賽教融合式化工原理課程教學(xué)研究與實踐

張楠　黃建平

摘 要：本研究結(jié)合安陽工學(xué)院化工原理課程教學(xué)特點，以組織的各類專業(yè)競賽為基礎(chǔ)，開展了賽教融合下的教學(xué)研究。實踐證明，該教學(xué)模式活化了學(xué)習(xí)氛圍，提升了教學(xué)效果，在強化學(xué)生的工程能力、創(chuàng)新能力的同時，也提升了教師教學(xué)教研的能力與水平，是工程認(rèn)證背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)的有益嘗試。

關(guān)鍵詞：化工原理；賽教融合；化工設(shè)計大賽；線上線下混合

在教學(xué)理念隨著教學(xué)技術(shù)發(fā)展而不斷更新的當(dāng)下，智慧教育已成為教育信息化過程中的重要發(fā)展戰(zhàn)略和長期戰(zhàn)略任務(wù)。安陽工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)以工程認(rèn)證要求嚴(yán)格對標(biāo)教學(xué)過程，持續(xù)凝練自身特色，高標(biāo)準(zhǔn)推進化工應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。這個過程中，化工原理作為化工專業(yè)學(xué)生工程能力培養(yǎng)、工程思維構(gòu)筑和工程責(zé)任養(yǎng)成的第一道階梯，其教學(xué)實施方法的構(gòu)建既是基礎(chǔ)，也是關(guān)鍵。

一、化工原理課程建設(shè)現(xiàn)狀

化工原理以化工工藝流程中的物理性單元操作為主要講解對象，主要對其操作原理、過程特性、設(shè)備結(jié)構(gòu)、工程設(shè)計及工藝優(yōu)化等內(nèi)容進行介紹。因課程具有參數(shù)多、公式多、圖表多、設(shè)備多、多學(xué)科融合等特點，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易出現(xiàn)記憶和理解不深、理論與實踐“兩張皮”、學(xué)習(xí)興趣不夠濃厚等問題。

安陽工學(xué)院結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，將化工原理的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：具備根據(jù)工藝任務(wù)對化工單元操作設(shè)備選型、設(shè)計計算和校核的基本能力；掌握各單元操作的關(guān)鍵因素，分析和解決化工生產(chǎn)中的實際問題；明確工程倫理，具備工程師職業(yè)素養(yǎng)、從業(yè)道德和社會責(zé)任感等。

安陽工學(xué)院化工原理課程現(xiàn)建設(shè)有中國大學(xué)慕課線上教學(xué)平臺1個、化工設(shè)計制圖室3間，開設(shè)實驗項目12項，擁有各類設(shè)備模型22件，與部分虛擬仿真行業(yè)企業(yè)建立良好合作關(guān)系，具有較為優(yōu)秀的硬件開發(fā)利用條件。

二、課程主建或參建的專業(yè)競賽

（一）化工設(shè)計大賽

自2018年起，安陽工學(xué)院每年都面向全校舉辦化工設(shè)計大賽，以培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的工程工藝構(gòu)建、技術(shù)創(chuàng)新和團隊協(xié)作能力為出發(fā)點，依據(jù)設(shè)計作品的質(zhì)量遴選優(yōu)秀團隊作為當(dāng)年全國大學(xué)生化工設(shè)計大賽種子選手，并對其進行重點培養(yǎng)。大賽內(nèi)容為依據(jù)給定的生產(chǎn)任務(wù)進行化工廠的完整設(shè)計。學(xué)生以團隊為單位報名，基本條件為：系統(tǒng)學(xué)習(xí)過化工原理、化工制圖及化工設(shè)計等專業(yè)課程，具備團隊合作攻克設(shè)計課題的能力。截至2022年，化工設(shè)計大賽參與專業(yè)已達4個，其中化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生覆蓋率高達90%。

（二）化工原理暨化工實驗大賽

自2020年起，安陽工學(xué)院每年舉辦化工原理暨化工實驗大賽，賽事以提升學(xué)生化工原理理論認(rèn)知水平、鍛煉學(xué)生設(shè)備操作能力為出發(fā)點，以課程理論競賽和實操要點考核為主要方式。學(xué)生以個人為單位報名，基本條件為：系統(tǒng)學(xué)習(xí)過化工原理、化工原理實驗課程，具備良好的實踐動手能力。競賽成績前三名遴選為全國大學(xué)生化工原理暨化工實驗大賽參賽選手，進入后期能力提升培訓(xùn)階段。

