淺談化工原理課程教學實踐中理解思考與創新

楊福 李露露 王旭裕 商丹紅 袁愛華

(江蘇科技大學環境與化學工程學院，江蘇 鎮江 212003)

1 概述

化工原理是一門應用型的工學學科，是為解決化學工業生產過程中工程問題的一門技術基礎課程[1]。因此，化工原理課程教學在整個化工工業中具有舉足輕重的地位，化工原理課程的教、授也是在為培養下一代化工人做最堅實的鋪墊。眾所周知，化學工業是將原料通過物理化學的方法加工得到有用產品的工業，其涉及到的化工工程就是化學工業生產的過程，這其中需要解決的就是工程和工藝的問題。

化工原理作為研究化工生產中具有共同性工程問題的學科，因此這也決定了這門課程形式與內容。其培養目標是使學生在學習該課程后擁有工程定量計算的能力，并具備一定的工程觀點，實驗技能和設計能力。對比于其他的基礎理論學習課程，化工原理課程所涉及的內容多，包含質量傳遞、動量傳遞、熱量傳遞三塊，并且其公式復雜、理解難，學習過程需要學生具備較強的理論推導和經驗實踐總結概括能力。該課程與本科階段的基礎化學化工課程相互滲透，綜合性、實踐性強，課程難度大。因此，探索高效的化工原理課程教學方式對于化工專業本科生教學具有重要的意義。

1.1 學生學習反饋與思考

化工原理的學習要求學生具備堅實的物理和化學的知識背景和框架，課程中涉及的公式原理復雜，但其構成知識點卻是大家在之前的基礎課程學習過程中應該掌握的內容。因此，課程初期學生在學習后普遍反映課程的理解難度大。基于課程學時的要求，化工原理課堂教學講解知識點內容較大，并且無法對學生進行細致的分析，這也造成了學生僅僅通過課堂教學無法完全接受老師所講授的全部知識內容。因此，化工原理課程學習除開要求學生完成課堂基本的學習時間還需要適當增加化工原理課后的學習，并且能夠根據老師課堂內容加以梳理與進一步理解。此外，新時代網絡高速的發展也給學生提供了在課堂之外尋找更多教學視頻與學習資源的機會。例如，慕課的在線學習可以提供學生在無法完全理解課堂知識點的情況下利用課余時間進行復習和溫課[2]。此外網絡視屏bilibili網站也給學生提供了線上的免費視屏課程，其視屏課程包含了包括北京化工大學，南京工業大學等化工類名校化工原理教學名師的完整視屏課程。這可以為學生在課后內容溫習提供很好的平臺學習機會。也有助于學生在課后找到適合自身學習的網絡資源。

于學生而言，化工原理課程的學習需要學生對化學工業過程有基本的認識，這就需要學生能夠更多的關注工業案例，并能夠結合工程案例理解化工單元操作過程的基本原理與原則。其次，學生在學習過程中要學會綜合利用數學、物理等學科知識，分析并研究單元操作及其設備的計算、設計、操作、優化及過程強化，這也需要學生在課程設計及化工原理實驗過程中進一步的理解和下功夫。此外，學生在學習化工原理專業課程中對所涉及的公式原理理解與運用還在于課后習題的聯系。課后習題對于進一步理解化工原理中推導所得的公式具有重要的意義。尤其是在公式繁冗的情況下，通過習題的練習可以快速地讓學生掌握公式的適用范圍和真正理解推導所得公式的意義。

1.2 任課教師再學習

化工原理的課程知識點復雜，這本身也對任課教師產生了較大的壓力，例如，相同時間下如何能夠把課程內容清晰準確無誤的傳授給學生也考驗了教師本身對化工原理的理解與課程整體的把控。隨著整體化工行業的蕭條，化工專業大學課程中對于化工類學生的培養也出現了新的模式，大多數化工類高校對碩士研究生和博士研究生的培養開始避開傳統化工體系的培養模式，而把更多的精力投入到信息時代中涉及的新材料、新能源的產業工業。因此，即使化工專業學生在本科階段接受了較為系統化工專業的培養，但在研究生甚至博士期間疏于對傳統化工操作過程的學習而荒廢更深層次的化工技術訓練。目前，大多高校引進年輕教師對化工原理甚至是化工專業課的教學出現嚴重脫節[3]。筆者認為，化工原理課程教師應該能夠重視起自身的再學習與實踐，能夠在教學與學習過程中深層次地向老一輩化工專業教師討教經驗，通過自身學習的新知識體系進一步理解和完善對課程的理解，并能夠在教學和研究實踐中推廣工業過程研究與發現，把新技術和傳統化工過程的創新結合作為目標。此外，高校教師應當能夠利用好網絡時代背景下學習與教學資源，通過先進的教學模式與技術，進一步推動學生學習的興趣，幫助學生在學習過程克服課程學習的困難。結合疫情期間的線上教學模式與探索，總結線上教學的學生學習狀況表現及得失，高校教師應當能夠充分地把握先進的教學成果與模式，進一步探索更適合當代大學生的教學方式。

