基于提高學生綜合工程素養(yǎng)的化工原理課程建設(shè)

張海鵬 李軍 肖家治

摘? 要：化工原理是化工與制藥類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。為適應(yīng)工程人才培養(yǎng)的新需要，化工原理課程組設(shè)計了“理論、實驗、實踐”三位一體的課程體系，探索了以“綜合工程案例為主導(dǎo)，線上線下相結(jié)合”的教學模式，以期通過多種手段切實提高學生的綜合工程素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化工原理;工程教育;課程建設(shè)

中圖分類號：G640? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）39-0064-03

自從《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》頒布實施以來，國家對于工程人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，特別是在本科生工程素養(yǎng)培養(yǎng)方面，要求提升學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和國際競爭力。在這樣的背景下，國家先后啟動了卓越工程師計劃（2010年）和新工科建設(shè)（2017年）[1]，為工程人才的培養(yǎng)指明了方向。

為適應(yīng)人才培養(yǎng)形勢的需要，與工程能力培養(yǎng)有關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的改革勢在必行。作為化工與制藥類專業(yè)培養(yǎng)人才重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[2]，化工原理課程必須突破傳統(tǒng)的教學模式，以強化學生的工程素養(yǎng)為核心[3]，以現(xiàn)代化教學手段為依托，重新打造適應(yīng)人才培養(yǎng)新形式的課程體系。

一、課程特點

化工原理是化工與制藥類專業(yè)學生的專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)核心課[4]，承擔著引領(lǐng)學生從基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的重要任務(wù)。化工原理課程的主要內(nèi)容是研究化工生產(chǎn)過程中單元操作過程的基本原理與計算以及主要單元設(shè)備的工作原理、設(shè)計及操作。對于理工科學生的綜合工程素質(zhì)培養(yǎng)起著重要作用[5]。

（一）理論性強，對學生的數(shù)理基礎(chǔ)要求高

化工原理研究的主要是化工生產(chǎn)過程中最基本的生產(chǎn)單元——單元操作。研究過程中需要學生熟練掌握高等數(shù)學、大學物理、物理化學等基礎(chǔ)知識并加以綜合運用。對學生的數(shù)理基礎(chǔ)要求較高。

（二）與實際生產(chǎn)結(jié)合緊密，具有很高的實用性

化工原理所研究的單元操作都來自實際生產(chǎn)，經(jīng)不斷地完善總結(jié)后形成理論。所有的化工生產(chǎn)過程都是由不同的反應(yīng)過程與單元操作過程組合而來，因此，單元操作的研究對于實際生產(chǎn)有很強的指導(dǎo)意義，課程也具有很高的實用性。

（三）解決問題的手段多樣，靈活性高，對知識的綜合運用能力要求高

由于實際生產(chǎn)的復(fù)雜性，生產(chǎn)中所遇到的問題往往有多種解決方法。這些復(fù)雜工程問題通常僅靠一種手段很難完全解決，因此需要綜合運用所學知識，通過理論分析、實驗驗證、軟件輔助等多種手段才能得到滿意的結(jié)果

由于課程具有以上特點，因而傳統(tǒng)的、僅僅依靠課堂理論授課的方式很難滿足對學生綜合工程能力和工程素養(yǎng)培養(yǎng)的目標和要求。這就需要課程建設(shè)不能只停留于課堂的理論教學，還要全方位、多手段的采取措施，使之更好地服務(wù)于教學內(nèi)容和教學目標。

二、課程體系建設(shè)

為滿足對學生綜合工程能力和素質(zhì)培養(yǎng)的要求，經(jīng)多年實踐，化工原理形成了以理論課程為核心，“理論、實驗、實踐”三位一體的課程體系。除理論教學外，課程體系中還包括化工原理實驗課、認識實習和課程設(shè)計三門實踐課程，使課程在工程能力培養(yǎng)方面得到了強化。

（一）認識實習

認識實習是化工原理理論課程進行之前的先修課程，主要內(nèi)容是對化工生產(chǎn)的常見流程以及單元設(shè)備進行講解和參觀，使學生初步了解化工生產(chǎn)的特點以及單元設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)和操作，并通過現(xiàn)場參觀的形式獲得感性認識，為后續(xù)化工原理理論學習打下基礎(chǔ)。認識實習是學生與生產(chǎn)實際的第一次接觸，也是工程素質(zhì)培養(yǎng)的第一個步驟。

