關(guān)于師范院校制藥工程專(zhuān)業(yè)化工原理課程教學(xué)改革的思考和探討

（湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 湖南 410000）

《化工原理》是化工、制藥工程等工科專(zhuān)業(yè)的主干必修課，承擔(dān)著由理論到工程，由基礎(chǔ)到專(zhuān)業(yè)的橋梁作用，是具有很強(qiáng)理論性和實(shí)踐性的重要基礎(chǔ)課程，分析和解決工業(yè)生產(chǎn)中單元操作的工程學(xué)科。教學(xué)內(nèi)容包括“三傳”的基礎(chǔ)理論研究、常見(jiàn)單元操作的規(guī)律和典型設(shè)備應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生具有優(yōu)選單元過(guò)程所需典型設(shè)備的能力和優(yōu)化生產(chǎn)工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)能力。同時(shí)為學(xué)生學(xué)習(xí)工藝學(xué)、設(shè)備與車(chē)間設(shè)計(jì)、分離工程等后續(xù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。

制藥工程專(zhuān)業(yè)是一個(gè)化學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)（中藥學(xué)）和工程學(xué)交叉的工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)，面向制藥及相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域，培養(yǎng)具備化學(xué)、藥學(xué)、生物和工程綜合基礎(chǔ)知識(shí)，具有解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力和素養(yǎng)，能從事產(chǎn)品生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理、技術(shù)改造和新品研發(fā)等方面工作的工程技術(shù)人才。制藥過(guò)程所涉及的一些物理、化學(xué)過(guò)程，主要有傳質(zhì)過(guò)程、傳熱過(guò)程、流動(dòng)過(guò)程、反應(yīng)過(guò)程、機(jī)械過(guò)程、熱力學(xué)過(guò)程等。這些物理、化學(xué)過(guò)程，構(gòu)成了制藥工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程，所以化工原理是制藥工程專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程。

師范學(xué)院的工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)是基于適應(yīng)地方社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要逐步建立和發(fā)展起來(lái)的，普遍存在著建設(shè)時(shí)間短、底子薄、實(shí)踐教學(xué)條件薄弱等困難和不足，因此，與綜合性高校或理工科院校相比，容易出現(xiàn)學(xué)生“理強(qiáng)工弱”、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足等弱點(diǎn)。

如何針對(duì)師范類(lèi)學(xué)校制藥工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和分析、解決工程問(wèn)題的能力，與有理論、會(huì)分析、能動(dòng)手的高素質(zhì)、應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)相吻合，已成為化工原理教學(xué)改革的重要方向。本文根據(jù)多年的化工原理教學(xué)工作，對(duì)師范類(lèi)學(xué)校制藥工程化工原理課程的教學(xué)提出一些探索性的思考和探討。

1.化工原理課程教學(xué)中存在的一些困難和問(wèn)題

湖南師范大學(xué)制藥工程專(zhuān)業(yè)選用陳敏恒等編著的化工原理第四版教材，分為上下兩冊(cè)，全書(shū)共有14章內(nèi)容，內(nèi)容相當(dāng)豐富，教學(xué)任務(wù)重。原先沿用傳統(tǒng)的教師講授、學(xué)生聽(tīng)課的模式，教學(xué)效果不盡如人意，大多數(shù)學(xué)生反饋化工原理難度大，期末測(cè)驗(yàn)的結(jié)果不及格率偏高。具體如下：

(1)課程內(nèi)容豐富，難度較大

化工原理是一門(mén)理論聯(lián)系實(shí)踐的綜合性基礎(chǔ)課程，以動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞“三傳”為主線(xiàn)，涵蓋了流體輸送、過(guò)濾、熱量傳遞、精餾、吸收等化工生產(chǎn)過(guò)程中常用的各種單元操作，每個(gè)單元操作的章節(jié)又包括了基本原理、主要計(jì)算和典型的設(shè)備，內(nèi)容非常豐富，知識(shí)點(diǎn)多而分散。

