工程化教育下《化工原理》教學的研究與實踐

蔡立芳 ， 何領好 ， 李 臻 ， 梁 新 ， 尹志剛

(鄭州輕工業學院 材料與化學工程學院 ， 河南 鄭州 450002)

0 前言

工科院校作為高等院校的重要組成部分，主要擔負著為工業部門或其他產業部門培養和造就工程技術人才和經營管理人才的重任。如何把學生培養為高質量的各類型工程技術人才？也就是如何進一步增強學生的工程意識和實踐能力成了目前迫在眉睫的問題。

工程化教育是指在培養高級工程人才的全過程中，從培養目標、業務規格設計到教學環節安排、教學內容選擇、教學方法選用，從教育決策到教育實施、教育模式，充分考慮工程的本質、工程工作的要求，體現工程教育的工程特色。核心是理論聯系實際、教學聯系工程實踐培養創新精神和實踐能力，提高大學生工程素質，提高畢業生工程工作的適應能力。

化工原理是高等院校中化工類專業重要的專業基礎課，具有顯著的工程性。但是目前工科院校的學生對該課程的學習主要停留在課本上，只會就題論題，不能夠把理論與實踐相結合，離開了實踐，即使大腦里有再強的創新意識，有再多的疑惑問題，也不會形成現實的創新能力，更不可能具有工程意識。在校學生看不到該課程在實際生產中的作用，并且不同專業對該課程的重視程度大相徑庭，比如精細化工、應用化學、環境工程、食品工程和煙草工程等專業的學生考研時，很多高校把化工原理作為專業課考試，而高分子和電化學等專業幾乎沒有考試，所以在學習的時候從思想上不夠重視。此外，化工類的設計軟件很多，但是我們的學生目前基本上是空白。因此，為了適應“高層次、多樣化、創造性”的人才培養目標新要求、新標準，近幾年來，我們一直在深化教育教學改革，積極探索培養學生的綜合素質及創新能力的有效途徑。本文從理論教學與實踐教學、教學方法與教學手段、學科競賽及教學語言等六個方面闡述了如何學好《化工原理》課程， 從而滿足各相關專業人才培養的需要。

1 化工原理教學中的應用

教與學是相互促進的過程，為了使學生具備更好的自主學習的能力，在教學方法上把傳統的以授為主的教學方式轉變為以教師引導為主的教學方式，在每個知識點學習之前，先提出與教學內容有關的實際工程實例，使每個學生都能夠真正融入到課程當中去，從而提高學習的興趣。比如在進行管路計算時，我們可以以城市供水、供暖、供氣等為例，怎么樣鋪設管路才能使每樓層之間以及每戶之間在使用過程中不相互影響呢？對于不同的傳熱機理，也可以提出很多日常生活中的例子，比如保溫杯或者暖水瓶里為什么要抽真空？暖水瓶里面為什么要鍍銀？化工企業的設備上為什么要用保溫層？保溫層的顏色如何選取呢？像以上的問題生活當中應有盡有，針對不同的教學意境，可以選用不同的相關問題進行討論[1]。

案例分析法在化工原理教學中能夠很好的幫助學生理解抽象的和難以理解的知識。比如，離心泵安裝高度為何要受限制呢？可以通過農村的灌溉問題幫助理解；如何提高干燥速率？可以通過夏季和冬季晾曬衣服的例子來理解；對于離心機的學習，可以通過洗衣機的脫水過程來理解；傳熱器的強化傳熱措施，可以選擇不同的傳熱壁面，比如化學反應的攪拌問題，蛇形冷凝管和直管的區別，通過恰當合理的實際例子可以很好地提高課堂學習效果，能夠很好地把所學知識指導解決實際問題。

此外，利用不同單元操作之間的異同點進行對比。動量傳遞的牛頓黏性定律、熱量傳遞的傅立葉定量和質量傳遞的費克定律，他們之間既有共同點又有不同之處；解決間壁式傳熱速率和相界面之間的傳質速率時可以用串聯電阻、電壓和電流的關系幫助理解。不同的是質量傳遞過程中質點本身要占據一定的空間，而熱量傳遞只是能量的傳遞，但是能量本身不占據空間。

通過問題討論法、案例分析法和分析比較法三種教學方法在化工原理教學過程中的應用，使課程更具生活化、興趣化、工程化的特征，在很大程度上增加了學生學習的積極性。

2 實施分層次、工程化的實驗教學模式

培養綜合素質高、創新能力強的學生就要對實驗內容進行適當的調整，實驗內容的單一、枯燥不能滿足創造性人才培養的需要，應改變以驗證課堂教學內容為宗旨的教法，合理安排工程性實驗內容[2]。根據人才培養的要求，將實驗劃分為三大類：

①基本教學型實驗。以傳統的驗證性實驗為主， 教學目標重在訓練學生基本實驗方法、實驗技術和實驗技能， 掌握典型單元操作過程的機理和規律，使學生加深對理論的理解， 同時在教學中我們強調單元操作過程的機理和規律在工程實踐中的應用，激發學生學習興趣。

②提高型實驗。包括綜合性、設計性、應用性等實驗， 教學目標包括典型單元操作過程的深入研究及操作優化。要求學生根據自己的興趣自行選擇工程實際問題，自擬實驗方案，優化操作條件，對實驗結果進行技術經濟評價等。注重培養學生查閱資料、調查研究、設計實驗方案，對實驗過程及結果有自己的分析和結論。培養學生綜合學科知識，獨立自主工作的能力，加深學生對工程問題的認識。