（二）化工原理實驗

化工原理實驗與化工原理課程同時進行，分兩個學期。化工原理實驗內(nèi)容與理論課程內(nèi)容緊密結(jié)合，分為綜合性實驗和驗證性實驗。驗證性實驗的主要目的是使學生通過實驗對課堂理論加以驗證，增強對課堂內(nèi)容的理解。綜合性實驗的目的是提高學生對于課堂知識在實際中的運用能力以及實驗設(shè)計和操作能力，在綜合工程素質(zhì)的培養(yǎng)中居于重要地位。

（三）課程設(shè)計

化工原理課程設(shè)計是在化工原理課程結(jié)束后開設(shè)的綜合實踐類課程。主要內(nèi)容是進行板式精餾塔的設(shè)計，包括精餾塔的工藝計算、塔板設(shè)計與水力學校核、塔頂冷凝器的設(shè)計與選型、設(shè)備條件圖和浮閥排列圖的繪制。主要目的是使學生將理論知識應(yīng)用于工程設(shè)計，提高學生的知識綜合運用能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。課程設(shè)計除了應(yīng)用化工原理的基本理論之外，還要求學生具有一定的工程制圖基礎(chǔ)、了解工程設(shè)計規(guī)范以及利用現(xiàn)代工程軟件解決問題的能力，通過綜合訓練使學生在實際應(yīng)用中提高工程素養(yǎng)。

（四）“理論—實驗—實踐”三位一體的課程體系

在實際教學過程中，學生暴露出來的一個較大的問題是“重理論，輕實踐”，對實驗和實踐課程不重視，人為割裂了課程體系中各門課程之間的聯(lián)系。

為解決這一弊端，課程組設(shè)計了“理論—實驗—實踐”三位一體的課程體系，使各門課程之間環(huán)環(huán)相扣，形成一個整體，在一定程度上提高了學生對實驗和實踐環(huán)節(jié)的重視，取得了一定效果。

在認識實習開始時，就將認識實習與化工原理的關(guān)系告訴學生，簡單介紹化工原理課程的基本內(nèi)容與課程性質(zhì)，提高學生的重視程度。

對于化工原理實驗，則充分利用學科競賽對學生的刺激作用[6]，鼓勵學生參加“全國大學生化工實驗大賽”和“山東省大學生實驗技能大賽”等賽事，從側(cè)面促使學生重視實驗。

課程設(shè)計是整個課程體系中的最后一環(huán)，需要學生綜合運用化工原理的知識解決問題，對學生的綜合能力要求較高。在進行化工原理理論教學時，就將工程設(shè)計規(guī)范的概念傳授給學生，使學生對工程設(shè)計形成初步認識。了解到工程設(shè)計的復(fù)雜性和所需知識的多樣性，也能促使學生努力學習理論知識。

通過這樣三位一體的課程體系設(shè)計，課程體系中所有的內(nèi)容都有一定程度的交叉，不再是單獨一門課程的學習，而是整體、系列地學習，大大提高了學生學習的整體性，對學生的綜合工程素質(zhì)的養(yǎng)成提供了有利的支撐。

三、課程內(nèi)容及教學方法建設(shè)

化工原理課程內(nèi)容多、學時長，涉及的數(shù)理知識及方法多。傳統(tǒng)的課堂教學模式的弊端是學生無法通過課堂學習獲取更多的工程實踐知識。由于課程理論性強，學習難度較大，造成學生學習興趣下降，課堂氣氛也比較沉悶。為了改變這一狀況，切實提高學生的學習效果和綜合工程素養(yǎng)，課程組對課程內(nèi)容進行了重新規(guī)劃并改進了教學手段，取得了一定成效。

（一）重新規(guī)劃課程內(nèi)容，明確知識點，加強課程前后內(nèi)容的聯(lián)系

為使課程重點突出，便于學生主動學習，課程組重新規(guī)劃原先以章節(jié)劃分的課程內(nèi)容，劃分為157個知識點，以知識點為核心重構(gòu)教學內(nèi)容。這樣一方面使學生能夠很快地抓住重點，與以章節(jié)為單位組織教學相比，知識點的范圍更小，學生學習時間縮短，學生更容易集中精力進行學習，提高學習效果。另一方面，通過不同知識點的組合，可對有不同要求的專業(yè)采用同一套知識體系進行教學。對于短學時的專業(yè)，只要將所需的知識點提出并教授給學生即可，無須重新組織教學內(nèi)容，從而減輕教師的備課壓力，提高教學質(zhì)量和學生的能力。