（三）節(jié)能減排大賽

自2012年起，安陽工學(xué)院每年面向全校開展節(jié)能減排大賽，賽事以培養(yǎng)學(xué)生的工程倫理觀、研發(fā)創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力為目的，以化工原理課程組作為化工工程類作品的主審團隊。創(chuàng)辦以來，大賽的參賽隊伍已覆蓋化工、生物、機械等多個學(xué)院，以化工設(shè)備、工藝優(yōu)化為主要內(nèi)容的作品日漸增多。

各類大賽的舉辦不僅有助于完成對學(xué)生課程知識掌握情況的綜合檢驗和提升，也有助于完成工程技術(shù)人才、設(shè)計優(yōu)化人才和創(chuàng)新型人才的分類培養(yǎng)，有效縮短他們初次就業(yè)后的崗位適應(yīng)期。

三、賽教融合式教學(xué)模式實施及效果

賽教融合式教學(xué)模式依據(jù)課程體系各環(huán)節(jié)的特點、賽事的基本要求及學(xué)生學(xué)情的變化，對課程的教學(xué)方法和效果檢驗手段等作出了系列調(diào)整，以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)新意識。

（一）案例化課堂教學(xué)

因化工原理課程具有強工程性的特點，更注重知識在實踐中的運用，故而課程組在教學(xué)設(shè)計上，將各章節(jié)知識的教學(xué)目標(biāo)系統(tǒng)整理為若干工程設(shè)計或工藝優(yōu)化任務(wù)，以任務(wù)的分析、解決作為課程推進的抓手。

其中，工程設(shè)計教學(xué)側(cè)重于設(shè)計思路展開、工程設(shè)計計算、流體力學(xué)校驗和經(jīng)濟性分析等內(nèi)容。例如，對精餾塔塔高的計算，教師會挑選“化工設(shè)計大賽”中優(yōu)秀及失誤作品，對比展示其中關(guān)于塔的設(shè)計過程，讓學(xué)生來逐一分析點評，以引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問題、明確概念、深化理解。工藝優(yōu)化教學(xué)側(cè)重于瓶頸問題的解決和創(chuàng)新設(shè)計等，著重從論證的合理性、嚴(yán)密性、創(chuàng)新性上開展。以“吸收劑用量選擇”為例，通過對比大賽作品中不同吸收劑用量形成的塔設(shè)備經(jīng)濟性變化，來說明吸收劑的用量需綜合傳質(zhì)高效性、工藝經(jīng)濟性和操作安全性而確定。

以案例為基礎(chǔ)開展教學(xué)，直觀展示了理論對實踐的絕對影響力，不僅加深了學(xué)生對知識的理解，也強化了他們工程設(shè)計的責(zé)任意識，具有重要的思政教育意義。

（二）線上線下混合式教學(xué)模式及檢驗

化工原理線上教學(xué)平臺建設(shè)有設(shè)備三維結(jié)構(gòu)展示視頻，通過靜態(tài)外觀結(jié)構(gòu)展示、旋轉(zhuǎn)式內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示及設(shè)備附件細節(jié)放大等處理方式，更為生動、形象地對化工典型設(shè)備結(jié)構(gòu)特點進行了剖析，更有利于學(xué)生立體化理解書本內(nèi)容，也便于學(xué)生針對設(shè)備各處結(jié)構(gòu)特征去分析過程特點并提出改進措施。同時，配合理論授課的線下化工設(shè)備模型的使用，同樣有助于學(xué)生深刻理解操作工藝和設(shè)備附件的設(shè)計思路，也能在化工原理課程設(shè)計環(huán)節(jié)為學(xué)生提供更為直觀的制圖參考。在教學(xué)效果的檢驗上，主要以線上平臺的客觀測試題來檢驗學(xué)生對工程設(shè)計理念和工藝優(yōu)化措施的掌握情況。

（三）人才的分類培養(yǎng)

在化工原理課程線上線下混合式教學(xué)過程中，學(xué)生對知識的理解消化水平和實踐運用能力往往存在差異。在互動、線上線下測試及作業(yè)的完成過程中，教師需及時關(guān)注學(xué)生的不同表現(xiàn)，實行分類教育，在為競賽遴選種子選手的同時也為工程設(shè)計、工藝優(yōu)化、安全管理等崗位儲備和推送優(yōu)秀人才。例如，對理論基礎(chǔ)扎實且實驗操作細致的學(xué)生，可推薦其參加化工原理暨化工實驗大賽；對擅長工藝分析、能夠較好完成優(yōu)化類課題或在化工原理課程設(shè)計中表現(xiàn)突出的學(xué)生，可推薦其參加化工設(shè)計大賽；對關(guān)注生產(chǎn)安全和環(huán)保優(yōu)化的學(xué)生，可鼓勵其參加節(jié)能減排大賽。

