地方高校“化工原理”課程的教學改革探究

李志洲，劉軍海，王偉，邵先釗，鄭楠，王俊宏

（陜西理工大學化學與環境科學學院，陜西漢中723000）

工程教育認證二十世紀30年代起源并發展于美國，是目前國際通行的高等工程教育質量保障制度，其中心教育理念主要涉及三個層面：①以學生為中心；②以學生的學習產出為導向；③堅持持續改進。我國自2016年正式加入《華盛頓協議》以來，截至2019年已有數百所高校的近1 000余個專業提出專業認證申請并通過認證；在教育部雙一流建設的背景下，工程教育認證不僅提高了我國工程教育質量，推動工程教育改革進程，使我國適應并與國際工程教育接軌，成為我國結構轉型培養優秀的工程技術人才和有力推動新時代中國特色社會主義經濟發展中新工科改革與建設的有力舉措，更是打造我國高等教育“質量中國”品牌的重要途徑。

“化工原理”是化工學科體系中的核心課程，是一門從自然學科過渡到工程學科的課程，是化工及其他化學加工過程類專業的一門重要的技術基礎課；該課程以“三傳”理論與工程方法論為主線，研究化工生產中典型的物理單元操作過程的基礎知識、基本理論及其過程分析與計算，其計算與分析基礎是物料衡算、熱量衡算、過程速率、過程強化與經濟性分析；課程承擔著工程科學與工程技術的雙重教育功能，在培養學生綜合技能素質、工程能力和創新意識方面發揮著不可替代的作用，對培養以創新驅動的新經濟形勢下的應用型化工技術人才具有重要的意義。

對多數化工及其相近專業而言，課程體系包括理論、實驗和課程設計等多重教學環節，其中“化工原理”課程理論教學既是課程體系的核心，更是高級應用型化工人才培養的重要環節；為此對理論課程進行改革，不僅滿足工程認證的要求，更能培養符合國際要求、市場需求的高級應用型人才。

本文針對地方高校“化工原理”理論教學現狀，主要從理論課程教學目標的確定、教學方法改革和教學過程監控三個方面進行探究，取得一定成效。

1 地方高校“化工原理”課程教學現狀分析

目前，地方高校的“化工原理”課程教學主要存在以下問題：①教師資源有限。筆者曾對陜西省內設有化學工程與工藝及其相近工科專業的多個地方學校進行調查，發現專業師資較為匱乏，教師中每人承擔2門甚至更多課程的教學任務，課程組助教、主講教師梯隊無法建設，更談不上競爭授課；②以學生為中心、因人施教方式難以開展，主要表現為：其一，課程教學大綱修訂中大多以重點高校的大綱為藍本，對受教者的學習狀況、學習能力了解不徹底，課時設置偏少；其二，授課教師對課程教學內容體系理解不夠完善，教學方法、方式過于單一；其三，課程反饋不真實，考核體系有待提高、完善；③學生自身因素。筆者曾做過統計，地方高校化工專業錄取學生中有80%以上高考理綜和數學成績處于中等偏下，學生的理科基礎相對薄弱；學生入校后自主學習意識淡薄，多數學生的學習目標不明確，難以制定符合自身特點的學業規劃，缺乏良好的自我管理、自我約束能力；④師生溝通不暢，學生的依賴性強；課堂學習紀律懶散，態度不端正；學生工程意識、安全意識缺乏，創新能力不足。這些問題的存在導致學生對理論知識的理解較模糊，理論綜合運用能力、創新能力等較差，無法滿足當前工程認證的要求。

2 “化工原理”理論教學改革

2.1 OBE理念下“化工原理”課程目標的確定

成果導向教育（outcome-based education，OBE）是一種以學生的學習產出為導向的教育理念，其核心在于學生的學習成果，保證學生具備工作后所需要的知識、能力和素質。