（二）采用綜合工程案例為主導(dǎo)，強化學生的工程意識和工程素養(yǎng)

案例教學一直是化工原理教學中提高學生工程意識的重要手段之一，但以往的案例通常僅局限于某個知識點或者某個單元操作，學生在學習過程中難以把握工程問題的實質(zhì)和精髓，對問題的分析也不夠深入。為進一步提高學生的工程素養(yǎng)，增強學生分析和解決問題的能力，課程組設(shè)計了綜合工程案例，通過對實際問題的分析，提高學生對復(fù)雜工程問題的認識，提高他們綜合運用知識、解決問題的能力。

（三）擴展教學資源，創(chuàng)新教學手段

教學資源是教學工作的基礎(chǔ)，資源建設(shè)一直是課程建設(shè)的重要組成部分。為促進學生工程素養(yǎng)的提高，課程組在資源建設(shè)方面做了大量工作。首先，組織教師編寫了《化工原理案例庫》，收集整理了幾十個工程案例，通過對案例的詳實分析和細致研究，將其中包含的工程問題進行分解，使學生在案例的學習中鞏固基礎(chǔ)知識，提高他們分析問題和解決問題的能力，強化其工程意識和工程思維能力。其次，上線了化工原理慕課。化工原理慕課的上線運行，大大豐富了課程的教學資源，為新的教學手段的實施打下了良好的基礎(chǔ)。最后，編寫配套習題集，給學生提供課外練習的資源。習題中除了大量考研題外，還選擇了部分工程案例進行操作型問題分析，增強學生對實際問題進行分析處理的能力，強化其工程思維和科學思維能力。

有了豐富的教學資源做基礎(chǔ)，就可以在傳統(tǒng)教學方法上進行大膽創(chuàng)新，采用新的教學手段提高學生的各方面能力。在化工原理的教學中，課程組進行了問題導(dǎo)向的線上線下混合式教學模式的探索。具體實施方案是在每一章課前提出本章需要解決的一個工程問題，引導(dǎo)學生利用慕課等線上資源進行自主學習，教師進行線上答疑與指導(dǎo)。線下授課階段分為兩種模式。其一是教師要求學生根據(jù)線上學習的結(jié)果對某一知識點進行講解，并接受來自其他學生和老師的質(zhì)疑;其二是教師對重點問題進行適當講解并回答學生提出的問題。還可以采取分組作業(yè)、課外綜合大作業(yè)等形式促使學生查閱資料，完成任務(wù)，提高學生主動獲取知識的能力，并拓展其視野，加深其對工程問題的認識。

化工原理的資源建設(shè)及線上線下混合式教學的總體設(shè)計如圖1。

四、結(jié)語

提高本科生的工程素養(yǎng)是工程教育的核心問題之一，關(guān)系到國家各項重大工程項目建設(shè)的后備人才培養(yǎng)和國家未來發(fā)展的人才規(guī)劃，應(yīng)當引起人才培養(yǎng)部門的足夠重視。文章以這一出發(fā)點為基礎(chǔ)，對作為本科生從基礎(chǔ)走向?qū)I(yè)重要橋梁和紐帶的化工原理課程從課程體系、課程資源以及教學手段等方面進行了重新規(guī)劃。通過“理論-實驗-實踐”三位一體的課程體系設(shè)計，“知識點劃分與整合”的教學內(nèi)容重組，“綜合工程案例為主導(dǎo)，線上線下結(jié)合”的教學模式改革，充分調(diào)動學生的學習積極性，提高其工程能力與工程素養(yǎng)，為綜合型人才的培養(yǎng)模式提供了積極的探索和有益的借鑒。

參考文獻：

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[4] 王筠，毛中旭，趙輝. 工程教育專業(yè)認證背景下化工原理課程的教學改革與實踐[J]. 天津化工，2020（34）：90-91.

[5] 陶彩虹，張玉潔，盛麗，等. 改革考核方式，激發(fā)學習興趣——化工原理教學方法探索[J]. 化工高等教育，2020（02）：137-140.

[6] 湯雁婷，馬新起，郭泉輝. 全國大學生化工實驗大賽對化工專業(yè)人才培養(yǎng)的啟發(fā)[J]. 河南化工，2019（36）：63-64.

（責任編輯：汪旦旦）