新工科背景下分離工程課程建設的改革探索

＊邢波 楊郭 杜懷明 劉興勇 周強 劉小楠

（四川輕化工大學化學工程學院 四川 643000）

分離工程作為化學工程學科的重要組成部分，是一門來源于化工實際生產，并在實際生產過程中不斷發展延伸，最終形成一門相對成熟的學科，是化工相關專業學生所必須學習的一門專業核心課程[1-2]。該課程是研究化工過程及其它工業過程中物質分離與純化方法的一門技術科學，是研究分離過程和分離設備共性規律的學科，應用性極強，為石化工業、無機和有機化學工業、石油加工、資源和能源工業、材料工業、聚合物加工、生化工業、制藥工業、環境保護、核工業等許多國民經濟重要工業領域的成長和技術進步做出了極其重要的貢獻[3]。

此外，當前世界面臨百年未有之大變局，產業在變、行業在變、技術在變，高等教育必須求變以應對新一輪科技革命與產業變革、應對我國新經濟發展和應對未來戰略競爭，培養當今和未來社會和經濟所需要的能力[4]。在此背景下，教育部至2017年2月以來積極推進新工科建設，提出高等教育發展新理念、新質量、新體系、新模式和新結構，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設[5-7]。

因此，面對時代挑戰，分離工程課程建設改革需要以新工科建設為指引，更新理念、創新教學方法、優化評價標準、緊跟時代科技前沿，提升課程高階性、突出課程創新性、增加課程挑戰度，切實提高課程質量，促進學生知識、能力、素質有機融合，培養解決復雜工程問題的綜合能力和高級思維[8-9]。此外，四川輕化工大學（以下簡稱“我校”）作為四川省化工類本科人才培養基地和西南化工類人才的重要來源之一，已在化學工程與工藝專業建設方面取得長足發展，并成為西南地區省屬高校中首個通過國家工程教育專業認證的化工專業。為此，我校分離工程課程團隊以國家工程教育專業認證為契機，在課程思政、教材建設、教學理念、教學方法、教學評價以及課程目標等方面進行了不斷的改革探索，為培養德智體美勞全面發展、社會適應性強、基礎扎實、具有創新精神和實踐能力的高素質應用型人才提供重要支撐。

1.以立德樹人為引領，深化課程思政建設

分離技術是解決環保問題、能源問題、安全問題等國家重大需求的工程技術，人類生活水平進一步提高有賴于新的分離技術，是衡量一個國家綜合國力的重要標志，在整個工業生產過程中占據極其重要的地位[9]。因此，深化推進 《分離工程》課程思政建設，對我國培養具有家國情懷、責任感、使命感、民族自豪感的分離技術人才尤為重要。為此，我校分離工程課程教學團隊在教學過程中會深度挖掘課程所蘊藏的豐富德育資源來推行課程思政，專門收集了一些我國典型分離過程發展背后的先進人物和事跡進行講解，讓學生能夠認識到我國分離技術的發展艱辛、取得成就、存在的巨大挑戰與機遇，強化學生科學精神和創新意識[6]。比如，在講解萃取分離技術的串級萃取理論時，會向同學們介紹我國徐光憲院士在建立新串級萃取理論、引導稀土分離技術全面革新和促進我國從稀土資源大國向高純稀土生產大國飛躍等方面所作出的杰出貢獻，讓同學們知道我國老一輩科學家在推動我國分離技術進步方面所作出的艱苦努力，增強同學們的家國情懷和文化自信。另外，在講解CO2吸收過程時，會給同學們衍生出對應的溫室效應以及全球氣候變化問題，給同學們灌輸要解決好溫室效應和全球氣候變化不僅需要技術的創新，更需要踐行更加綠色、循環、低碳的發展理念，注重學生工程倫理意識培養。在講解多組分精餾時，將向同學們介紹中國科學院院士、著名化工專家、天津大學教授余國琮在化工精餾領域所開展的創新性工作，重點介紹其所提出的不穩態蒸餾理論和濃縮重水的“兩塔法”，為新中國核技術起步和“兩彈一星”突破作出了重要貢獻。同時，余國琮教授開展了大量大型工業精餾塔新技術研究，奠定了現代精餾技術的理論基礎，形成了“具有新型塔內件的高效填料塔技術”，完全打破了國外技術的壟斷，有力促進了我國石化工業跨越式發展。通過化工分離過程領域典型案例的介紹，讓學生能夠樹立牢固的科學素養和家國情懷。