③研究創新型實驗。以擴大知識面，啟發創新意識為目的，培養學生創新能力， 可供有科研興趣的同學選作。學生可盡早接觸工程或科研實際，參加實驗室建設，培養他們靈活運用所學知識解決實際問題的能力。目前已經由學生組裝改造的實驗裝置有2套阻力實驗裝置、2套吸收實驗裝置、8套雷諾實驗裝置。實踐表明，研究創新型實驗由于其鮮明的背景及實用性，特別能激發學生的研究興趣和探索熱情。

實驗教學內容的分層次、工程化，既注重了基礎， 又強化了創新； 既保證了基本訓練， 又注重獨立分析、解決工程實際問題；既考慮到循序漸進， 又激勵因材施教。

3 多媒體與板書相結合的課堂教學模式

化工原理課程涉及的單元操作較多、內容龐雜、原理較難、公式繁瑣、課程任務重以及每個單元操作都有一定的典型設備等特點，在課堂教學中一直采用的是多媒體與板書相結合的教學模式，大量的設備制作成了FLASH動畫，公式均采用板書推導，受到了很好的教學效果。

4 課下學習

課下學習針對難點和重點，為了提高課堂的教學效果，采用制作微課和建設精品課網站等多方位的進行。

微課作為在線學習和移動學習的重要數字化學習資源，因具有以下特征而備受關注：①短小精悍的微型教學視頻；②知識精細化，教學解析化；③教學設計完整性，內容全面性。④形式靈活多樣，應用廣泛[3]。

在新的培養方案下，學生的課程體系多樣化，學習任務繁重，并且目前的學生面對外界各種各樣的誘惑和吸引，學生心里呈現出浮躁，不善于思考等問題，加上大班上課，課堂效率低下，為了更好地配合課堂教學，微課的制作在化工原理教學中起到了舉足輕重的作用。針對難點和重點，每一個完整的知識點通過微視頻的方式呈現給學生，學生可以隨時隨地進行自主學習。

同時化工原理是省級精品課程，網站的維護也是至關重要的。往年的期末卷子和每章節的習題需要及時更新，每年不同學校的考研情況等需要給學生及時反饋。

5 鼓勵學生參加全國化工設計大賽

為了提高學生的工程設計能力和軟件的應用能力，鼓勵學生參加全國化工設計大賽進而實現了化工原理課程設計與畢業設計題目的多樣化?！叭比珖ぴO計大賽設計的內容包括：項目可行性的論證、工藝流程的設計、設備選型及典型設備設計、車間設備布置設計、工廠總體布置設計和經濟分析與評價六個方面，涉及到過程控制、設備設計、化工工藝、計算機、安全評價及環境評價等多個相關專業知識，尤其對軟件的應用能力要求很高[4]。學生往往對實際的應用要比對單純理論學習興趣大，積極性高漲，通過在不同專業之間的組隊參賽，學生相互取長補短，實現學科交叉，熟練應用了多種軟件的操作，比如Aspen plus、AutoCAD、3D Max、SW6等多個化工設計軟件；通過對生產流程的設計及優化，工藝過程的安全性及經濟分析等實現了理論與實踐的完美結合，通過以課程教學為基礎，競賽項目為載體，技術訓練為手段的“三位一體”的創新能力培養模式，多方面培養了大學生的創新思維和工程技能，培養團隊協作精神，增強大學生的工程設計與實踐能力，實踐“卓越工程師教育培養計劃”。

另外，通過大三期間對軟件的學習，把化工原理課程設計有過去單一的設計題目及手工制圖，轉變成了多樣化的設計題目，靈活地運用了計算機對工藝流程的設計和計算機繪圖的技能，從而使大四的本科畢業設計的題目也多樣化了。

6 教師語言

教學語言是教師傳授知識、啟迪智慧、塑造心靈的最基本工具，也是教師最基本的教學技能。在課堂上，教師主要通過自己的教學語言實現對學生的教育。英國教育家威廉亞瑟曾說過：“平庸的教師只是講述，較好的教師是講解，優秀的教師是示范，偉大的教師是啟發?！彼?，教師要根據教學內容、學科特點及教學階段，首先要做到教學語言的規范科學，力求做到精煉準確。其次，用生動幽默、激發思維的教學語言啟迪學生思維，促使學生產生聯想并有所感悟，促使學生深度思考、產生新的思維點，為他們的終身學習和未來發展奠定堅實基礎。

通過以上教學內容的研究與實踐，目的在于教會學生做事情的方法和思想，激發學生上進的欲望，讓學生樹立自己的職業目標，并在團隊中成長、學習、發展的機遇，成就人生。

[1] 李 敏,凌長明,謝愛霞.三種教學法在“傳熱學”教學中的應用和實踐[J].中國電力教育:2011(2):93-94.

[2] 孫 德,李 然,杜長海.工程化觀念在化工原理實驗教學中培養學生綜合素質及創新能力的研究與實踐[J].長春工業大學學報:社會科學版,2010,22(6):125-126.

[3] 何 博,蘭國帥,王祖源,等.基于混合學習的微課教學應用研究[J].中國教育信息化,2014(20):15-17.

[4] 李國鋒,張世英,李 彬.論基于學科競賽的大學生創新能力培養模式[J].實驗技術與管理,2013,30(3):24-26.