化工原理課程建設的探索與改革

化工原理是化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員綜合運用數學(xué)、物理、化學(xué)等基礎知識，分析和解決化工生產(chǎn)中各種物理過(guò)程(單元操作)問(wèn)題的一門(mén)工程性*的技術(shù)基礎課。它擔負著(zhù)由理及工、由基礎到專(zhuān)業(yè)的橋梁作用，對學(xué)生實(shí)現從理論型向工程實(shí)踐型的轉變起著(zhù)關(guān)鍵作用。因此，化工原理課程建設是化工及相近院系的核心課程建設之一，不僅涉及院系的相關(guān)專(zhuān)業(yè)建設，而且課程中所講授的工程觀(guān)念、原理、方法和技術(shù)對學(xué)生后續專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習以及畢業(yè)后的工作生涯產(chǎn)生深遠影響。為滿(mǎn)足新時(shí)代、新工科高素質(zhì)化工專(zhuān)業(yè)人才的培養需求，力爭達到前沿性、研究性、實(shí)踐性，我校申請建立了化工原理課程建設項目，并從以下幾方面對課程的建設與改革進(jìn)行探討，同時(shí)也為高校其他理工類(lèi)課程建設提供參考和借鑒。
1 課程建設目標與思路
化工原理課程的學(xué)習目標包括掌握化工各單元操作的基本概念、基本原理和計算方法；掌握各單元操作典型設備的結構和特點(diǎn)；能運用所學(xué)理論知識進(jìn)行各單元操作過(guò)程和設備的計算；能進(jìn)行設備工藝尺寸的計算和定型設備的選型計算、對生產(chǎn)設備具有一定的選擇、操作、調節及排除故障的能力；能運用基本原理正確分析影響單元操作的主要因素，從而指導設計與生產(chǎn)。多年來(lái)我們一直注重課程改革與實(shí)踐探索，建立了一只精干高效、經(jīng)驗豐富的教師團隊和完善的體系，擔負著(zhù)化工、化工卓工、應化、材化、化學(xué)、制藥、制藥卓工、藥劑等專(zhuān)業(yè)的理論與實(shí)踐教學(xué)。課程立足已有資源，銳意改革，著(zhù)手于教學(xué)內容、方法、體系和手段等方面，在“互聯(lián)網(wǎng)+"背景下引入現代化的教學(xué)理念和信息化與工程教學(xué)手段，針對課堂、實(shí)驗、課程設計和實(shí)習等教學(xué)環(huán)節，不斷優(yōu)化課程結構、建立各專(zhuān)業(yè)針對性教學(xué)模式、更新教學(xué)內容、加強教材和教學(xué)輔助資料建設、強化實(shí)驗建設和實(shí)踐教學(xué)等，力爭建設具有中國特色和民族特色的本科課程。
2 課程體系與教學(xué)內容建設
根據課程特點(diǎn)分為流體力學(xué)與傳熱、傳質(zhì)與分離工程、化工原理實(shí)驗、化工原理課程設計、實(shí)習五個(gè)板塊組成教學(xué)(圖 1)。前兩個(gè)為理論教學(xué)，后三個(gè)為實(shí)踐教學(xué)，彼此緊密結合。根據各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和要求，采用“分層次"教學(xué)，編制了各層次的教學(xué)大綱和教案，針對不同的專(zhuān)業(yè)因材施教，通過(guò)有的放矢精選教學(xué)內容，形成既滿(mǎn)足大專(zhuān)業(yè)通才培養要求又兼顧各專(zhuān)業(yè)個(gè)性化培養的體系。

圖 1 化工原理課程體系及教學(xué)內容
3 師資隊伍建設
在全國教育大會(huì )上指出，“教師是人類(lèi)靈魂的工程師，是人類(lèi)文明的傳承者，承載著(zhù)傳播知識、傳播思想、傳播真理，塑造靈魂、塑造生命、塑造新人的時(shí)代重任"，“堅持把教師隊伍建設作為基礎工作"。因此，本科教育必須配置的師資隊伍。我們在多年的工程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)采取專(zhuān)兼結合、產(chǎn)學(xué)研一體化教學(xué)等多項措施，有計劃地建立起一支精干高效、學(xué)術(shù)水平高、教學(xué)能力強、交叉融合的師資隊伍?，F有化工背景專(zhuān)任教師 20 人，其中教授 6 人，占30 %；博士 17 人，占 85 %；有行業(yè)經(jīng)歷的教師 10 人，占 50 %；有 11 名化工領(lǐng)域教授級企業(yè)專(zhuān)家作為工程實(shí)踐教學(xué)的特聘教師，參與專(zhuān)業(yè)實(shí)踐和工程實(shí)驗教學(xué)的共建共管。
