基于應用型人才培養的化工原理實驗項目化教學模式研究

譚鳳玉,周曉玉，李 松，李金輝,趙 丹

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

項目化教學通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力[1]。項目化教學以項目目標作為行動導向，以項目課程載體，以學生為主體，由學生自主構建知識框架，并與實踐技能融合，成為教學方法研究的焦點。項目化教學的指導思想是將一個獨立的項目或任務交給學生，教師起輔助作用，讓學生自主把握和完成每一環節，增強實踐技能和分析解決工程問題的能力。教學目標從理論知識的學習向培養工程技術實踐應用能力轉變，人才培養目標從傳統型向應用型人才轉變。

1 項目化教學的必要性

化工原理實驗是將化工原理課程理論知識轉化為實踐操作的橋梁，具有較強的工程應用性。化工原理實驗課程重視工程基本概念和基本理論，主要研究各種典型單元操作過程中的基本原理及常用設備的構造，設備選型及工藝計算[2]。化工原理實驗是一門重在強調實踐性和工程觀的課程，項目教學法與化工原理實驗的有機結合，教師利用工程技術優質資源，開展教學活動、改進教學方法、實施教學評價等，學生利用實踐，提高分析和解決實際問題的能力，充分激發主動思維和創造思維，使課堂教學結構由傳統的“以教為主”向“以學為主”轉變，真正培養學生的創新能力和實踐能力。

我校于2014年成立了化工原理實驗室，總面積240平方米，擁有篩板精餾塔實驗裝置、傳熱系數測定實驗裝置、氣體吸收及塔效率測定實驗裝置、流體力學綜合實驗裝置等14套大型化工原理實驗裝置。面對全校開設了相關專業化工原理實驗教學大綱及培養方案要求的單元設備操作：離心泵曲線、恒壓板框過濾、雷諾實驗、伯努利方程、傳熱、精餾、干燥、吸收、萃取、流體流動等，主要分為專業基礎型實驗、化工虛擬仿真實驗、綜合應用型實驗、設計型實驗四個層次。近年來，六盤水師范學院積極響應高等教育政策，以轉型發展為主，將人才培養目標定位為“應用型人才”，著力培養教師、工程師等應用型人才。在我院培養應用型人才和進行教學示范中心建設的過程中，發現傳統的化工原理實驗教學內容及方法無法滿足應用型人才培養的目標，需要改革教學模式等而引入項目教學法。

2 項目化教學應用研究

化工原理實驗項目化教學，是以實際或者虛擬項目為載體，以完成項目任務為實踐中心來組織、編排課程內容，并以完成項目為主要的課程學習方式，讓學生經歷有項目任務、有產量產出的獨立工作、團結協作、成果展示、經驗總結等一系列完整的工作過程[3]。其目的在于加強課程內容和工作之間的相關性，整合理論與實踐，提高學生職業能力的培養[4-5]。以我院組織學生參加"全國大學生化工實驗大賽"為契機，化工原理實驗項目化教學采用"完整的行動模式"將一個獨立的項目或任務交給學生去完成，變單一性學習為協作型學習。

2.1 制定計劃

項目教學法應用于我院化工原理實驗課程，主要是以單元設備操作為主，結合化工專業人才培養方案，制定相應的教學大綱，編寫教案。分析項目設計的要素及評價條件，合理制定項目教學法實施前的工作計劃，比如制定調查問卷， 進行問卷調查等。以及合理制定項目教學法的具體實施過程、計劃，如項目制定、項目實施規劃、項目評價體系制定等，有步驟有目的的實施教學。

2.2 項目制定

在制定實驗項目前，對學生進行訪談和問卷調查，針對化工原理課程所學的單元設備單獨或者串聯操作制定相關實驗項目。精餾利用回流分離混合物得到高純度產品，是化工應用中基本的單元操作，大部分有機化工工廠都需要類似的裝置進行液體混合物的產品分離和物料提純。項目以某石油化工廠裂解氣體分離車間為例，通過吸收塔脫除裂解氣中的二氧化碳。液體混合物濃度、吸收劑用量及溫度、進料條件、塔板數量、進料板位置選擇、塔的操作溫度及壓力條件、產品分離要求等數據均來源于實際工廠。設計六個子項目：

(1)分離方法及單元設備選擇-吸收；(2)吸收塔基本理論知識的掌握；(3)工藝流程圖繪制；(4)模擬裝置的搭建；(5)吸收塔的實際操作；(6)產品分析測試。

2.3 項目實施

項目實施過程大致如下：(1)明確項目目的、教學內容要點及評價規則；(2)通過自編實驗講義提供必需的資料，進行必備的知識技能學習，比如Aspen Plus，CADWORX等；(3)各個單元設備操作任務的學生完成情況；(4)教師考核、綜合評價項目實施效果和總結反饋信息。