同時(shí)，化工原理對(duì)于學(xué)生的要求較高，不僅要有扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理化學(xué)等先導(dǎo)課程的知識(shí)基礎(chǔ)，還要求學(xué)生善于知識(shí)的歸納總結(jié)和融會(huì)貫通的能力。學(xué)生普遍反映化工原理的學(xué)習(xí)難度大，知識(shí)點(diǎn)晦澀難懂。從考試的成績(jī)來(lái)看，化工原理也是及格率相對(duì)偏低的課程之一。

(2)教學(xué)形式單一，學(xué)習(xí)興趣不高

作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，化工原理一般在二年級(jí)開(kāi)課，在此之前學(xué)生主要以高等數(shù)學(xué)、英語(yǔ)、大學(xué)物理等基礎(chǔ)理論課學(xué)習(xí)為主，對(duì)于專(zhuān)業(yè)和工程實(shí)踐幾乎沒(méi)有接觸，對(duì)于化工原理所涉及的工業(yè)裝置幾乎一無(wú)所知。因?yàn)槟吧?，學(xué)生對(duì)化工原理的學(xué)習(xí)興趣普遍不高。

受學(xué)時(shí)和教學(xué)條件的限制，化工原理的教學(xué)一般以教師講授為主，尤其基礎(chǔ)理論的講解主要以公式推導(dǎo)為主，課堂氣氛一般比較凝重，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣。

(3)理論與實(shí)踐有些錯(cuò)位，學(xué)生比較迷茫

化工原理主要講解經(jīng)典的單元操作和設(shè)備，而這些單元操作和設(shè)備在二十世紀(jì)就已比較成熟，部分設(shè)備因技術(shù)進(jìn)步而被淘汰，例如噴淋式蛇管換熱器已被列管式換熱器或板式換熱器所取代。這導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)化工原理后，對(duì)于如何在生產(chǎn)實(shí)踐中選擇和優(yōu)化單元操作仍然比較迷茫。

2.化工原理教學(xué)改革措施

為提高課堂效果，增強(qiáng)學(xué)生分析處理工業(yè)中工程技術(shù)問(wèn)題的能力，針對(duì)前期發(fā)現(xiàn)的化工原理課程教學(xué)過(guò)程中存在的課程難度大、教學(xué)形式單一、學(xué)生積極性不高等問(wèn)題，我?；そ萄惺医梃b其他學(xué)校的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)制藥工程專(zhuān)業(yè)化工原理課程教學(xué)進(jìn)行了改革和探索，取得了較好的教學(xué)效果。

(1)重視緒論教學(xué)，培養(yǎng)興趣

緒論是化工原理正式教學(xué)的簡(jiǎn)介課，是整個(gè)課程的概述，更是課程的第一課，因此，對(duì)于課程的導(dǎo)入尤為重要。作為課程的開(kāi)篇，緒論課的教學(xué)自由度是全課程最大的，對(duì)于授課者的要求也是最高的，良好的緒論教學(xué)不僅為課程的講授樹(shù)立了良好的開(kāi)端，更能激發(fā)學(xué)生的求知欲望和興趣，為后續(xù)的教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

我?；ぴ碚n程在第三和四學(xué)期開(kāi)設(shè)，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論和一定的理論化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，比較缺乏工程經(jīng)驗(yàn)和工程思維，容易產(chǎn)生化工原理只是簡(jiǎn)單的物理過(guò)程和設(shè)備。當(dāng)深入學(xué)習(xí)后遇到困難就容易對(duì)課程失去興趣。