此外，我們有計劃地選派青年教師參加虛擬仿真技術(shù)培訓，提高業(yè)務(wù)能力；選派青年教師深入企業(yè)實(shí)習，參與企業(yè)的生產(chǎn)管理和科研工作，熟悉化工廠(chǎng)房布局、生產(chǎn)設備、工藝流程等，提高工程實(shí)踐能力；鼓勵青年教師獨立開(kāi)展或參加高水平教學(xué)科研工作，積極交流，并每年選派教師出國訪(fǎng)學(xué)進(jìn)修，提高教學(xué)科研水平。
4 教學(xué)資源建設
根據課程資源的功能特點(diǎn)和空間分布特點(diǎn)，我們將課程資源建設分為以下幾方面進(jìn)行共享建設。
一是針對不同專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)定制教學(xué)大綱、考試大綱、教案、課件等資源，合理選擇教材及參考書(shū)；針對本校專(zhuān)業(yè)實(shí)驗特點(diǎn)編寫(xiě)了特色的實(shí)驗和課程設計等教材；優(yōu)化多媒體教學(xué)內容，引入生活和工程案例，豐富教學(xué)手段。
二是結合學(xué)生情況編制一系列綜合性的習題集、題庫、輔助教學(xué)等資料；教學(xué)中重視思考題、例題習題的剖析，并通過(guò)綜合題講解討論提高解決復雜問(wèn)題的能力。
三是建設學(xué)校網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺，將相關(guān)的教學(xué)資源在網(wǎng)絡(luò )平臺上展示，增強領(lǐng)域內師生間的相互交流，同時(shí)也豐富了教學(xué)內容，拓展了教學(xué)空間，提高了教學(xué)效率。
四是針對專(zhuān)業(yè)情況增加實(shí)驗設備的套數，實(shí)現在線(xiàn)采集數據和自動(dòng)化控制，建成具有特色的化工實(shí)驗室；積極與西南民族地區企業(yè)共建實(shí)踐教學(xué)基地，在能源化工、化工與環(huán)保、納米材料等領(lǐng)域構建了產(chǎn)學(xué)研緊密結合的培養體系，通過(guò)實(shí)習基地加強理論與實(shí)踐相結合，并為課堂教學(xué)、課程設計提供新素材。
五是優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗示范中心，針對各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，經(jīng)購買(mǎi)、聯(lián)合開(kāi)發(fā)建立大批實(shí)驗實(shí)訓教學(xué)軟件，構成基礎實(shí)驗、專(zhuān)業(yè)實(shí)驗及生產(chǎn)實(shí)訓三大虛擬仿真教學(xué)模塊，形成特色的化工實(shí)踐教學(xué)體系，全面提高民族院校學(xué)生的創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力。
5 評價(jià)體系建設
化工原理課程的教學(xué)目標著(zhù)重于培養學(xué)生的工程概念，學(xué)生能夠綜合應用所學(xué)知識解決實(shí)際的工程問(wèn)題，而不是通過(guò)期末突擊復習靠純知識記憶應付考試。因此，需要建立科學(xué)合理的課程評定體系。理論課程采用總成績(jì)評定方式，其中期末考試為閉卷、背對背出題、流水閱卷形式，閉卷試題偏重于對知識的理解能力和工程應用能力；平時(shí)成績(jì)除了綜合考勤、習題、測驗、課堂表現等指標外，引入形成性考核評價(jià)，適當提高平時(shí)成績(jì)在總成績(jì)中的比例。實(shí)踐課程除了根據設計能力、操作能力、報告和心得等指標評定綜合成績(jì)外，同時(shí)可以增加工程應用能力、溝通能力以及創(chuàng )新能力等指標。