（四）實施效果

第一，營造了濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提升。以不同賽事作為驅(qū)動的分類型教學(xué)提升方式，尊重了學(xué)生的個體發(fā)展意愿，強調(diào)了興趣引領(lǐng)的主基調(diào)，充分激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)、參與的積極性和主動性；以競賽作為更高的檢驗手段，迎合了學(xué)生愛挑戰(zhàn)、追求價值實現(xiàn)的心理，在營造學(xué)習(xí)氛圍上取得了良好效果。在近兩年的學(xué)生座談中，學(xué)生對化工原理課程教學(xué)的滿意度高于其他專業(yè)課程，學(xué)生的作業(yè)完成質(zhì)量及課下競賽參與度都有明顯提升。

第二，為畢業(yè)設(shè)計等綜合性實踐環(huán)節(jié)打好了基礎(chǔ)。以安陽工學(xué)院2018級化學(xué)工程與工藝本科為例，在2022年的畢業(yè)設(shè)計作品中，主體設(shè)備及附屬設(shè)備的設(shè)計選型過程更加細致、準(zhǔn)確，圖紙繪制質(zhì)量相較往年有明顯提升，流程繪制更加完整、嚴(yán)謹(jǐn)，自控點的選擇更加合理。無論專業(yè)橫向?qū)Ρ冗€是時間縱向?qū)Ρ龋摪鄬W(xué)生的畢業(yè)設(shè)計作品的質(zhì)量都更加突出，這與他們積極參與化工設(shè)計大賽是分不開的。

第三，對課程建設(shè)和專業(yè)建設(shè)產(chǎn)生了積極的推動作用。在理論與實踐的交互指導(dǎo)中，學(xué)生對課程知識內(nèi)容掌握漸深，具備了良好的工程實踐、技術(shù)指導(dǎo)、工程創(chuàng)新的能力和團隊協(xié)作精神，也在競賽中取得了理想的成績。各類專業(yè)賽事的舉辦也充分提升了教師的理論知識水平，促使他們積極革新教育教學(xué)方法：從線下教學(xué)到線上線下混合式教學(xué)，從普通互動教學(xué)到案例引導(dǎo)下的互動教學(xué)，從群體無差異培養(yǎng)到個性化學(xué)習(xí)資源配備及分類提升。競賽中積攢的經(jīng)驗催生了富有創(chuàng)新的教學(xué)改革嘗試，形成了越來越成熟、完善、智慧的教育教學(xué)模式，這不僅為課程建設(shè)和專業(yè)建設(shè)孵化出了系列教學(xué)成果，也產(chǎn)生了良好的示范與引領(lǐng)效果，對工程認(rèn)證背景下的應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有重要意義。

參考文獻：

[1]祝智庭.智慧教育新發(fā)展：從翻轉(zhuǎn)課堂到智慧課堂及智慧學(xué)習(xí)空間[J].開放教育研究，2016（1）.

[2]祝智庭，王佑鎂，顧小清.協(xié)同學(xué)習(xí)：面向知識時代的學(xué)習(xí)技術(shù)系統(tǒng)框架[J].中國電化教育，2006（4）.

[3]張楠，張換平.化工原理課程思政教法改革與創(chuàng)新[J].河南教育（高等教育），2021（8）.

[4]張楠，郁有祝.化工原理課程模塊化教學(xué)改革模式研究[J].山東化工，2018（12）.

責(zé)編：文 墨

基金項目：化工原理河南省本科高校精品在線開放課程（編號：2021271）；化工原理河南省本科高校課程思政樣板課程（編號：20200149）；河南省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目（學(xué)位與研究生教育）成果（編號：2021SJGLX258Y）；河南省教育科學(xué)規(guī)劃課題（編號：2022YB0292）

作者簡介：張楠（1981— ），女，安陽工學(xué)院副教授，研究方向為精細化工和教育教學(xué)管理；黃建平（1978— ），男，安陽工學(xué)院講師，研究方向為化工過程模擬與優(yōu)化。