以化工設計競賽為契機的化工原理課程教學改革研究

王海龍，陳 勇，2，苗鵬杰，陳自嬌，張景梅

（1.新疆理工學院，新疆阿克蘇 843100；2.浙江海洋大學，浙江舟山 316022）

“化工原理”是學習化工和其他化學專業前的一門基礎課程，其中主要知識內容涉及到化工生產中“三傳一反”的精餾、過濾、傳熱、流體流動、吸收等“單元操作”的基本原理及設計計算應用。在課程教學上，化工原理具有很強的操作性和工程實踐性，不僅能夠培養學生工程創新思維，又能提高學生實驗實踐能力，在化工專業基礎課和專業課之間起到橋梁過渡 作用[1-2]。

化工設計競賽是起始于2007年由中國化工學會、中國化工教育協會發起的，是一種面向全國高校大學生的專業設計競賽。為滿足行業發展對化工工程技術人才能力的要求，化工設計競賽通過進行新產品技術、新工藝流程、新裝置研發設計，新生產過程運行操作等途徑，促進了大學生的創新思維能力、工程技術實踐能力和團隊協作精神的培養。競賽中涉及到化工生產單元操作、設備計算選型、熱量計算以及化工企業運行等內容均與化工原理課程息息相關[3-4]。可以說，化工原理課程對于提高學生化工設計能力具有明顯的促進作用，綜合培養學生化工單元操作能力和工程視野，為學生設計更加優秀的作品打下了專業基礎。

本文結合歷年全國大學生化工設計競賽活動情況和近幾年我校化工原理課程特點及實際教學存在的問題，從教學理念、教學方法、實踐能力培養等方面，探索分析和思考通過化工設計競賽對我校實施化工原理課程的教學改革[5]。

1 化工原理課程教學存在的問題

化工設計競賽涉及到產品新工藝、新設備的設計計算，此外還需要完成廠址選擇、儀表自動控制、車間及總廠設計布局、公用工程設計和經濟分析評價等內容。競賽對參賽學生化工知識綜合運用能力提升、團隊協作及創新拼搏意識增強、現代化工設計理念形成、工程實踐和創新能力培養等具有積極的促進作用。圍繞化工設計競賽任務和能力要求，結合參賽經驗以及我校化工原理課程的教學情況，深入剖析發現我校化工原理課程還存在一些實際的問題[6]，主要表現在以下幾個方面：

1）課堂上以傳統的教學模式為主，很難激發學生的學習主動性。在當下，大部分化工原理課堂上還采取多媒體教學，雖然從數據上顯示教學手段有所增加，但因課程內容都是單元操作基本原理、設計型和操作型計算，公式繁多所以十分復雜枯燥。教師為了完成自己的教學任務，仍以課堂講解的方式授課，卻忽略了同學上課參與課堂中的積極性。因為積極性和獨立思考的能力還有所欠缺，所以學生對課程知識了解僅停留在課堂和教材層面，難以將理論學習與工程實際相結合，缺乏解決工程實際問題能力。從上述分析可知，在化工原理被傳授的過程中還存在著由于課堂教學模式單一導致的學生積極性的缺乏，所以對化工原理知識的吸收，并沒有達到該有的預期結果和影響力。還需要加強老師在課堂上講解知識的有趣性和吸引力，激發學生的學習主動性，發揮出化工原理在化工專業中的積極作用，并且明確它占據的重要地位。

2）理論聯系實際不緊密，學生工程意識不強。化工原理課程是化工專業基礎課和專業課程之前的一個橋梁或者紐帶。學生在本科前期分別完成了高等數學、大學物理、有機化學、化學基礎實驗、物理化學等理論課程學習之后，要通過化工原理課程將理論與化工實際生產運行相結合。由于該課程在教學上還是以理論知識學習為主，并且化工原理實驗教學環節占比課時量少、理論和實際之間的聯系并不緊密，沒有突出實驗過程性的教學模式，學生僅僅鍛煉了實驗動手操作能力，而對學生個人工程意識沒有形成，對化工各行業總體運行發展不了解。普遍存在著學生工程意識不強的現象。其中，他們還在意識中認為化工專業基礎課是一個獨立的個體，不能充分認識它在專業課程中起到的橋梁和紐帶作用。

3）考核評價方法單一，學生專業綜合素養不高。化工原理作為一門專業基礎課程，在學生實踐能力提升方面理應具有重要促進作用。反觀在學生課程成績評價體系方面，期末理論考試成績占較大比重，實驗的成績總體占比較低，而教師對于新的教學方法手段例如雨課堂、智慧樹、虛擬仿真實驗等應用更少，更不用說在課堂教學上引入實際工程案例開展教學，從而導致學生在課程學習上注重期末背題型、做練習，對課程培養專業綜合能力沒有足夠認識。因為教學方面比例不當，所以大部分學生的學習重心都放在了期末考試上，卻在心理上對實踐的要求不太明確，也不夠重視，重心的偏移出現了當代學生專業綜合素養不好的現象，學生只是更重視那個可以分出高低的專業成績，著重于考試的重點題型，沒有從心底重視上自己所選專業實踐的影響。考核應該是對綜合素養的評價，而不是單一地通過一次期末考試來評判，考核的方向直接影響著學生的學習重心，所以為了提升學生的實踐能力，在學期末進行考核時，應該從多個方面考慮。只有明確存在的問題，做到對癥下藥，才能從根本上達到解決問題。