2.以課程目標為指引，完善課程教材體系

雖然我校分離工程課程推薦使用教材為葉慶國主編的《分離工程》，但是由于不同教材在教學內容安排、講解難易程度、工程實踐案例安排上都有不同，為讓學生更容易理解分離工程有關的分離技術和基本理論，我校分離工程課程教學團隊在教學過程中會綜合分析國內外《分離工程》相關的經典教材，包括《Separation Process Principles》（Seader,J.D.and Henley,E.J.,Chemical Industry Press）、《化工分離工程》（鄧修、吳俊生主編，科學出版社）、《化工分離過程》（劉家祺、陳洪鈁主編，化學工業出版社）、《石油化工分離工程》（張一同、徐心茹主編，華東理工大學出版社）、《分離工程》（葉慶國主編，化學工業出版社）等教材，分析教材章節內容與課程目標的關系，在不同的教學環節還選用不同的輔助教學參考書，旨在更新課程內容、注重工程實踐和完善整個教材體系。

比如，在講解設計變量計算時，將采用《化工分離過程》（劉家祺、陳洪鈁主編，化學工業出版社）中所涉及的例題進行講解，該教材對可調設計變量、固定設計變量的概念描述更為直接易懂，所涉及的例題計算分析也更為具體詳細，同學們理解起來吸收起來更為容易。在講解活度系數法計算相平衡常數時，將采用《化工分離工程》（鄧修、吳俊生主編，科學出版社）教材中內容進行講解，該教材詳細分析了基準態逸度計算、活度系數計算、普瓦廷因子等，尤其是對于基準態逸度的確定比推薦教材講解更深入，教學內容編排邏輯也更為清晰。在講解多組分精餾的簡捷計算時，將采用《化工分離過程》（劉家祺、陳洪鈁主編，化學工業出版社）教材中所涉及的例題進行講解。該教材的例題按照層層遞進的思路，將整個FUG法講解得清晰明了，并且還涉及具體的簡捷計算的流程框圖，更容易讓學生理解掌握。在進行吸收單元操作的工程案例講解時，將采用推薦教材進行講解，推薦教材所講例題來源于實際生產，情境性更強，且整個計算推導過程詳細、原理清晰，有利于基礎相對薄弱的普通本科院校學生進行學習理解。

3.把握新工科建設內涵，創新教學理念、課程內容、教學形式和教學評價

新工科建設對課程建設提出更高要求，課程建設需立足當下、瞄準未來、主動變革，創新課程教學理念、課程內容、教學形式和教學評價。為此，我校分離工程課程教學團隊在教學過程中作出了如下改革探索：

（1）在課程教學理念方面，我校化學工程與工藝專業早在2014年就成為西南地區省屬高校中首個通過國家工程教育專業認證的化工專業，并在2017年再次通過了CEEAA組織的專業認證。因此，教學團隊老師時刻以“學生中心（SC）、成果導向（OBE）、持續改進（CI）”的國際工程教育理念武裝大腦，將“考”生變成“學”生，將“教”師變成“導”師，學生在課程學習中要處于中心地位[10]。經過近五年教學團隊的不斷建設完善，目前學校《分離工程》課程已經按照工程教育專業認證要求完成教學大綱修訂、教學內容更新、課堂教學創新、試卷分析、課程目標達成度分析、存在問題及持續改進分析等教學管理工作。同時，教學團隊已經形成良好的“傳幫帶”機制，對于新加入教師也會通過助教、專題培訓、共同研討、試講、指導教學競賽等方式，增強其對國際工程教育理念和新工科理念的認識，提升其各方面教學能力，讓其更快融入《分離工程》的課程教學。

