《化工過(guò)程分析與合成》課程教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)

【摘 要】《化工過(guò)程的分析與合成》課程是國(guó)內(nèi)外化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的主干課程之一，是一門綜合性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，因而提高《化工過(guò)程分析與合成》課程的教學(xué)質(zhì)量和效果對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生的培養(yǎng)至關(guān)重要。文章針對(duì)目前《化工過(guò)程分析與合成》課程的教學(xué)特點(diǎn)和現(xiàn)狀，結(jié)合作者自身的一些教學(xué)實(shí)踐體會(huì)，討論了從課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、課程思政及教學(xué)手段等方面提高課程教學(xué)質(zhì)量并調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的措施。

【關(guān)鍵詞】化工過(guò)程分析與合成;教學(xué);體會(huì)

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】

《化工過(guò)程的分析與合成》課程是國(guó)內(nèi)外高等學(xué)校針對(duì)化學(xué)工程與工藝學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程需要一定的高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程和化工工藝學(xué)等課程的基礎(chǔ)知識(shí)，是一門綜合性和應(yīng)用性很強(qiáng)的主干課程。由于涉及大量學(xué)科交叉知識(shí)，教學(xué)難度較大。在傳統(tǒng)的以教材為主導(dǎo)的教學(xué)模式中，教師通常先講授課程需要的數(shù)學(xué)和化工預(yù)備知識(shí)，然后講授單元設(shè)備模型的建立，最后逐漸過(guò)渡到包含多個(gè)單元設(shè)備的流程分析、合成及優(yōu)化。這種教學(xué)模式雖然條理性強(qiáng)，但由于教學(xué)內(nèi)容枯燥、教學(xué)模式單一，導(dǎo)致不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，進(jìn)而教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果不能得到很好的保證。而且，在有限的課時(shí)內(nèi)，理論知識(shí)講授偏多，對(duì)于應(yīng)用性較強(qiáng)的課程來(lái)說(shuō)也會(huì)導(dǎo)致實(shí)踐性環(huán)節(jié)不足。所以為提高課程教學(xué)質(zhì)量并調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，我們需要對(duì)本課程進(jìn)行課程建設(shè)，以培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)高、實(shí)踐能力強(qiáng)的新型化工人才[1-3]。

1 課程體系內(nèi)容改革

為提升教學(xué)效果，我們嘗試教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，將化工過(guò)程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模擬、化工過(guò)程系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬、換熱網(wǎng)絡(luò)合成、分離序列綜合、過(guò)程系統(tǒng)優(yōu)化五部分內(nèi)容都按照“基本理論＋工程案例”兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)置。“基本理論”環(huán)節(jié)將課本內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)講解，但同時(shí)將講授學(xué)時(shí)進(jìn)行壓縮。“工程案例”環(huán)節(jié)采取從實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中提取的方式[4]，以工業(yè)需求為背景，然后把課程知識(shí)與所用到的交叉學(xué)科知識(shí)都貫穿在案例中，引導(dǎo)學(xué)生與老師共同從研究工程實(shí)際問(wèn)題的角度進(jìn)行探討、互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)融會(huì)貫通[5，6]，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法研究化工過(guò)程系統(tǒng)模擬、分析、優(yōu)化和合成的基本能力，達(dá)到本課程的教學(xué)目的。為使兩個(gè)環(huán)節(jié)都達(dá)到最佳的教學(xué)效果，教師和學(xué)生都需要課前、課中和課后投入時(shí)間和精力。首先教師課前需要對(duì)每節(jié)課進(jìn)行知識(shí)目標(biāo)分析和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以便于課上可以有計(jì)劃、有目標(biāo)的進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，同時(shí)需要基于課程目標(biāo)和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行案例收集，之后形成教學(xué)資源；隨后教師課前將基礎(chǔ)教學(xué)資源推出給學(xué)生，并進(jìn)行預(yù)習(xí)任務(wù)布置，學(xué)生需要課前明確學(xué)習(xí)任務(wù)，依據(jù)教師給的資源進(jìn)行課前自學(xué)；之后在課堂教學(xué)中，教師需要根據(jù)每節(jié)課的案例進(jìn)行綜合分析，學(xué)生則需分組討論，保證課堂內(nèi)容得到很好的理解、消化和吸收；最后教師需要對(duì)課堂案例及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析總結(jié)，同時(shí)通過(guò)作業(yè)和課堂測(cè)試進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

通過(guò)課程體系內(nèi)容改革豐富課程資源；通過(guò)學(xué)生課前自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索未知的精神；通過(guò)課堂講授內(nèi)化知識(shí)，強(qiáng)化重點(diǎn)知識(shí)和概念理解；通過(guò)課后作業(yè)及總結(jié)幫助學(xué)生查缺補(bǔ)漏。