綜上所述，化工原理課程專業知識復雜，學生僅僅掌握了理論知識，但專業綜合素養、工程實踐應用能力還有所欠缺，缺乏綜合運用化工原理知識解決實際問題能力。在指導學生參加化工設計競賽過程中也發現學生化工原理知識掌握不牢固，單元操作設計計算及設備選型等能力薄弱。因此，針對化工設計競賽的化工原理課程教學改革勢在必行。

2 化工設計競賽活動對化工原理課程教學促進作用

2.1 理論聯系實際，注重工程思維培養

化工設計競賽鍛煉學生綜合運用化工專業基礎知識解決實際工程問題的能力，這就要求任課教師在化工原理教學過程中注重學生工程技能和工程思維 培養[7]。教學理念要從以“教師為中心”向“以學生為中心”轉變，更加注重的是學生對化工單元操作知識理解掌握以及實際工程的運用。例如，傳熱是重要的單元操作，化工企業換熱器設備占設備投資的30%左右，而在化工生產中傳熱載體是流體，這又涉及到流體流動單元操作知識內容。因此，從化工企業生產實際可以看出，化工原理各單元操作是緊密聯系又具有各自的特點，通過課程學習讓學生將理論知識與化工企業生產聯系起來，培養學生工程意識和實踐創新能力。

2.2 優化教學方法，提高學習積極性

化工原理課程內容復雜、教學難度高，課堂枯燥無味，學生對傳統講授教學方法早已疲憊，因此在教學中要注重教學方法，急需進行一定的改進和優化，來提高學生的積極性。主要方法可以結合化工設計競賽經驗，將雨課堂和智慧樹網絡智慧教學方法融入化工原理課堂教學中，通過分析討論課程專業問題提高學生課堂學習積極性和利用現代學習方法能力；開展互動式翻轉課堂教學方法，促進學生創新思維培養、提升對問題的分析能力和團隊合作能力；利用案例教學法，將化工設計競賽設計任務引入課堂教學，理論聯系實際解決企業實際工程問題，促進學生工程意識培養，提高學生解決實際問題能力[8]。還可以從教師方面入手，比如對教師進行定期培訓，培訓內容主要包括授予教師如何帶動課堂的氣氛，吸引學生的積極性以及怎么以一種幽默的方式傳授知識。化工設計競賽對化工原理教學改革的具體促進作用見圖1，從各個方面進行突破，強調化工設計競賽對化工原理教學改革的促進作用，解決實際性的問題。

圖1 化工設計競賽對化工原理教學改革促進作用分析圖

2.3 注重過程教學，增強實踐創新能力

化工設計競賽設計內容包括可行性分析報告撰寫、工藝技術及設備設計、平面三維制圖、經濟分析與評價等內容，對學生過程性和實踐能力要求較高。在課程教學設計中為了應避免“學完就忘”的重復性問題，應切實通過過程性教學提高學生實踐創新 能力[9]。例如，在化工原理實驗教學中類比化工廠設備開停車進行模擬實驗，讓學生通過實驗掌握每個儀表裝置作用原理及操作順序，把握對設備整體運行的掌握，切實增強學生學習領悟力和解決實際問題能力；在實踐教學中將虛擬仿真實驗模擬和開放式實驗室相結合，讓學生在課前利用虛擬仿真掌握單元操作基本流程，再利用實驗室設備儀器開展實際操作，拓展學生實踐創新能力。

2.4 考核機制多元化，提高專業綜合素養

化工原理課程教學在具體考核評價方式上，不僅要注重過程性考核，提高學生專業實踐教學能力培養，更需要運用多元化實踐考核方式，避免“一考定輸贏”問題[10]。化工原理多元化課程考核匯總情況見表1，在課程教學中，為充分體現對學生綜合能力的培養，將期末考試成績占比由70%降低到為60%。提高實驗教學成績占比，同時將雨課堂和智慧樹單元測試內容納入平時成績，多元化考核，讓真正對專業知識理解掌握的學生獲得最佳成績，提高學生專業綜合素養。還能采取化工課程設計的方式，對學生的綜合基礎知識進行一次考核，這種課程設計還能鍛煉學生的思維能力，以及自身對了課程的思考，是一種綜合的設計訓練，培養了學生的設計能力，通過團隊的設計還能提高學生的團隊合作能力。

表1 化工原理多元化課程考核匯總表

3 結語

以首次參加化工設計競賽為例，競賽對學生綜合素質培養的角度思考分析我校化工原理課程教學特點及存在的問題。從培養工程創新理念、優化課程教學方法、改進教學考核方式、提高實踐能力等方面提出化工設計競賽對化工原理課程改革的啟示和促進作用。以化工設計競賽對學生綜合素質能力要求作為基本目標，進而提出化工原理課程的改進方向，對培養化工類及相近專業學生的綜合實踐能力、創新思維意識具有重要意義。