1.3 細化課本內容

化工原理課本內容所涉及的復雜公式推導與理論對學生的學習帶來了較大困擾，尤其，在書本內容追求簡潔的要求下，很多對于公式的推導和理論解析變得非常簡單，因此學生單獨只根據書本的自學幾乎無法完成獨立自主的學習過程。并且，自習過程中往往會被個別公式推導卡主而無法進行后續的理解，對大學生而言，大教室條件下課堂教學相對于高中的教學效率更低，學生無法近距離的和老師互動或探討，但課堂遺留的問題也很難在課后通過自學完成，這也造成了化工原理課程教學存在的大的障礙。筆者認為，化工原理課程書本應當能細化公式理論的解析，通過相應的注解引導學生能夠獨立自主地完成課堂外的學習。此外，針對不同專業對化工原理課程要求的不同應當顯著區分課程書籍，并根據專業特點安排學習章節。

1.4 實驗與課程設計創新

化工原理是針對實際生產的學科，因此，本課程的實驗教學與課程設計創新也應當緊隨本科教學的腳步，尤其是針對化工原理實驗，傳統的實驗與線上的虛擬仿真模擬技術應該在學生學習過程中加以推廣，例如，傳統的動手實驗可以讓學生體驗真實的化工生產分離過程，但對于依托儀器進行的精餾或者吸收卻很難讓學生真正的了解整個過程的發生。虛擬仿真可以讓學生進一步的理解和探索化工單元過程中所涉及的實驗儀器及分離過程的發生。并且線上虛擬仿真可以讓學生更準確地獲得實驗數據，并加以自由探索設置。另外，教學課程中的課程設計可以進一步引入創新課題調動學生在學習化工原理知識以后充分的理解與運用，適當地安排學生進入實驗室參與一定的實驗并創新，將會對化工原理本科教學產生積極的影響。

此外，化工原理課程設計應當充分引入新的化工技術，并能夠通過開放的課題的設置引導學生進一步開闊自己的發散思維，通過小組成員間的討論與合作促進學生在課程設計過程中對化工過程與工藝有深入的了解，并優選出最佳的工藝路線和進行工藝改進。此外，課程設計應當充分給予學生自主創新的空間，并通過課程設計與實際的工藝對比讓學生發現課程設計過程中缺少的考慮因素等。

1.5 反饋評價與教學成效的綜合提升

化工原理教學過程中應當實時的建立教師與學生的溝通機制，教師針對學生每節課的課堂表現和不足做出課堂反饋和評價，同時學生在課堂教學結束后也應當通過合理的表達機制向老師反饋課堂知識接受情況。學生會根據教師對自己或者他人的反饋做出不斷調整自己、提升自己，同時教師的表達和展示也會無形之中影響著學生，發揮教師的言傳身教的隱形功能。這種雙向的反饋評價機制有助于學生和老師實時掌控自己的學習情況。但是這種反饋機制需要有合理的評價模式與平臺，這仍然需要學校層面給予教師和學生最大的支持。此外，教學成效的體現也需要通過實時的監測和反饋，并不能完全按照期末的考試成果來評價教師和學生的學習與教學情況。

1.6 化工人使命感的培養

化工行業的發展歷史悠久，從老一輩科學家對單元操作過程中基本理論的探索、化工單元操作體系的建立到今天化工行業的快速發展可以說與我們所學習的化工原理課程的專業基本知識是密不可分的。我們在學習化工原理過程也深感老一輩科學家在為基礎知識領域鋪墊做出的巨大努力與貢獻。從靜力學方程、伯努利方程、范寧公式等無不傾注的他們的心血，也為工業的實際設計與操作打開了前進的大門，這其中各種公式的演化與經驗參數的設定可以說離不開科學家們不辭辛苦的大膽設想與小心求證。但是，化工行業在現今社會作為一種傳統工業受到環境、社會等巨大的沖擊和挑戰，對化工行業的發展已經提出了更高的要求，這也要求我們在培育新的化工接班人是需要賦予他們新的使命感和責任。因此，在化工原理授課過程中教師們應當結合現如今的化工發展趨勢，把新的理念與老一輩科學家對化工過程研究的深厚情愫慢慢地滲透到知識的傳遞中，讓學生們在化工原理的學習過程中逐步培養出對化工的情感，并帶著這份光榮的使命感繼續前行把傳統化工行業發展的更為出色。

2 結語

化工原理是本科教學中重要的專業性課程，具有顯著工程性和應用性的特點。隨著工業和學術的不斷創新，對化工原理課程教學也提出了更高的要求，因此，課程創新與教學模式的探索刻不容緩，教學過程中更要注重理論教學與生產實踐相結合。本文結合化工原理課程的教學特點，從各個方面淺談了該課程的教學改革措施，并結合自身的科研學習感悟對其進行了初步地論述。