此外，課程管理和評價(jià)要進(jìn)一步合理。一是建立完整規范的教學(xué)文件和檔案，定期組織會(huì )議討論教學(xué)內容的更新和修訂；二是期末集中對試卷分析總結，找出共性問(wèn)題和薄弱環(huán)節，為新一輪的教學(xué)提供參考；三是建立科學(xué)合理的校、院、教研室、學(xué)生四級聽(tīng)課和評價(jià)制度，及時(shí)反饋，提高教學(xué)水平。
6 教學(xué)方法的設計與改革
教學(xué)方法的改革與創(chuàng )新是課程建設的核心工作之一，這是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。為了有效地提高化工原理教學(xué)質(zhì)量和效果，我們需要不斷地優(yōu)化教學(xué)內容，靈活運用多種教學(xué)方法，并引入新的教學(xué)手段，強化教學(xué)效果。
6.1 重塑多媒體課件和教學(xué)內容
一是在以往的多媒體課件資源基礎上，通過(guò)補充、修改、重新編輯和錄制等方式，開(kāi)發(fā)一套內容齊全的高水平多媒體課件。在制作過(guò)程中采用多元化制作模式，將文字、圖像、視頻、聲音、動(dòng)畫(huà)等元素精心組裝，在每個(gè)單元操作相關(guān)知識點(diǎn)中插入一些工藝流程的動(dòng)圖、視頻或仿真流程，豐富教學(xué)內容，提高課程的趣味性。
二是引入實(shí)物教學(xué)，通過(guò)購買(mǎi)、定制、工廠(chǎng)收集等方式整理一套化工原理典型單元設備的模具和零部件，并置于專(zhuān)門(mén)的展示間供學(xué)生參觀(guān)，以直觀(guān)的信息培養學(xué)生對管件、閥門(mén)、典型化工設備零部件結構及工作原理的感性認識，為以后化工原理課程的學(xué)習打下良好基礎。
三是以實(shí)際化工生產(chǎn)為指導，結合目前新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)和新設備的發(fā)展，更新課程內容，提高工程實(shí)踐性。
四是結合化工前沿和教學(xué)科研項目，將先進(jìn)學(xué)術(shù)研究和科技發(fā)展成果引入課程，提高創(chuàng )新性，同時(shí)通過(guò)教研項目提出問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題后，再回歸到教學(xué)實(shí)踐中驗證。
6.2 充分挖掘生活和工程案例
結合資源探索啟發(fā)式、討論式和案例式教學(xué)方法，提高學(xué)生主動(dòng)性，打破課堂沉默狀態(tài)。例如，我們可以引入一些生活案例，用機械能守恒方程的知識點(diǎn)分析鐵路站臺上的安全線(xiàn)問(wèn)題。再如，在學(xué)習流體流動(dòng)相關(guān)知識時(shí)，可以通過(guò)引入大禹治水和李冰治水等古代水利工程案例分析流體力學(xué)基本方程；在流體輸送設備學(xué)習中，引入古代人們生產(chǎn)和生活中水的提升設備——桔槔、轆轤、龍骨水車(chē)、筒車(chē)等；在機械分離過(guò)程中，引入古代格柵截流、自然沉降以及砂石過(guò)濾等凈水技術(shù)；在傳熱學(xué)習中，引入北宋的暖水釜和雍正的銅鏨龍紋手爐等保溫神器分析傳熱原理；在精餾學(xué)習中，引入中國古代蒸餾技術(shù)——用于蒸煮的甑式蒸餾器和用于煉丹的密閉抽汞器分析蒸餾過(guò)程。通過(guò)充分挖掘每個(gè)單元操作中相關(guān)的古代工程案例，一方面拓展學(xué)生對知識點(diǎn)的理解程度，另一方面也增強學(xué)生的文化自信。此外，在課程中經(jīng)典理論、定律、方程以及生產(chǎn)線(xiàn)的學(xué)習中，可以引入創(chuàng )造這些知識的國內外科學(xué)家們的人物事跡，提高學(xué)生興趣的同時(shí)培養學(xué)生正確的人生觀(guān)、價(jià)值觀(guān)、理想信念和科學(xué)精神。
6.3 建立以學(xué)促賽、以賽促學(xué)的創(chuàng )新教育模式
