具有生物工程專業針對性的化工原理教學改革

化工原理是生物工程專業的一門主干專業基礎課程，通過綜合運用數學、物理及化學等基礎知識，描述動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞（三傳）的基本理論，研究過程工業中常用的基于“三傳”的物理加工過程（單元操作）的基本原理、工藝計算及相應設備結構和特點[1]。化工生產過程中各種單元操作的基本原理、典型設備的結構原理及其操作性能、設計與生物制品的分離純化過程密切相關。生物工程專業的學生通過化工原理課程的學習，了解研究工程問題的基本方法（實驗研究與數學模型建立等），能初步解決工業中的過程工程問題，實現由理及工的知識轉型，并為學習工程專業課程———生化分離工程打下基礎[2]。

化工原理具有內容抽象、工程概念強、公式多而復雜的特點，學生學起來難度較大、積極性普遍較差。相較于化學工程與工藝專業，生物工程專業化工原理課程的學時較少，因此如何在有限的學時內幫助學生建立工程觀點，培養工程思維和解決工程實際問題的能力，滿足高素質、創新型生物工程專業人才培養目標的要求，是該課程教學改革的關鍵。

一修訂教學內容

根據生物工程專業的人才培養計劃及其專業特點，合理分配有限的教學課時，對課程中傳統的單元操作進行內容精簡與更新；緊跟生物工程產業的發展現狀，在傳統化工原理單元操作中，增加與生物工程密切相關的新技術的原理與應用，如膜分離、超臨界流體萃取等。生物產品的分離純化環節，與化工原理中的流體流動與輸送、傳熱、蒸發、精餾、干燥、萃取等單元操作的內容與原理一脈相承，將涉及這些單元操作的章節作為授課的重點。在講授這些單元操作時，簡化公式推導，將復雜的問題簡單化，強調如何應用理論結論解決實際問題。既要突出重點，又要避免造成學生的厭學情緒，并在教學中突出專業特點。例如，針對生物工程操作溫度較低的情況，在傳熱單元精簡熱輻射的內容，但要求學生明白在高溫條件下輻射傳熱才是控制傳熱的主要因素；生物制品的生產多為高附加值、高要求、小批量的操作過程，間歇操作較為常見，因此可適當強化間歇生產方式的介紹。

二優化理論教學

緒論課是學生接觸一門新課程的第一課，緒論課的質量將直接影響學生對該課程的認識與學習興趣[3]。生物工程專業學生在初次接觸化工原理課程時，往往不了解課程內容與自身專業的關聯性，這也是導致其學習積極性差的一個主要原因。因此，化工原理作為一門專業基礎課程，其緒論課在提綱挈領地介紹課程內容的基礎上，應強調課程在學科知識結構中的重要性，使學生明確化工原理課程“學什么”以及“為什么學”。可以結合化工產業的發展歷程，介紹化工原理課程的誕生和發展歷史，強調化工原理課程工程性的特點，處理的是一些物理過程，而與化學反應沒有太大關聯。另外，不妨結合生物工程實例，從特定的產品出發，介紹化工原理在生物工程中的作用。如以學生熟悉的啤酒生產為例，從原料到成品，除了發酵過程，包括流體輸送、過濾、換熱（干燥、加熱、冷卻）在內的物理加工過程，都屬于化工原理研究的基于“三傳”的單元操作。

在理論課教學過程中，多媒體技術的應用具有突出的輔助作用。利用多媒體器材，通過豐富的色彩、聲音與形象向學生傳遞相關教學內容，有助于克服傳統教學模式單一、平鋪直說的缺點[4]。特別對于化工原理課程而言，其工程概念強，學生往往不具備相關的背景知識與經歷，理解工程現象及其原理較為困難。利用多媒體技術，通過動畫演示、設備照片與操作視頻、圖文結合等方式將抽象的問題具體化、形象化，可以吸引學生的注意力、調動學生的積極性與興趣。例如，通過flash演示介紹不同類型換熱器，將冷熱流體的換熱過程以動畫的形式呈現在學生面前，使學生對工程設備的內部結構有直觀的認識；在講解精餾操作中五種原料液熱狀態及其熱狀況參數q時，利用圖文結合的方式，描述精餾段與提餾段下降液相流量L與L’、上升氣相流量V與V’的關系，將復雜的公式推導與線條清晰的圖示結合，加深學生對知識點的理解與記憶；在講授新章節時，播放生物工程產業生產線中相關單元操作的視頻文件，有助于學生明確學習目的、激發學習興趣。當然，在利用多媒體技術提高教學效果時要切忌喧賓奪主，要時刻關注學生在課堂上的學習狀態，結合板書，確保學生對知識點的理解與掌握。