緒論課一般為2個(gè)學(xué)時(shí)，不可能面面俱到，必須突出重點(diǎn)，即激發(fā)興趣和培養(yǎng)工程思維。首先，在緒論教學(xué)中將化工與生活聯(lián)系起來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊的現(xiàn)象，并用化工原理知識(shí)進(jìn)行合理解釋。例如，“為什么宿舍樓的水往高處流？”引出流體流動(dòng)，“為什么冬天要穿羽絨服？”引出熱量傳遞，等等問(wèn)題。通過(guò)生活例子的講解，拉近理論與生活經(jīng)驗(yàn)之間的聯(lián)系，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；其次，提出過(guò)程平衡和速率，解釋平衡關(guān)系說(shuō)明過(guò)程的可能性，速率關(guān)系解決過(guò)程的可行性，兩者共同決定過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，樹(shù)立學(xué)生的工程思維。最后，通過(guò)展示高年級(jí)學(xué)生的見(jiàn)習(xí)和實(shí)習(xí)的圖片視頻，讓學(xué)生對(duì)化工廠和生產(chǎn)過(guò)程建立初步的了解。

(2)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，突出難點(diǎn)和重點(diǎn)

針對(duì)制藥工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，為學(xué)生后期學(xué)習(xí)制藥工藝學(xué)、制藥設(shè)備等專(zhuān)業(yè)課程奠定理論知識(shí)基礎(chǔ)，對(duì)化工原理的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對(duì)已淘汰或制藥生產(chǎn)幾乎不使用的內(nèi)容以學(xué)生自學(xué)，教師答疑的方式組織學(xué)習(xí)，不再課堂講授，同時(shí)增加一些新興的、前沿的單元操作的教學(xué)，例如膜分離、超臨界萃取、反應(yīng)精餾等，提高知識(shí)的實(shí)用性。

為提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)興趣，對(duì)教學(xué)案例和例題進(jìn)行了全面的調(diào)整，加大了與制藥工程和生活相關(guān)的案例和例題。例如，在化工單元操作在工業(yè)中的應(yīng)用，選用了秸稈制酒精的工藝流程；復(fù)雜管路設(shè)計(jì)型計(jì)算的例題選用了一棟宿舍樓供水管路設(shè)計(jì)方面的例題；在熱傳導(dǎo)計(jì)算時(shí)，選用了雙層平板玻璃的例題，既示范了平面壁熱傳導(dǎo)的計(jì)算，又宣傳了節(jié)能環(huán)保的理念。這些來(lái)源于工廠實(shí)踐和生活的內(nèi)容提高了學(xué)生的積極性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理的興趣。

(3)改進(jìn)教學(xué)形式，活躍課堂氣氛

針對(duì)過(guò)去課堂教學(xué)PPT以文字和公式為主的問(wèn)題，增加了大量的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的圖片和視頻等多媒體內(nèi)容。在教學(xué)過(guò)程中，有意地引導(dǎo)學(xué)生參與公式推導(dǎo)和理論教學(xué)中，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂、案例討論等新的教學(xué)形式進(jìn)行了嘗試，對(duì)于章節(jié)概述等內(nèi)容，逐步由教師講授為主向以學(xué)生學(xué)習(xí)討論為主轉(zhuǎn)變。例如，在傳熱概述部分，讓學(xué)生討論生活中的強(qiáng)化傳熱、減弱傳熱的案例，等等。通過(guò)對(duì)教學(xué)形式的嘗試，教師明顯感覺(jué)到課堂氣氛更加活躍，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性明顯提高，師生關(guān)系更為融洽。

另一方面，教師更多地將科研課題的內(nèi)容與學(xué)生分享，讓學(xué)生不僅了解到前沿知識(shí)，也更多地了解科研過(guò)程的樂(lè)趣和獲得感，激發(fā)學(xué)生參與科研的興趣。例如，在膜分離部分的教學(xué)中，教師與學(xué)生分享了膜分離在速溶茶開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，展示了教師科研成果在實(shí)際生產(chǎn)中的設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的視頻。同時(shí)，為了加深學(xué)生對(duì)膜分離常溫濃縮精制的優(yōu)勢(shì)，教師讓學(xué)生們現(xiàn)場(chǎng)品嘗和對(duì)比了膜分離工藝和蒸發(fā)濃縮工藝所生產(chǎn)速溶茶的湯色、香氣和滋味，學(xué)生們一致認(rèn)為膜分離工藝的速溶茶品質(zhì)更佳，對(duì)膜分離工藝的認(rèn)識(shí)和理解更深。