（2）在教學內容上，會強化緒論課程的統領作用，將從整個化工專業知識體系出發，讓學生知道《分離工程》這門課在專業知識體系中的重要位置，以及該課程與其他課程間的相互關系如何，讓學生的知識學習更加立體、更加明了。同時，在緒論中還將對整本教材的編制邏輯線條進行講解，讓同學們清楚每一章在《分離工程》知識體系的作用，有助于學生構建整個知識網絡體系。此外，不再局限在傳統分離過程的講解過程中，會在教學過程中將我校團隊科研成果與教學相結合，通過專題的形式向學生講解一些新的分離工藝、設備和方法，比如分子篩膜技術、超臨界萃取技術、反滲透膜技術、反應精餾、靶向捕獲技術等；同時還將添加模擬計算方面知識介紹，以乙醇和水的精餾分離過程為例，重點介紹常見化工模擬軟件（如Aspen、PROII等）的使用，讓學生更為直觀的了解化工模擬軟件的功能與作用，讓學生熟悉針對不同分離物系的物性方法選擇，通過結合課程所學的物性方法，加強學生對物性方法的認識；讓學生認識在化工模擬中，單元操作模塊的選擇、建立以及相對應參數設置過程，并通過模擬操作可以獲得哪些信息，讓學生真正認識到課本中所學的化工專業知識在過程模擬中是有用的，也讓學生樹立采用化工模擬技術手段解決實際問題的意識，增強學生使用化工模擬軟件的能力。

（3）在教學方式方法上，會借鑒國內華東理工大學、大連理工大學、吉林化工學院等高校做法，引進舉例教學和案例教學，改變“滿堂灌”的教學模式，提倡“啟發式”和“引導式”教學，讓學生多思考、多練習，能夠充分體會化工過程工業及其他過程工業特點，并領會所學各知識點的實際用途，能夠了解生產問題的提出、分析、解決，有助于提高學生分析工程問題和系統解決問題的能力。比如，會將萊帕克公司設計開發的乙酸乙酯過程裝備基礎拓展系統引入課堂，通過動畫的方式給同學們介紹乙酸乙酯生產整個流程，進而介紹整個裝置所涉及到的萃取、填料塔精餾、板式塔精餾等分離過程，并組織學生現場參觀，加深整個課程的學習效果；也會將學院實驗中心的膜分離實驗模塊引入到課堂中，通過動畫演示的方式給每位學生介紹整個膜分離模塊的具體組成，重點介紹每一個組成單元的具體原理、分離目的、分離效果以及在工業中的具體應用，加強學生對新型膜分離手段的直觀認識，增強學生對于新型分離手段的學習興趣。此外，教學團隊中每位老師每年都會根據自己的研究方向或結合最新的研究成果設計和開發新的教學案例，一方面不僅可以豐富教學案例庫和教學資源，另一方面還可以使學生了解到更多分離工程領域的最新知識，激發學生對新知識學習的興趣。

圖1 乙酸乙酯過程裝備基礎拓展系統

另一方面，還將組織學生開展課模大賽和課外文獻閱讀，通過分組PPT匯報的方式，介紹《分離工程》課程中某一知識點或者某一種分離手段，最后按照得分設置獎項。通過分析我校學生課模大賽作品可以清晰地知道學生對于分離工程知識點的理解掌握程度，從而有針對性地進行持續改進。同時，還通過課模大賽的方式，加強本校學生與其他化工院校學生的聯系與交流，積極組織學生參加全國性質的課模設計大賽，展示本校學生對于分離工程課程學習效果，在比賽中促進學生學習效果的提升和綜合素質的培養。此外，在課程教學過程中，引入思維導圖的方式讓學生把每章知識點進行串聯，形成立體性，學生普遍反映把書本講薄了，理解也更加深刻。

（4）在教學評價上，除了平時考勤、課后作業和期末考試之外，還引入了案例教學大作業、隨堂提問、課外文獻學習和課模大賽，綜合考察學生學習效果。這種考核方式有利于學生采用更加多元化方式進行分離工程課程學習，豐富的學習渠道可以充分調動學生學習積極性，有助于培養學生對于分離技術的學習興趣。

4.結束語

正如陳寶生部長所講，除了創新，高等教育別無選擇，無路可走；除了革命，高等教育別無選擇，無路可走。作為一門化工類專業學生必須掌握的核心課程，我們教學團隊已從課程思政、教材建設、教學理念、授課內容、方式和考評模式等方面作出一些具體的課程改革探索，也切實提升了我校分離工程課程建設質量，對化工類學生專業知識體系的構建具有重要意義。在未來的教學過程中，我們教學團隊將持續不斷學習借鑒其他高校的課程教學創新設計，不斷探索思考如何更好傳授分離工程，實現專業知識傳授與育人目標的統一。