2.4 項目評價

項目評價體系主要內容、形式如下：(1)研究思路是否明了、邏輯是否合理；(2)工作態度是否端正；(3)理論知識掌握是否扎實、操作技能是否熟練；(4)工藝流程的物流走向及設備進出口模型建立是否合理；(5)工藝流程的操作界面(圖紙層面)是否規整；(6)流程模擬結果的可靠性與準確度；(7)對比實際工程生產數據，比較工藝優化結果的偏差大小；(8)節能優化是否合理、是否符合環保要求等；(9)學生自評互評體系；(10)解決工藝問題創新性等其他可靠的評價指標。

2.5 信息反饋

項目信息反饋主要內容如下：(1)通過化工原理實驗項目化教學，折射出傳統的教學模式存在的問題；(2)對比項目教學法實施前后，學生對化工原理實驗課程的認知水平是否有所提高和改變；(3)學生是否愿意參加項目化教學模式的課程學習，以及參加后的感受；(4)通過項目化教學，學生的創新能力、實踐能力、工程技術能力及思維能力的提升作用；(5)通過項目化教學，對培養應用型人才的促進作用、課程更新作用以及及學校辦學進程的推動作用。

3 項目化教學效果評價

通過化工原理實驗課程的項目化教學模式和教學內容改革研究，激發了學生對該課程的學習興趣，提高了學習的主動積極性，同時課程的教學效果得到很大提升，促進教學模式改革，極大地推動了我校應用型人才的培養。

3.1 明確教學和學習目標

在項目化教學實施的過程中，教師有明確的教學目標，學生也有專一的學習目標。教師根據化工專業人才建設方案，制定相關的人才培養目標，構建合適的課程結構體系，編制化工原理實驗課程教學大綱，分配教學任務。學生在學習的過程中，明確項目任務和實驗目的，在完成項目的過程中，不斷提高運用化工原理理論知識和信息技術手段分析解決工程問題的能力。

3.2 激發學生主動性學習

在項目化教學過程中，學生帶著有目的的產出任務去完成項目，激發學生自主學習的熱情和提高獨立分析實際生產中遇到此類問題的能力。在完成實驗項目的過程中，學生自主查閱及搜集文獻資料、設計實驗方案、制定實驗計劃、實施實驗方案、改進實驗方案、完成項目任務、分析問題、總結經驗，始終處于主動的學習地位，其學習能力和分析、解決問題的能力得到大幅度提高。

3.3 提高學生工程技術能力

近年來，我校以轉型發展為主，結合地區礦產資源等區位優勢，積極推進“產-學-研”合作。學生進入企業學習、實踐鍛煉，把所學的課本理論知識投入到工廠生產過程中，同時，通過實際接觸設備，使得理論知識得到鞏固和深化，從表象認識上升到動手操作，不斷提升自己的工程認知水平和知識轉化的能力。在項目化教學過程中，學生根據項目任務，明確項目需要達到的目的，學習必需的理論知識，并將其應用到實際項目中。項目完成后，總結經驗并將其轉化為實踐技能，用于分析解決實際的工程操作問題。總之，通過項目化實踐教學，學生的工程認知水平和技術能力得到提高。

3.4 提高儀器設備利用率

在未實施項目化教學之前，傳統的化工原理實驗模式停留在驗證性和綜合性實驗上。課程結束后，形成"人走門關"的現象。在未進行項目化教學之前，化工原理實驗相關設備裝置僅在教學時段內開設化工原理實驗，其他時間大部分設備處于閑置狀態，儀器使用率較低。在開展項目化教學后，學生可以結合自己的課程安排，靈活合理地規劃實驗時間，合理利用相關化工原理實驗設備，使其處于運轉生產狀態，儀器裝置的利用率大大提高。

4 結束語

項目化教學法實施的過程中，融入了虛擬仿真、互聯網等信息技術，教學質量得到大幅提升。學生處于主體地位，獨立分析、思考，通過教師的引導，打破了傳統的“教師講什么，學生就學什么”的教學格局。以學生為核心，以完成項目任務為目標，激發學生對該門課程的學習興趣，促進學生在團結協作、交際溝通等能力提高，培養學生團體意識和創新精神。通過化工原理實驗課程的項目化教學實踐，教師的教學目標和學生的學習目標都很清晰，學生的主體地位得到體現，提高了學生綜合運用專業知識解決工程技術問題的能力。結合我校應用型人才培養目標，充分利用六盤水地區豐富的煤炭、礦產資源，努力培養符合社會需求的應用型人才。