課前學(xué)情分析助力教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。化工過(guò)程的分析與合成》是一門綜合性課程，內(nèi)容涉及到很多其他課程所學(xué)習(xí)的知識(shí)。根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃的設(shè)定，很多課程是大二所學(xué)，而本門課程基本都是安排在大四第二學(xué)期，這樣設(shè)置的初衷是想使學(xué)生充分了解相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)之后，再開(kāi)始綜合性課程的學(xué)習(xí)，這樣帶來(lái)學(xué)生對(duì)所學(xué)過(guò)久的知識(shí)遺忘的現(xiàn)象。因而，為了使學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中更加從容和提升教學(xué)效果，我們一般會(huì)對(duì)與本門課程密切相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，再逐步加深到本課程的知識(shí)。例如，在進(jìn)行序貫?zāi)K法的學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)于《化工過(guò)程的分析與合成》課程來(lái)說(shuō)，研究對(duì)象針對(duì)的是化工過(guò)程或過(guò)程系統(tǒng)，而單元操作在本課程中可以簡(jiǎn)單的理解為一個(gè)黑箱子，對(duì)于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部規(guī)律可不予理會(huì)，只需要著眼于由這樣一個(gè)又一個(gè)單元操作拼接在一起形成的過(guò)程系統(tǒng)，我們會(huì)直接把它當(dāng)成一個(gè)小模塊來(lái)進(jìn)行處理。但是，如果課程上來(lái)就這么講述將會(huì)增加學(xué)生理解難度，此外，單元操作是《化工原理》課程詳細(xì)學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容，然而，對(duì)于單元操作的建模過(guò)程涉及較少，因?yàn)檎n堂上我們對(duì)單元操作的建模過(guò)程需要做詳細(xì)講解，從而使學(xué)生很自然的過(guò)渡到化工系統(tǒng)的學(xué)習(xí)中來(lái)。因而通過(guò)課前學(xué)情分析和合理的教學(xué)設(shè)計(jì)，我們能夠很好的掌握課堂上每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解，使教學(xué)效果提升。

此外，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工過(guò)程的分析與合成》課程建設(shè)擁有一支富有活力、高素質(zhì)、充滿干勁且積極向上的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，現(xiàn)有教授1人，副教授2人，講師1人。一流的師資隊(duì)伍是課程建設(shè)的強(qiáng)有力支撐。此外，本課程建設(shè)依托的廣西大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)屬于國(guó)家“雙一流”建設(shè)學(xué)科群，具有良好的建設(shè)平臺(tái)。

2 多維度學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)及反饋

基于知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造“三位一體”的人才培養(yǎng)模式[7-9]，課程采用多維度評(píng)價(jià)體系，基本過(guò)程包括：

①《化工過(guò)程分析與合成》課程教學(xué)目標(biāo)的確定

通過(guò)對(duì)廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)的梳理和基于產(chǎn)出導(dǎo)向（OBE）的工程能力畢業(yè)要求，本課程的教學(xué)目標(biāo)分別對(duì)應(yīng)了畢業(yè)能力要求中工程知識(shí)、設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案和項(xiàng)目管理能力。主要包含三個(gè)目標(biāo)，首先是知識(shí)目標(biāo)，要求掌握化工過(guò)程分析和合成的基本概念和基本內(nèi)容，掌握化工過(guò)程系統(tǒng)模擬與分析的基本原理和方法。其次是能力目標(biāo)，要求能運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理對(duì)給定的化工過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后是思政與素質(zhì)目標(biāo)，要求能夠在化工系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，綜合考慮投資和收益之間的權(quán)衡，設(shè)計(jì)具有全局最優(yōu)的流程方案。培養(yǎng)學(xué)生作為化工人的責(zé)任與使命，將工程師價(jià)值觀寓于實(shí)踐之中。

②《化工過(guò)程分析與合成》多維度評(píng)價(jià)過(guò)程

針對(duì)本課程的教學(xué)目標(biāo)和相關(guān)教學(xué)活動(dòng)，本課程主要通過(guò)課前預(yù)習(xí)、課堂測(cè)試、課堂互動(dòng)討論、課后作業(yè)、期末閉卷考試等形式，對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全方位評(píng)價(jià)。

③《化工過(guò)程分析與合成》多維度評(píng)價(jià)效果評(píng)估

針對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)，我們對(duì)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的教學(xué)活動(dòng)賦予一定的權(quán)重來(lái)評(píng)價(jià)課程目標(biāo)達(dá)成情況，課程總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)組成，課程總評(píng)成績(jī)=平時(shí)成績(jī)*40%+期末考試成績(jī)*60%，其中平時(shí)成績(jī)=課堂考勤0.1+課堂測(cè)試*0.3+課后作業(yè)*0.6。通過(guò)計(jì)算學(xué)生個(gè)體成績(jī)，判斷其相關(guān)能力是否達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。