“化工原理”是化工及相近專業學生在專業學習中從理向工的轉化課程，是化學工程最重要的基礎課程。課程兼有化學工程與技術的雙重屬性，它既是學生學習和研究化學工程科學的基礎學科，更是依托化工單元設備培養學生利用工程理論進行單元設備設計和解決化工單元設備過程問題的重要課程，技術特色顯著；工科專業的培養方案中畢業要求是響應專業培養目標的必要條件，而課程目標又是支持專業培養畢業要求的充分條件；對照化學工程與工藝專業工程認證標準中的基本培養要求，OBE理念以學生的學習成果為導向，注重以學生為本和教學效果與課程目標的達成度。我們在OBE理念下針對學生特點進行課程目標的分析與確定。

如何合理制定課程目標？首先應明確課程在化工專業教育中的地位、課時要求、內容設置等，確定課程學習的基礎目標；其次根據授課對象的學習能力、教學資源等確定課程學習的提升目標；再次應以專業培養課程體系設置綜合性、系統性分析并明確各課程、實踐環節對畢業要求的必須支撐，進而明確畢業要求與“化工原理”課程教學達成目標的一一對應關系，再確定課程目標。“化工原理”課程以“三傳”理論與工程方法論為主線，以化工生產中典型的物理單元操作過程的基礎知識、基本理論及其過程分析與計算、過程強化及其簡易的經濟性分析為知識要點，為此針對化工專業學生制定如下課程目標，其中目標1、2、3為基礎目標，4、5為提升目標。

目標1：了解化工生產工藝中以“動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞”（即“三傳”）為基礎基本規律的內涵；掌握以“動量傳遞”為基礎的流體流動與輸送、流體通過顆粒層流動、顆粒沉降與流態化單元操作的基本原理和變化規律，正確理解其操作方法，熟悉其構造、性能和操作原理，具有正確查閱和使用常見工程計算圖表、手冊和資料，具備對化工單元操作進行選型及工程設計的能力。

目標2：掌握以“熱量傳遞”為基礎的傳熱和蒸發操作的基本原理和變化規律，正確理解其操作方法，熟悉其構造、性能和操作原理，具有正確查閱和使用常見工程計算圖表、手冊和資料，具備對傳熱與蒸發設備進行選型及工程設計的能力。

目標3：掌握以“質量傳遞”為基礎的氣體吸收、液體精餾、液液萃取和固體干燥的基本原理和變化規律，掌握典型化工傳質設備的構造、性能和操作原理，具有正確查閱和使用常見工程計算圖表、手冊和資料，具備對傳質過程進行設備選型及工程設計的能力。

目標4：理解并熟悉化學工程研究中的方法論，能從過程的基本原理出發，觀察、分析、綜合、歸納眾多影響生產的因素，初步具備解決化工生產實際問題的能力。

目標5：正確理解各單元操作的基本原理，初步具備對化工單元進行選擇適宜操作條件、尋求強化過程途徑和提高設備效能的能力；理解化工單元設計中的經濟性觀點，初步具備單元設計的優化能力。

課程目標與其對化工專業學生培養畢業要求的支撐點及其強度如表1所示。

表1 課程目標對培養計劃的支撐點匯總表

2.2 項目式教學法在課程教學改革中的探究

項目教學法（Project Method）是以項目為中心的一種課堂學習模式，其特點是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，是師生共同完成項目、共同進步的教學方法；即通過與教學內容密切相關的任務為載體，學習者在完成項目的過程中充分得到鍛煉并獲得知識與技能。

“化工原理”中流體流動規律是影響化學工程“三傳”規律的最基本、最重要的單元操作。筆者以“化工原理”第一章“流體流動”為例，在課程目標引導下，進行項目式教學法教學探究，教學中所引用的項目如圖1所示。

圖1 生產任務流體流動示意圖

這是某個反應前混合裝置的反應流體流動示意圖，要求將反應物60%的乙醇溶液在一定時間內由高位槽導入常壓混合罐。項目要求：在10 min內將反應物引入混合罐的量為1 500 m，問高位槽與流體流動管路出口截面間的垂直距離為多少方能滿足要求？

