以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為導(dǎo)向的化工原理課程教學(xué)改革

謝高藝 馬春平 劉瑩

摘要：針對(duì)當(dāng)前化工原理課程的本科教學(xué)中存在的一些問(wèn)題以及如何培養(yǎng)應(yīng)用型人才，我們從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式四個(gè)方面對(duì)化工原理課程的改革做一些研究，提一些建議。其中，結(jié)合筆者利用“雨課堂”輔助教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)闡述了改進(jìn)化工原理課程教學(xué)方法的初步探索。

關(guān)鍵詞：化工原理；教學(xué)改革；應(yīng)用型人才；“雨課堂”

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）09-0125-03

一、前言

學(xué)習(xí)型社會(huì)的到來(lái)，要求大學(xué)對(duì)傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式進(jìn)行必要的改革，即從學(xué)生的全面發(fā)展以及終身學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成的角度出發(fā)，圍繞著“加強(qiáng)應(yīng)用與聯(lián)系實(shí)際”的目標(biāo)來(lái)進(jìn)行，提高大學(xué)教育對(duì)社會(huì)的服務(wù)功能，增強(qiáng)人才培養(yǎng)的專業(yè)性，提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，從而促進(jìn)學(xué)生向應(yīng)用型人才培養(yǎng)方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)學(xué)校與社會(huì)的無(wú)縫對(duì)接[1]。

二、《化工原理》課程的重要性及面臨的難題

化工原理作為一門(mén)工程類專業(yè)基礎(chǔ)課程，綜合運(yùn)用了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)，分析和解決化工類型生產(chǎn)中各種物理過(guò)程（或單元操作）問(wèn)題，可為科學(xué)實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)之間架設(shè)橋梁。化工原理的學(xué)習(xí)過(guò)程強(qiáng)調(diào)對(duì)工程觀點(diǎn)、定量運(yùn)算和設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際相結(jié)合，從而提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力[2]。化工原理的學(xué)習(xí)可為后續(xù)的化學(xué)工程相關(guān)課程（化學(xué)反應(yīng)工程、化學(xué)分離工程、化工設(shè)計(jì)、化工儀表、化工機(jī)械等）奠定基礎(chǔ)，對(duì)于化工、制藥、釀酒、環(huán)境等專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)尤為重要。然而，化工原理課程具有教學(xué)內(nèi)容多、交叉知識(shí)難度大等特點(diǎn)，“學(xué)生聽(tīng)不懂，不想學(xué)；教師講的累，不愿教”的情況普遍存在。此外，在大多數(shù)普通本科院校的化工原理教學(xué)過(guò)程中，受傳統(tǒng)教育思維模式影響，教師將學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)成簡(jiǎn)單的信息積累與加工，過(guò)于注重知識(shí)的傳授以及解題方法與技巧的講解，但卻忽視了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力與應(yīng)用能力的培養(yǎng)，因而不能引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索學(xué)習(xí)過(guò)程（發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題），這不利于學(xué)生實(shí)踐能力的提升。具體表現(xiàn)在：做畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生不懂得根據(jù)現(xiàn)有的任務(wù)設(shè)計(jì)出合乎要求的傳質(zhì)或換熱的設(shè)備；而對(duì)于剛進(jìn)入工作單位的本科畢業(yè)生，則不會(huì)應(yīng)用三傳的原理解決化工設(shè)備操作過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)際工程問(wèn)題。因此，對(duì)化工原理進(jìn)行教學(xué)改革是很有必要的。

