏，教師中每人承擔(dān)2門(mén)甚至更多課程的教學(xué)任務(wù)，課程組助教、主講教師梯隊(duì)無(wú)法建設(shè)，更談不上競(jìng)爭(zhēng)授課；②以學(xué)生為中心、因人施教方式難以開(kāi)展，主要表現(xiàn)為：其一，課程教學(xué)大綱修訂中大多以重點(diǎn)高校的大綱為藍(lán)本，對(duì)受教者的學(xué)習(xí)狀況、學(xué)習(xí)能力了解不徹底，課時(shí)設(shè)置偏少；其二，授課教師對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容體系理解不夠完善，教學(xué)方法、方式過(guò)于單一；其三，課程反饋不真實(shí)，考核體系有待提高、完善；③學(xué)生自身因素。筆者曾做過(guò)統(tǒng)計(jì)，地方高校化工專業(yè)錄取學(xué)生中有80%以上高考理綜和數(shù)學(xué)成績(jī)處于中等偏下，學(xué)生的理科基礎(chǔ)相對(duì)薄弱；學(xué)生入校后自主學(xué)習(xí)意識(shí)淡薄，多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，難以制定符合自身特點(diǎn)的學(xué)業(yè)規(guī)劃，缺乏良好的自我管理、自我約束能力；④師生溝通不暢，學(xué)生的依賴性強(qiáng)；課堂學(xué)習(xí)紀(jì)律懶散，態(tài)度不端正；學(xué)生工程意識(shí)、安全意識(shí)缺乏，創(chuàng)新能力不足。這些問(wèn)題的存在導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解較模糊，理論綜合運(yùn)用能力、創(chuàng)新能力等較差，無(wú)法滿足當(dāng)前工程認(rèn)證的要求。

2 “化工原理”理論教學(xué)改革

2.1 OBE理念下“化工原理”課程目標(biāo)的確定

成果導(dǎo)向教育（outcome-based education，OBE）是一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的教育理念，其核心在于學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，保證學(xué)生具備工作后所需要的知識(shí)、能力和素質(zhì)。

“化工原理”是化工及相近專業(yè)學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中從理向工的轉(zhuǎn)化課程，是化學(xué)工程最重要的基礎(chǔ)課程。課程兼有化學(xué)工程與技術(shù)的雙重屬性，它既是學(xué)生學(xué)習(xí)和研究化學(xué)工程科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，更是依托化工單元設(shè)備培養(yǎng)學(xué)生利用工程理論進(jìn)行單元設(shè)備設(shè)計(jì)和解決化工單元設(shè)備過(guò)程問(wèn)題的重要課程，技術(shù)特色顯著；工科專業(yè)的培養(yǎng)方案中畢業(yè)要求是響應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的必要條件，而課程目標(biāo)又是支持專業(yè)培養(yǎng)畢業(yè)要求的充分條件；對(duì)照化學(xué)工程與工藝專業(yè)工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的基本培養(yǎng)要求，OBE理念以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，注重以學(xué)生為本和教學(xué)效果與課程目標(biāo)的達(dá)成度。我們?cè)贠BE理念下針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行課程目標(biāo)的分析與確定。

如何合理制定課程目標(biāo)？首先應(yīng)明確課程在化工專業(yè)教育中的地位、課時(shí)要求、內(nèi)容設(shè)置等，確定課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)目標(biāo)；其次根據(jù)授課對(duì)象的學(xué)習(xí)能力、教學(xué)資源等確定課程學(xué)習(xí)的提升目標(biāo)；再次應(yīng)以專業(yè)培養(yǎng)課程體系設(shè)置綜合性、系統(tǒng)性分析并明確各課程、實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)畢業(yè)要求的必須支撐，進(jìn)而明確畢業(yè)要求與“化工原理”課程教學(xué)達(dá)成目標(biāo)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，再確定課程目標(biāo)。“化工原理”課程以“三傳”理論與工程方法論為主線，以化工生產(chǎn)中典型的物理單元操作過(guò)程的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論及其過(guò)程分析與計(jì)算、過(guò)程強(qiáng)化及其簡(jiǎn)易的經(jīng)濟(jì)性分析為知識(shí)要點(diǎn)，為此針對(duì)化工專業(yè)學(xué)生制定如下課程目標(biāo)，其中目標(biāo)1、2、3為基礎(chǔ)目標(biāo)，4、5為提升目標(biāo)。

目標(biāo)1：了解化工生產(chǎn)工藝中以“動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞”（即“三傳”）為基礎(chǔ)基本規(guī)律的內(nèi)涵；掌握以“動(dòng)量傳遞”為基礎(chǔ)的流體流動(dòng)與輸送、流體通過(guò)顆粒層流動(dòng)、顆粒沉降與流態(tài)化單元操作的基本原理和變化規(guī)律，正確理解其操作方法，熟悉其構(gòu)造、性能和操作原理，具有正確查閱和使用常見(jiàn)工程計(jì)算圖表、手冊(cè)和資料，具備對(duì)化工單元操作進(jìn)行選型及工程設(shè)計(jì)的能力。