此外，習題課是化工原理課程教學的一個重要環節。在完成一個章節的教學任務后，安排一次習題課，利用討論式、啟發式的教學方法，通過例題演算與習題練習引導學生對重要知識點進行歸納總結。這有助于學生更好地消化重點知識，牢固掌握基本概念與原理，同時在習題演算過程中認識工程實際問題，形成正確的思維方式，培養其分析和解決工程實際問題的能力[5]。由于化工原理教材中的例題與習題具有鮮明的石油化工背景，與生物工程產業相去甚遠，生物工程專業的學生在習題練習過程中往往又會陷入迷思，不能理解單元操作在生物工程產業中的應用。因此，結合學生專業背景更新習題的內容是非常必要的，有助于提高課程的專業針對性。例如，借鑒國內外生化分離工程的教材，收集以生物料液處理為背景的相關單元操作的例題和習題。

三改革實驗教學

實驗教學是化工原理課程的一個重要環節，對于鞏固學生理論知識、樹立學生的工程意識、培養學生解決和分析實際問題的能力具有重要的作用[6]。在實驗教學過程中應當注重學生設計方案、組織流程、實施具體操作、運行單元操作設備、處理與分析數據、歸納總結等工程實驗綜合能力的培養，結合生物工程專業實例，開設具有專業背景的實驗內容，降低驗證型實驗在教學過程中的比例，提高綜合型、設計型實驗內容的數量與質量。以篩板精餾塔實驗為例，在理論課上介紹實驗裝置的基本情況，向學生布置分離低濃度酒精溶液獲取高純度乙醇的任務，要求學生自行設計實驗步驟、提交實驗方案、完成分離任務、形成實驗報告。組織學生結合實驗結果比較不同操作對餾出液的濃度與體積的影響，從而達到活學活用理論知識的目的。此外，通過教研室集體備課，與相關專業實驗內容融合、銜接，擴展化工原理實驗的內容，有助于加深學生對課程的認識、激發學習興趣。如，利用生物工藝學實驗中發酵制造的酒精溶液為精餾實驗的原溶液，抽取精餾塔塔板上的液相溶液利用儀器分析實驗中氣相色譜進行組成分析等。

實驗報告的形成是化工原理實驗教學的重要組成部分。化工原理實驗內容具有顯著的工程特點，實驗過程中數據測量量大，并需要學生利用手冊查閱相關的物性參數，通過分析計算整理成為圖表、公式或經驗模型，因而數據處理過程繁雜。在現今計算機技術高速發展的時代，通過手工計算、傳統坐標紙繪圖的方式處理實驗數據顯然已不符合當代產業發展的要求[7]。因此，在實驗教學過程中增加Origin、Excel等數據處理軟件的應用介紹，鼓勵學生利用計算機分析實驗結果，有助于提高學生處理數據的規范性與準確性，培養符合企業生產需要的工程人才。

在成績評定過程中，需要綜合考慮學生在實驗操作中表現出的動手能力、分析實驗及提出進一步解決方案與建議的能力，注重評價學生實驗報告的規范性與科學性，客觀評價學生的成績，并對積極參與開放實驗的學生給予加分的鼓勵。其中，要特別增加設計型、綜合型實驗成績在總成績中的比重。對于設計型、綜合型實驗要分別對學生在構思方案、設計步驟、實施具體操作、運行單元操作設備過程中體現的動手能力與知識水平進行考核。

總之，在化工原理課程中賦予其專業針對性，使生物工程專業學生更好地吸收、運用課程知識，是面向生物工程專業的化工原理教學的努力方向。從專業應用角度出發，借鑒先進的教學模式，對教學內容、教學方法和教學手段進行改革，提高實驗教學的教學效果，在培養學生的工程意識、提高解決工程實際問題的能力方面具有現實意義。

參考文獻

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[2]潘莉莎，張德拉，王小紅，龐素娟.化工原理在生物分離工程課程教學中的應用[J].海南大學學報自然科學版，2011， 29（2）：193-198.

[3]鄧俊，朱學軍.生物工程專業化工原理課程教學改革探索與思考[J].廣州化工，2011，39（17）：141-142.

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