④《化工過(guò)程分析與合成》多維度評(píng)價(jià)的反饋機(jī)制與持續(xù)改進(jìn)

課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)包括課程分目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)和課程總目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)，具體計(jì)算方法如下：課程目標(biāo)評(píng)價(jià)值低于0.6的，需要對(duì)得分較低的學(xué)生進(jìn)行警示，并通過(guò)輔導(dǎo)和答疑等途徑，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和課程目標(biāo)達(dá)成進(jìn)行重新評(píng)估和考核，直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 課程思政融入教學(xué)助力全方位人才培養(yǎng)

基于本課程的思政教學(xué)目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生作為化工人的責(zé)任與使命，將工程師價(jià)值觀寓于實(shí)踐之中，《化工過(guò)程的分析與合成》課程堅(jiān)持立德樹(shù)人與育人育才有機(jī)結(jié)合，顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一，將課程思政以潛移默化的形式融入到《化工過(guò)程的分析與合成》課程的教學(xué)內(nèi)容中，積極引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的國(guó)家觀、民族觀、歷史觀、文化觀，從而為社會(huì)培養(yǎng)更多德智體美勞全面發(fā)展的人才。主要從以幾個(gè)方面開(kāi)展：

①樹(shù)立文化自信。

在《化工過(guò)程的分析與合成》課程中，在分離序列綜合章節(jié)，講到分離技術(shù)時(shí)，引入最悠久的分離技術(shù)——中國(guó)的海水制鹽，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)文化自信；在講解序貫?zāi)K法時(shí)，以乙醇發(fā)酵為例講解，通過(guò)發(fā)酵法制備乙醇引出能源問(wèn)題及整個(gè)世界的環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)分析發(fā)酵法制備乙醇對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的利處；在講解分離序列綜合的方法時(shí)，介紹北京化工大學(xué)施寶昌教授提出的相對(duì)費(fèi)用函數(shù)法以及該方法對(duì)化工過(guò)程系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)的貢獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感。

②培養(yǎng)探索求知的精神

在講授單純形法時(shí)，介紹單純形法的誕生歷程，丹齊克通過(guò)在研究中通過(guò)“加工”和“挖掘共性”而提出了線性規(guī)劃的重要理論，通過(guò)分析和觀察很多類似特征的現(xiàn)象，去探索這些現(xiàn)象背后的本質(zhì)和規(guī)律，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的探索求知精神。

③培養(yǎng)工程倫理意識(shí)

在換熱網(wǎng)絡(luò)合成章節(jié)中，課堂上為同學(xué)們介紹一些利用換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)進(jìn)行老廠改造的案例，設(shè)計(jì)能量更優(yōu)的方案，以提高經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化集成時(shí)，廢物再利用與資源化，從而降低了成本與消耗，減少?gòu)U棄物的排放和毒性，減少產(chǎn)品全生命周期對(duì)環(huán)境的不良影響，即逐步實(shí)現(xiàn)綠色化工。課堂上與學(xué)生討論綠色化工及相關(guān)政策，讓學(xué)生思考專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)，更深入思考著作為一個(gè)化工人的責(zé)任與使命，將工程師價(jià)值觀和工程倫理教育寓于實(shí)踐之中。

4 多樣化教學(xué)提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

《化工過(guò)程的分析與合成》是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[10，11]，涉及大量?jī)?yōu)化理論、軟件模擬理論和計(jì)算公式，為了生動(dòng)的講解這些內(nèi)容，采用多樣性的輔助教學(xué)手段非常重要。我們通過(guò)制作課件PPT、黑板板書(shū)和一些商業(yè)軟件的講解視頻用以輔助教學(xué)。此外，關(guān)于一些優(yōu)化算法的學(xué)習(xí)，我們?cè)谡n堂講解完理論知識(shí)之后，再進(jìn)行課堂模擬，讓學(xué)生深切體會(huì)到模擬算法的魅力。例如，在講解求解線性規(guī)劃問(wèn)題的單純形法時(shí)，我們首先進(jìn)行單純形法的基礎(chǔ)理論介紹，隨后以一個(gè)具體的實(shí)例進(jìn)行黑板板書(shū)，詳細(xì)介紹這種算法的求解過(guò)程，最后通過(guò)Excel中三維線性迭代進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)榇朔N方法對(duì)應(yīng)的模型就是單純形法，通過(guò)實(shí)際操作讓學(xué)生看到采用計(jì)算機(jī)比手工計(jì)算快的多。通過(guò)這種方式告訴學(xué)生由于優(yōu)化方法所涉及的數(shù)學(xué)問(wèn)題較為復(fù)雜，且難度較大，為了避免使學(xué)生過(guò)多的陷入到優(yōu)化過(guò)程的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)，而忽略對(duì)過(guò)程系統(tǒng)本質(zhì)的關(guān)注，希望大家在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，要抓住優(yōu)化方法的思想。因此，計(jì)算機(jī)這一輔助工具，尤其是常用的Excel軟件可以發(fā)揮較大的用處。希望大家在后面遇到問(wèn)題時(shí)優(yōu)先選擇軟件來(lái)解決。正是由于這些軟件包的存在，使我們可以淡化對(duì)優(yōu)化問(wèn)題的求解的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)。那么在學(xué)習(xí)本門課程中更多的關(guān)注于它的基本原理和思路，更多的關(guān)注于優(yōu)化技術(shù)本身在化工過(guò)程系統(tǒng)中的應(yīng)用問(wèn)題。