目標(biāo)2：掌握以“熱量傳遞”為基礎(chǔ)的傳熱和蒸發(fā)操作的基本原理和變化規(guī)律，正確理解其操作方法，熟悉其構(gòu)造、性能和操作原理，具有正確查閱和使用常見(jiàn)工程計(jì)算圖表、手冊(cè)和資料，具備對(duì)傳熱與蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行選型及工程設(shè)計(jì)的能力。

目標(biāo)3：掌握以“質(zhì)量傳遞”為基礎(chǔ)的氣體吸收、液體精餾、液液萃取和固體干燥的基本原理和變化規(guī)律，掌握典型化工傳質(zhì)設(shè)備的構(gòu)造、性能和操作原理，具有正確查閱和使用常見(jiàn)工程計(jì)算圖表、手冊(cè)和資料，具備對(duì)傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行設(shè)備選型及工程設(shè)計(jì)的能力。

目標(biāo)4：理解并熟悉化學(xué)工程研究中的方法論，能從過(guò)程的基本原理出發(fā)，觀察、分析、綜合、歸納眾多影響生產(chǎn)的因素，初步具備解決化工生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力。

目標(biāo)5：正確理解各單元操作的基本原理，初步具備對(duì)化工單元進(jìn)行選擇適宜操作條件、尋求強(qiáng)化過(guò)程途徑和提高設(shè)備效能的能力；理解化工單元設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)，初步具備單元設(shè)計(jì)的優(yōu)化能力。

課程目標(biāo)與其對(duì)化工專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)畢業(yè)要求的支撐點(diǎn)及其強(qiáng)度如表1所示。

表1 課程目標(biāo)對(duì)培養(yǎng)計(jì)劃的支撐點(diǎn)匯總表

2.2 項(xiàng)目式教學(xué)法在課程教學(xué)改革中的探究

項(xiàng)目教學(xué)法（Project Method）是以項(xiàng)目為中心的一種課堂學(xué)習(xí)模式，其特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，是師生共同完成項(xiàng)目、共同進(jìn)步的教學(xué)方法；即通過(guò)與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的任務(wù)為載體，學(xué)習(xí)者在完成項(xiàng)目的過(guò)程中充分得到鍛煉并獲得知識(shí)與技能。

“化工原理”中流體流動(dòng)規(guī)律是影響化學(xué)工程“三傳”規(guī)律的最基本、最重要的單元操作。筆者以“化工原理”第一章“流體流動(dòng)”為例，在課程目標(biāo)引導(dǎo)下，進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)法教學(xué)探究，教學(xué)中所引用的項(xiàng)目如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)任務(wù)流體流動(dòng)示意圖

這是某個(gè)反應(yīng)前混合裝置的反應(yīng)流體流動(dòng)示意圖，要求將反應(yīng)物60%的乙醇溶液在一定時(shí)間內(nèi)由高位槽導(dǎo)入常壓混合罐。項(xiàng)目要求：在10 min內(nèi)將反應(yīng)物引入混合罐的量為1 500 m，問(wèn)高位槽與流體流動(dòng)管路出口截面間的垂直距離為多少方能滿足要求？

2.2.1 項(xiàng)目分析

設(shè)計(jì)項(xiàng)目的編寫(xiě)既要突出工程實(shí)用性、代表性，更應(yīng)根據(jù)課程目標(biāo)要求，系統(tǒng)分析學(xué)生在章節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)后須掌握的知識(shí)、具備的能力及達(dá)到的素養(yǎng)，即課程學(xué)習(xí)的產(chǎn)出導(dǎo)向，完成項(xiàng)目任務(wù)的編寫(xiě)。結(jié)合圖1的項(xiàng)目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生明白完成設(shè)計(jì)任務(wù)需掌握如下核心知識(shí)及技能要素：①流體流動(dòng)管路結(jié)構(gòu)；②流體性質(zhì)；③流體流動(dòng)內(nèi)在規(guī)律；④管道直徑與流速選擇。

在完成項(xiàng)目所要求的基本知識(shí)、理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合本章的教學(xué)目標(biāo)，將知識(shí)構(gòu)架匯總?cè)绫?。

表2 流體流動(dòng)知識(shí)點(diǎn)匯總

章節(jié)知識(shí)構(gòu)架的匯總，有利于學(xué)生及時(shí)了解所學(xué)內(nèi)容的要素組成；同時(shí)使學(xué)生結(jié)合項(xiàng)目任務(wù)，對(duì)章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的重要性有更為深刻的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；最后，章節(jié)知識(shí)構(gòu)架匯總，為學(xué)生學(xué)完章節(jié)內(nèi)容后進(jìn)行基本知識(shí)、理論的梳理、總結(jié)奠定良好基礎(chǔ)。