(4)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合

化工原理實(shí)驗(yàn)是化工原理課程的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以改變傳統(tǒng)化工原理實(shí)驗(yàn)教材，使得實(shí)驗(yàn)課與理論課的結(jié)合更為緊密。因此，為提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，鞏固理論教學(xué)的效果，我?；そ萄惺覍?duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了調(diào)整。首先是理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)同步，學(xué)生學(xué)習(xí)完一章的內(nèi)容立即進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。這樣既可以加深學(xué)生對(duì)化工原理基礎(chǔ)理論和知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)加強(qiáng)了化工原理理論課和實(shí)驗(yàn)課之間的聯(lián)系。其次，讓理論課教師參與化工原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，使得知識(shí)體系更為統(tǒng)一。第三，在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式，以學(xué)生為主，由學(xué)生來(lái)講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)計(jì)，教師進(jìn)行補(bǔ)充和指導(dǎo)，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)的參與度。

與此同時(shí)，積極組織和動(dòng)員學(xué)生參與全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽和全國(guó)大學(xué)生制藥工程設(shè)計(jì)競(jìng)賽等全國(guó)性的化工類(lèi)和制藥工程類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽，以賽促學(xué)，以賽促教。為了鼓勵(lì)和幫助學(xué)生參與競(jìng)賽，我們一方面允許學(xué)生將參賽作品作為化工原理課程設(shè)計(jì)課程的考核評(píng)定依據(jù)，另一方面，指定教師對(duì)參賽學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一的競(jìng)賽指導(dǎo)。學(xué)生普遍反映通過(guò)參加競(jìng)賽，不僅能幫助同學(xué)們夯實(shí)理論知識(shí)，更能將理論與實(shí)踐相結(jié)合，提升同學(xué)們的創(chuàng)新和實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，為新工科人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(5)充分利用線(xiàn)上教學(xué)資源，構(gòu)建24小時(shí)課堂

2020年根據(jù)學(xué)校和學(xué)院的教學(xué)安排，我?；そ萄惺壹皶r(shí)調(diào)整教學(xué)方法和手段，充分利用在線(xiàn)教學(xué)手段，推進(jìn)化工原理及實(shí)驗(yàn)的線(xiàn)上教學(xué)，具體如下：

首先，利用我?；瘜W(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，由教師在管理平臺(tái)中輸入學(xué)生信息，學(xué)生可以隨時(shí)隨地登錄平臺(tái)進(jìn)行離心泵、傳熱、精餾和吸收的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，模擬工業(yè)操作平臺(tái)，進(jìn)行開(kāi)機(jī)、運(yùn)行和停機(jī)等方面的操作和訓(xùn)練，彌補(bǔ)學(xué)生未接觸實(shí)際工業(yè)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)缺失，加深對(duì)單元操作設(shè)備的了解和認(rèn)識(shí)。

其次，慕課網(wǎng)絡(luò)資源，即“Massive Open Online Course”，簡(jiǎn)稱(chēng)為“MOOC”，是當(dāng)前最大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)之一，其具有極其豐富的高等教育課程視頻資源。院校充分利用MOOC、SPOC和B站平臺(tái)上的化工原理教學(xué)視頻，讓學(xué)生在課程預(yù)習(xí)時(shí)點(diǎn)播大連理工大學(xué)和天津大學(xué)的名師教學(xué)視頻，并通過(guò)SPOC平臺(tái)發(fā)布一些預(yù)習(xí)的測(cè)試，作為課程平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù)。

圖1 混合式教學(xué)模式的構(gòu)建

第三，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的特點(diǎn)，及時(shí)制作和調(diào)整了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的PPT等教學(xué)資料，突出課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方面，利用騰訊會(huì)議等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，組織同學(xué)們組成教學(xué)小組，加強(qiáng)教師和學(xué)生之間以及學(xué)生之間的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，改變過(guò)去以教師講授為主的教學(xué)模式為以教師講授和學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生自主拓展學(xué)習(xí)。