化工類(lèi)學(xué)科競賽是在緊密結合化工理論教學(xué)的基礎上，以競賽的方法激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)實(shí)踐來(lái)發(fā)現和解決實(shí)際工程問(wèn)題，對學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng )新能力、實(shí)踐能力以及團隊合作精神等綜合素質(zhì)的培養起著(zhù)巨大的作用。充分利用化工類(lèi)學(xué)科競賽(如全國大學(xué)生化工設計競賽、全國大學(xué)生化工實(shí)驗大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+化學(xué)反應工程"課模設計大賽等)，分別從理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)和課程設計三方面入手，探索學(xué)科競賽與課程的融合，建立以學(xué)促賽、以賽促學(xué)的創(chuàng )新教育模式。例如，在課堂上可以展示歷年的獲獎作品、比賽資料等，將化工設計競賽的某些問(wèn)題與所授課程的知識點(diǎn)有機結合起來(lái)，有利于學(xué)生更深刻地掌握基本知識；在化工原理實(shí)驗教學(xué)中，結合歷年化工實(shí)驗大賽的比賽經(jīng)驗，規范學(xué)生的實(shí)驗設計、安全操作、數據分析及撰寫(xiě)報告的能力，并將實(shí)驗操作技能轉化成解決問(wèn)題的能力；在課程設計教學(xué)中，可以結合歷年化工設計競賽題目，開(kāi)展競賽題目中個(gè)別單元操作(如精餾、吸收、傳熱等)的設計，實(shí)現“多樣化"的課程設計。
6.4 采取線(xiàn)上線(xiàn)下結合的教學(xué)模式
2020 年的春季，面對突如其來(lái)的疫情，各大高?！巴Ｕn不停教、停課不停學(xué)"，成立了疫情防控期間的在線(xiàn)教學(xué)工作組，利用現代化信息技術(shù)進(jìn)行線(xiàn)上教學(xué)，不僅保證了教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也為今后的教學(xué)模式提供了參考。以往的傳統線(xiàn)下教學(xué)模式中教師占主導地位，學(xué)生的自主性較差；線(xiàn)上教學(xué)可以發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，但不利于教學(xué)管理。而線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式突出了“先學(xué)后教"，充分發(fā)揮課前、課中、課后三個(gè)重要環(huán)節，課前通過(guò)線(xiàn)上教學(xué)發(fā)布教學(xué)視頻和資源，學(xué)生先于課下進(jìn)行自學(xué)和預習；課中采用線(xiàn)下教學(xué)詳細講解重點(diǎn)和難點(diǎn)知識，以引導學(xué)生學(xué)習為主，使課堂變?yōu)閹熒g的互動(dòng)場(chǎng)所，實(shí)現翻轉課堂；課后通過(guò)線(xiàn)上-線(xiàn)下教學(xué)進(jìn)行課后討論和答疑。通過(guò)充分發(fā)揮線(xiàn)上和線(xiàn)下教學(xué)的優(yōu)勢，提高學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，從而達到更高的教育目標。
7 結語(yǔ)
本文通過(guò)對化工原理本科課程建設的實(shí)踐與探索，分別從建設目標、課程體系與教學(xué)內容、師資隊伍、教學(xué)資源、評價(jià)體系、教學(xué)方法等方面進(jìn)行思考和分析。雖然目前在建設中取得一定的改革成效，但化工原理課程的建設與教學(xué)改革是一個(gè)相互影響、相互促進(jìn)的龐大系統工程，只有在教學(xué)過(guò)程中齊頭并進(jìn)，不斷探索鉆研、改革創(chuàng )新，才能從根本上達到課程建設和教學(xué)改革的目的。