三、《化工原理》課程教學(xué)改革

1.轉(zhuǎn)變教育理念。傳統(tǒng)的“知識(shí)為本”教學(xué)目標(biāo)已不能適應(yīng)新時(shí)代對(duì)人才的要求，本科教育更應(yīng)當(dāng)以學(xué)生為中心[3]，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)全面發(fā)展，即以“能力為本”。為此，化工原理的教學(xué)過(guò)程也應(yīng)該從“知識(shí)傳授”向“知識(shí)獲取”轉(zhuǎn)變。在課堂上，教師不再是滿堂灌的“主演者”，而轉(zhuǎn)變成為激發(fā)學(xué)生探索創(chuàng)新的“主導(dǎo)者”。教師角色的轉(zhuǎn)變要求教師在課前付出更多時(shí)間和精力，為課堂上的教學(xué)做好充分的設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備，這將有利于督促教師把更多的精力放在教學(xué)上，通過(guò)不斷的鉆研提高自己的教學(xué)能力。而教師對(duì)課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)可以借鑒近年來(lái)國(guó)際工程教育改革中取得卓著成效的CDIO教學(xué)模式。CDIO是構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（design）和實(shí)現(xiàn)（imple-ment）、運(yùn)作（operate）的英文簡(jiǎn)寫(xiě)，即先根據(jù)課程內(nèi)容構(gòu)思和設(shè)計(jì)相關(guān)的工程項(xiàng)目，然后在實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作過(guò)程中逐漸培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的一種教學(xué)方式[4]。CDIO教育模式立足于產(chǎn)業(yè)需求，相應(yīng)地，其課程教學(xué)的內(nèi)容亦需根據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。因此，我們可以構(gòu)建校企合作平臺(tái)，以企業(yè)和市場(chǎng)的發(fā)展需求指導(dǎo)化工原理教學(xué)體系的優(yōu)化。通過(guò)企業(yè)平臺(tái)和實(shí)訓(xùn)基地的實(shí)踐活動(dòng)，一方面，加強(qiáng)化工原理知識(shí)的應(yīng)用。另一方面，調(diào)整化工原理課程理論知識(shí)的教學(xué)方向。通過(guò)將學(xué)習(xí)過(guò)程和實(shí)踐過(guò)程相交融，從根本上提升學(xué)生的實(shí)踐能力，從而培養(yǎng)出合乎企業(yè)要求的畢業(yè)生隊(duì)伍。

2.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。如果化工原理的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用不能很好地融合在一起，學(xué)生就無(wú)法認(rèn)識(shí)到課程知識(shí)的重要性，學(xué)習(xí)的興趣和欲望以及主觀能動(dòng)性就會(huì)大為降低，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)質(zhì)量大幅降低。不理想的學(xué)習(xí)效果不僅會(huì)打擊學(xué)生的自尊心與自信心，還會(huì)使其對(duì)化工原理課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭煩和畏懼心理，最終形成惡性循環(huán)。因此，在教學(xué)的過(guò)程中，必須處理好理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)系，在介紹理論內(nèi)容時(shí)可以適當(dāng)減少公式的推導(dǎo)過(guò)程，而更多地強(qiáng)調(diào)相應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用背景，使學(xué)生深刻理解各種概念、公式的物理意義。比如：講授伯努利方程時(shí)，我們提問(wèn)：“為什么火車進(jìn)站時(shí)不能離火車太近？為什么兩艘齊頭并進(jìn)輪船在行駛時(shí)會(huì)越來(lái)越靠近？”加深學(xué)生對(duì)靜壓頭和動(dòng)壓頭相互轉(zhuǎn)變的認(rèn)識(shí)；在講授多層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí)，我們提問(wèn)：“氣溫下降，應(yīng)添加衣服，應(yīng)把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？”促進(jìn)學(xué)生理解不同熱導(dǎo)率材料的位置對(duì)傳熱速率的影響。另一方面，在介紹實(shí)踐內(nèi)容時(shí)則多注意理論的指導(dǎo)作用，比如在講解離心泵的安裝高度要求時(shí)，我們通過(guò)機(jī)械能衡算式來(lái)分析液體壓強(qiáng)的變化，引出“汽蝕”的概念；在講解換熱器的強(qiáng)化途徑時(shí)，我們從傳熱速率方程出發(fā)，分別講解傳熱面積、對(duì)數(shù)平均溫度差、傳熱系數(shù)對(duì)換熱器效率的影響。