2.2.2 課程教學(xué)過(guò)程的實(shí)施

以項(xiàng)目任務(wù)為核心、為抓手，以章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的邏輯順序設(shè)計(jì)教學(xué)計(jì)劃，進(jìn)行課程講解，逐層推進(jìn)，抽絲剝繭，不斷擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、知識(shí)面和理論應(yīng)用。對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，針對(duì)相關(guān)內(nèi)容組內(nèi)采取翻轉(zhuǎn)課堂、小論文、小組交叉自我命題測(cè)驗(yàn)等形式強(qiáng)化學(xué)生對(duì)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)、理論的理解、掌握、應(yīng)用。如講到流動(dòng)阻力，可通過(guò)減阻劑研究拓展學(xué)生的知識(shí)面；講到靜止流體動(dòng)力學(xué)，要求學(xué)生設(shè)計(jì)靜力學(xué)試驗(yàn)及其模型；講到管路分析，可直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置要求學(xué)生進(jìn)行分析對(duì)比等等。

2.2.3 單元知識(shí)總結(jié)

知識(shí)總結(jié)既是強(qiáng)化認(rèn)知的過(guò)程，更是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的有效方式。在課程章節(jié)知識(shí)學(xué)完后要求學(xué)生及時(shí)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納、總結(jié)；引導(dǎo)學(xué)生建立符合自身學(xué)習(xí)特點(diǎn)的總結(jié)方式，如采取知識(shí)結(jié)構(gòu)框架式的總結(jié)模式，或采取分段式總結(jié)模式（如流體流動(dòng)章節(jié)中的知識(shí)段落為流體基本知識(shí)、靜止流體動(dòng)力學(xué)、流動(dòng)流體動(dòng)力學(xué)、管路分析與設(shè)計(jì)），并體現(xiàn)章節(jié)內(nèi)容的核心知識(shí)點(diǎn)、次核心知識(shí)點(diǎn)、普通知識(shí)點(diǎn)等，充分體現(xiàn)個(gè)性發(fā)展；禁止學(xué)生按照章節(jié)內(nèi)容摘抄式的總結(jié)。

2.3 過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的考核模式

學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌控能否達(dá)到課程目標(biāo)要求，需要進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)將原來(lái)“平時(shí)考核+期末考核”的評(píng)價(jià)模式變?yōu)椤斑^(guò)程性評(píng)價(jià)+期末考核”的評(píng)價(jià)模式，其中“過(guò)程性評(píng)價(jià)”在總成績(jī)構(gòu)成中所占比例在40%～50%。過(guò)程性評(píng)價(jià)包括單元測(cè)試、單元總結(jié)與展示、平時(shí)作業(yè)、課堂討論等內(nèi)容；單元測(cè)試主要考查學(xué)生對(duì)章節(jié)基本知識(shí)點(diǎn)、基本理論的理解、掌握程度；單元總結(jié)與展示主要考查學(xué)生對(duì)章節(jié)知識(shí)的歸納、梳理情況以及針對(duì)章節(jié)核心知識(shí)、理論及其應(yīng)用的思考、知識(shí)的延展等；平時(shí)作業(yè)以課后習(xí)題、思考題為主，考查學(xué)生對(duì)基本知識(shí)與理論的應(yīng)用程度；課堂討論以章節(jié)項(xiàng)目任務(wù)為主，采取小組自我考評(píng)方式，每個(gè)小組可通過(guò)超星直播課堂、騰訊課堂、釘釘課堂、QQ直播等網(wǎng)絡(luò)媒體進(jìn)行組內(nèi)考核等等。總之，過(guò)程性評(píng)價(jià)始終貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，不僅對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、存在的問(wèn)題能及時(shí)了解，更有助于教師及時(shí)復(fù)習(xí)、強(qiáng)化相關(guān)知識(shí)，并據(jù)此在后期教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

“化工原理”課程內(nèi)容豐富，涉及的知識(shí)面廣，學(xué)生要熟練掌握具有一定的難度。基于工程認(rèn)證的要求，筆者以O(shè)BE模式進(jìn)行課程教學(xué)改革，以課程目標(biāo)為核心，以學(xué)生對(duì)工程知識(shí)的熟練掌控、工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練、工程素養(yǎng)的鍛造與提升為抓手，采取靈活多樣的教學(xué)改革與評(píng)價(jià)方式，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心，“授之以漁”的教育教學(xué)理念，并使之落地、落實(shí)，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生在實(shí)踐與反思中掌握扎實(shí)的知識(shí)、技能，提高學(xué)生分析、解決化工工程問(wèn)題的能力及素養(yǎng)，為培養(yǎng)應(yīng)用型高級(jí)化工技術(shù)人才奠定牢固基礎(chǔ)。