第四，利用企業(yè)微信平臺(tái)建立班級(jí)微信群，學(xué)生有疑問(wèn)可以課后在群內(nèi)向教師提問(wèn)，教師即時(shí)答疑。同時(shí)，教師在微信群中公布作業(yè)答案和PPT課件，供學(xué)生們校對(duì)和學(xué)習(xí)。通過(guò)教師與學(xué)生在微信群中的互動(dòng)，構(gòu)建24小時(shí)在線(xiàn)的線(xiàn)上課堂。

通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段的使用，學(xué)生反映化工原理教學(xué)更加生動(dòng)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力也有所提高，學(xué)生基本上是滿(mǎn)勤，教師與學(xué)生的互動(dòng)和交流明顯較傳統(tǒng)方式更為密切。在學(xué)生返校后，我們教研室繼續(xù)保留了在線(xiàn)教學(xué)的部分內(nèi)容，積極推動(dòng)線(xiàn)上和課堂教學(xué)的結(jié)合，發(fā)展“混合式教學(xué)”，利用網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量。

(6)教學(xué)與育人相結(jié)合，推進(jìn)思政教學(xué)

化工原理是一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修基礎(chǔ)課，具有工程性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)于學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)及工程能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。在對(duì)化工原理課程教學(xué)研討中，我們認(rèn)為非常有必要向?qū)W生傳授知識(shí)的同時(shí)，融入思政元素，將思政教育與課程內(nèi)容有機(jī)融合，從而增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。在對(duì)化工原理課程思政建設(shè)方面的探索和實(shí)踐中，我們通過(guò)深入挖掘化工原理課程中所蘊(yùn)含的思政元素，把家國(guó)情懷、人文精神、科學(xué)素養(yǎng)、生態(tài)文明、工匠精神等元素融入課程，通過(guò)教學(xué)改革和信息技術(shù)手段將知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)銜接起來(lái)，提升育人成效。例如，在學(xué)習(xí)傳熱和換熱器的內(nèi)容時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生從增大傳熱面積、增大平均溫度差和總傳熱系數(shù)等方面入手，思考如何提高傳熱速率，進(jìn)而對(duì)傳熱過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化，以培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能減排和創(chuàng)新意識(shí)。在學(xué)習(xí)膜分離的內(nèi)容時(shí)，教師介紹了液膜發(fā)明人美籍華人科學(xué)家黎念之院士在科學(xué)研究和家國(guó)情懷方面的相關(guān)事跡，激勵(lì)學(xué)生們爭(zhēng)當(dāng)時(shí)代楷模，立志報(bào)效祖國(guó)。

3.結(jié)語(yǔ)

化工原理是包括制藥工程專(zhuān)業(yè)在內(nèi)的工科專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)性主干課程，起到了由理到工的承上啟下的作用，也是理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程?；ぴ淼慕虒W(xué)，不僅僅只是知識(shí)點(diǎn)的傳授，更重要的是樹(shù)立學(xué)生工程的視角和培育用理論知識(shí)解決實(shí)踐問(wèn)題的能力，為后續(xù)的工科課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

基于這樣的理解，我?；そ萄惺覍?duì)化工原理課程的教學(xué)進(jìn)行了改革，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)方法等方面展開(kāi)了大量的思考和探索。學(xué)生普遍反映化工原理課程的知識(shí)性、趣味性和時(shí)代感更為鮮明，對(duì)課程更感興趣。通過(guò)課程改革，課程更加符合“培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，具備扎實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、系統(tǒng)的制藥工程基本理論和基本技能，能在制藥、化工、能源、環(huán)保、材料等部門(mén)從事藥品、藥用輔料、醫(yī)藥中間體以及其他相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)幵發(fā)、工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量管理等工作的高素質(zhì)復(fù)合型工程技術(shù)人才”的制藥工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。