3.改進(jìn)教學(xué)方法。在傳統(tǒng)的化工原理課堂里，教師念講稿、抄板書(shū)、指導(dǎo)學(xué)生做練習(xí)題，課堂氣氛比較沉悶，而學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，學(xué)習(xí)效率較低。此外，化工原理內(nèi)容多，過(guò)多的板書(shū)不利于教師在有限的課堂時(shí)間里完成規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，盡管可以通過(guò)補(bǔ)課來(lái)彌補(bǔ)，但補(bǔ)課增加了教師和學(xué)生的負(fù)擔(dān)，也不利于提高教學(xué)效果。因此，把信息化教學(xué)資源與現(xiàn)代化的教學(xué)手段引入課堂是化工原理教學(xué)改革的必經(jīng)之路。利用多媒體進(jìn)行課堂教學(xué)，不僅能將抽象概念簡(jiǎn)單化，提高課程容量和質(zhì)量，彌補(bǔ)縮減課時(shí)所帶來(lái)的不便，還可以將各類型設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及工作狀況生動(dòng)地顯示出來(lái)，使學(xué)生不進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)就可以全方位地了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)與操作。此外，還可以充分利用東方、歐貝爾等化工原理仿真工具輔助教學(xué)，使教學(xué)過(guò)程更為生動(dòng)、形象，全面提升教學(xué)效果。然而，如果過(guò)分依賴現(xiàn)代技術(shù)，無(wú)論講什么內(nèi)容都依靠投影儀，課堂全程沒(méi)有一個(gè)字的板書(shū)，同樣也無(wú)法達(dá)到良好的教學(xué)效果。因?yàn)閱渭兊腜PT講解，教師不容易把控教學(xué)的速度，對(duì)于能力比較強(qiáng)的學(xué)生來(lái)講也許可以勉強(qiáng)聽(tīng)懂，但基礎(chǔ)差、學(xué)習(xí)習(xí)慣也不是很好的學(xué)生很難跟上教師的教學(xué)思維。因此，有必要將現(xiàn)代多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)相結(jié)合，協(xié)同提高教學(xué)效果。因?yàn)檫m當(dāng)?shù)陌鍟?shū)有助于提高學(xué)生注意力，并且使課堂的節(jié)奏變緩，課堂上張弛有度才有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的消化。以習(xí)題解析的教學(xué)為例，教師可以利用板書(shū)與學(xué)生一起分析解題思路，提高學(xué)生的注意力，增加互動(dòng)性，然后利用PPT把解題過(guò)程放映出來(lái)，節(jié)省公式書(shū)寫(xiě)、結(jié)果計(jì)算的時(shí)間。此外，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容或不同層次的學(xué)生，教師可以采取啟發(fā)式、探究式、討論式、問(wèn)題牽引式、精講多練、理論聯(lián)系實(shí)踐等不同的教學(xué)模式與教學(xué)方法，揭示知識(shí)的發(fā)生過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，從理解現(xiàn)象到發(fā)現(xiàn)或提出問(wèn)題，再到參與討論，最終解決問(wèn)題，逐漸培養(yǎng)學(xué)生分析、對(duì)比、歸納、總結(jié)的能力和嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的邏輯思維，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不僅掌握了化工原理知識(shí)，還獲得了掌握知識(shí)的方法。

在化工原理的教學(xué)過(guò)程中，筆者采用學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的智慧教學(xué)工具——“雨課堂”進(jìn)行輔助教學(xué)，獲得了一定的成效。有了“雨課堂”的輔助，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)不再受時(shí)間、地點(diǎn)的制約而實(shí)現(xiàn)其個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要，而非局限于傳統(tǒng)的課堂[5]。課前，我們通過(guò)“雨課堂”來(lái)發(fā)布任務(wù)單與課件，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，通過(guò)任務(wù)了解課堂上的重點(diǎn)、難點(diǎn)，對(duì)同學(xué)們?cè)陬A(yù)習(xí)過(guò)程中點(diǎn)了“不懂”的PPT，上課時(shí)重點(diǎn)講解。課堂上，我們可以隨時(shí)發(fā)布課堂練習(xí)題來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生聽(tīng)課的效果，學(xué)生可以通過(guò)“彈幕”發(fā)表討論，活躍課堂氣氛。課后，學(xué)生能夠借助“雨課堂”的“討論區(qū)”模塊對(duì)學(xué)習(xí)中的重難點(diǎn)及疑難問(wèn)題展開(kāi)討論，這樣既可以有效消除學(xué)生提問(wèn)的膽怯心理，又實(shí)現(xiàn)了同學(xué)間的互教互學(xué)。另一方面，我們也可以通過(guò)查看和參與討論，在對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)給予及時(shí)的指導(dǎo)和鼓勵(lì)的同時(shí)，更充分地了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解及掌握情況。