除此之外，我們上課過(guò)程中充分利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體資源，與課堂教學(xué)同步，豐富教學(xué)資源，加大課程信息量。如選擇使用雨課堂、微助教等新型教學(xué)工具進(jìn)行課堂搶答、課堂測(cè)驗(yàn)等，使課堂教學(xué)更加靈活，這也極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5 結(jié)論與展望

《化工過(guò)程的分析與合成》課程從2020年首次在廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)開(kāi)設(shè)，是化學(xué)工程與工藝創(chuàng)培班專業(yè)核心課程及普通本科專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)選修課，根據(jù)學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)及培養(yǎng)方案，以學(xué)生為中心，以新工科人才培養(yǎng)為目的，總結(jié)了近三年來(lái)作者根據(jù)上課經(jīng)驗(yàn)對(duì)該課程的一些心得體會(huì)。通過(guò)課程內(nèi)容體系改革、“基本理論＋工程案例”的授課模式、學(xué)情分析助力教學(xué)設(shè)計(jì)、多維度評(píng)價(jià)體系保證教學(xué)效果持續(xù)提升、課程思政融入課堂保證全方位人才培養(yǎng)和多樣化教學(xué)提升學(xué)習(xí)激情等手段，最終多方面協(xié)作提升教學(xué)質(zhì)量，這些方法也可以推廣到應(yīng)用性較強(qiáng)的其他理論課程中去。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄧人杰，蘭東輝，鄧?yán)^勇，“卓越計(jì)劃2.0”背景下“化工過(guò)程分析與合成”課程教學(xué)設(shè)計(jì)探討，廣東化工，2020，47（21）：158+169.

[2]翟持，李斌，賈愚，等.《化工過(guò)程分析與合成》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)探索[J].云南化工，2021，48（03）：173-176.

[3]杜玉朋，田暉，趙玉潮，等.《化工過(guò)程分析與合成》教學(xué)內(nèi)容改革與實(shí)踐[J].山東化工，2020，49（18）：168-169+171.

[4]石志盛，張宗瑞，李芳，等.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下《化工過(guò)程分析與合成》教學(xué)方法改革[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2023，49（03）：115-117.

[5]張丹丹，王棟，裴振昭，等.化學(xué)工藝學(xué)與化工過(guò)程分析與合成課程耦合的協(xié)同效應(yīng)研究[J].化工高等教育，2022，39（04）：36-41+142.

[6]晉梅，安良，吳宇瓊，等.基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的“化工過(guò)程分析與合成”課程教學(xué)大綱構(gòu)建和優(yōu)化[J].山東化工，2021，50（16）：229-231.

[7]張巧飛，高建飛，朱春山.教育認(rèn)證背景下化工過(guò)程分析與合成課程的教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施[J].化工時(shí)刊，2022，36（03）：59-62.

[8]翟持.新工科背景下的課程思政教學(xué)改革——以化工過(guò)程分析與合成課程為例[J].化工高等教育，2022，39（06）：75-79.

[9]付華，張愛(ài)華，馬磊，等.新工科背景下化工過(guò)程分析與合成教學(xué)心得[J].廣州化工，2020，48（18）：138-140.

[10]張恒，王婷婷，丁養(yǎng)軍.以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的化工過(guò)程分析與合成教學(xué)改革實(shí)踐[J].化工高等教育，2017，34（04）：77-80.

[11]黎小輝，牛夢(mèng)龍，丁亮，等.專業(yè)認(rèn)證背景下化工過(guò)程分析與合成課程針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的教學(xué)設(shè)計(jì)、構(gòu)建及實(shí)施[J].化工高等教育，2019，36（04）：48-52.

資助項(xiàng)目：廣西大學(xué)2023年優(yōu)質(zhì)課程倍增計(jì)劃項(xiàng)目的資助（YZKC2023047）；2024年廣西大學(xué)校級(jí)本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：王艷麗（1989—），女，山東聊城人，博士，副教授，從事化工過(guò)程的分析與合成的教學(xué)工作。