學(xué)生學(xué)習(xí)效果的決定因素是學(xué)習(xí)主動(dòng)性與參與積極性，而要調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，首先要營(yíng)造良好的課堂氛圍、建立融洽的師生關(guān)系。在課堂上，前十分鐘學(xué)生的聽(tīng)課注意力是最集中的，超過(guò)十分鐘注意力就會(huì)逐漸下降。因此，我們?cè)谥v解完一個(gè)大的知識(shí)點(diǎn)或者講課時(shí)間超過(guò)十分鐘時(shí)，通過(guò)“雨課堂”發(fā)布習(xí)題進(jìn)行測(cè)試（主要采用客觀題的形式），學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間選擇答案后，PPT屏幕上馬上顯示出學(xué)生答題的結(jié)果。隨后，讓回答正確的學(xué)生三五成群地給其他同學(xué)講解，這樣既檢驗(yàn)了學(xué)生聽(tīng)課的效果，使學(xué)生有學(xué)習(xí)的成就感，又可刺激學(xué)生提高注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生們參與、互動(dòng)的積極性，從而活躍課堂氣氛。其次，教師要精心設(shè)計(jì)多種教學(xué)情境來(lái)激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，筆者再給釀酒專業(yè)的學(xué)生講解“蒸餾”這一章的理論知識(shí)前，先讓學(xué)生討論他們比較熟悉的釀酒過(guò)程，充分活躍課堂氣氛并激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣后，再以釀酒過(guò)程需要通過(guò)蒸餾對(duì)粗酒進(jìn)行濃縮，進(jìn)而引入蒸餾的理論知識(shí)的教學(xué)。

4.完善考核機(jī)制。科學(xué)合理的考核評(píng)價(jià)機(jī)制可以比較全面、準(zhǔn)確地反映教學(xué)的成效。我們以往對(duì)化工原理課程的考核方式（考勤10%、課堂表現(xiàn)10%、課后作業(yè)10%、期末考試70%）過(guò)于偏重期末考試的成績(jī)，導(dǎo)致學(xué)生平時(shí)不用功，只期望利用考前的臨時(shí)突擊復(fù)習(xí)取得比較好的成績(jī)，這樣不利于提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力。因此，學(xué)生成績(jī)考核機(jī)制必須改進(jìn)，筆者認(rèn)為可以采取考勤（10%）、課后作業(yè)（10%）、課堂小測(cè)驗(yàn)（20%）、課外小設(shè)計(jì)（20%）與期末閉卷考試（40%）相結(jié)合綜合考核方式，弱化期末考試的比重，更加側(cè)重知識(shí)獲取的過(guò)程以及能力的培養(yǎng)。增加課堂小測(cè)驗(yàn)，一方面，可以保障課前任務(wù)得以認(rèn)真完成，因?yàn)槠胀ū究圃盒W(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自控能力較弱，如果沒(méi)有相應(yīng)的考核措施，很多學(xué)生不會(huì)根據(jù)發(fā)布的課前任務(wù)去認(rèn)真預(yù)習(xí)。另一方面，可以及時(shí)檢驗(yàn)任務(wù)的完成情況和完成效果，強(qiáng)化提高學(xué)生平時(shí)的聽(tīng)課效率，使學(xué)生盡可能在課堂中吸收和消化所講授的內(nèi)容。化工原理是一門(mén)工程類課程，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。因此，可以在每個(gè)單元內(nèi)容講授完畢后的特定時(shí)間（一般1—2星期）都進(jìn)行一項(xiàng)小設(shè)計(jì)考核。所有學(xué)生分組抽取設(shè)計(jì)題目，并在課堂上對(duì)本組設(shè)計(jì)思路、成果進(jìn)行展示，一方面，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和集體榮譽(yù)感；另一方面，提高學(xué)生口頭表達(dá)、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力[6]。

四、結(jié)論

綜上所述，我們針對(duì)當(dāng)前本科院校在化工原理課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，結(jié)合化工原理課程的特點(diǎn)，以學(xué)生為中心，以提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)為目標(biāo)，從教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)方法的改進(jìn)以及考核機(jī)制的完善等幾個(gè)方面進(jìn)行了改革探索，為培養(yǎng)具有工程概念的應(yīng)用型人才打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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