2.2.1 項目分析

設計項目的編寫既要突出工程實用性、代表性，更應根據課程目標要求，系統分析學生在章節內容學習后須掌握的知識、具備的能力及達到的素養，即課程學習的產出導向，完成項目任務的編寫。結合圖1的項目任務，引導學生明白完成設計任務需掌握如下核心知識及技能要素：①流體流動管路結構；②流體性質；③流體流動內在規律；④管道直徑與流速選擇。

在完成項目所要求的基本知識、理論分析的基礎上，結合本章的教學目標，將知識構架匯總如表2。

表2 流體流動知識點匯總

章節知識構架的匯總，有利于學生及時了解所學內容的要素組成；同時使學生結合項目任務，對章節學習內容的重要性有更為深刻的認識，激發學習興趣；最后，章節知識構架匯總，為學生學完章節內容后進行基本知識、理論的梳理、總結奠定良好基礎。

2.2.2 課程教學過程的實施

以項目任務為核心、為抓手，以章節知識點的邏輯順序設計教學計劃，進行課程講解，逐層推進，抽絲剝繭，不斷擴充學生的知識結構、知識面和理論應用。對學生進行分組，針對相關內容組內采取翻轉課堂、小論文、小組交叉自我命題測驗等形式強化學生對章節知識點、理論的理解、掌握、應用。如講到流動阻力，可通過減阻劑研究拓展學生的知識面；講到靜止流體動力學，要求學生設計靜力學試驗及其模型；講到管路分析，可直接通過實驗裝置要求學生進行分析對比等等。

2.2.3 單元知識總結

知識總結既是強化認知的過程，更是提高學生學習效率的有效方式。在課程章節知識學完后要求學生及時對所學知識進行歸納、總結；引導學生建立符合自身學習特點的總結方式，如采取知識結構框架式的總結模式，或采取分段式總結模式（如流體流動章節中的知識段落為流體基本知識、靜止流體動力學、流動流體動力學、管路分析與設計），并體現章節內容的核心知識點、次核心知識點、普通知識點等，充分體現個性發展；禁止學生按照章節內容摘抄式的總結。

2.3 過程性評價與終結性評價相結合的考核模式

學生對課程知識的掌控能否達到課程目標要求，需要進行考核評價。筆者所在的教學團隊將原來“平時考核+期末考核”的評價模式變為“過程性評價+期末考核”的評價模式，其中“過程性評價”在總成績構成中所占比例在40%～50%。過程性評價包括單元測試、單元總結與展示、平時作業、課堂討論等內容；單元測試主要考查學生對章節基本知識點、基本理論的理解、掌握程度；單元總結與展示主要考查學生對章節知識的歸納、梳理情況以及針對章節核心知識、理論及其應用的思考、知識的延展等；平時作業以課后習題、思考題為主，考查學生對基本知識與理論的應用程度；課堂討論以章節項目任務為主，采取小組自我考評方式，每個小組可通過超星直播課堂、騰訊課堂、釘釘課堂、QQ直播等網絡媒體進行組內考核等等。總之，過程性評價始終貫穿整個教學過程，不僅對學生的學習狀態、存在的問題能及時了解，更有助于教師及時復習、強化相關知識，并據此在后期教學過程中進行調整和改進。

3 結束語

“化工原理”課程內容豐富，涉及的知識面廣，學生要熟練掌握具有一定的難度。基于工程認證的要求，筆者以OBE模式進行課程教學改革，以課程目標為核心，以學生對工程知識的熟練掌控、工程設計能力的訓練、工程素養的鍛造與提升為抓手，采取靈活多樣的教學改革與評價方式，充分體現以學生為中心，“授之以漁”的教育教學理念，并使之落地、落實，有效激發學生學習的積極性，使學生在實踐與反思中掌握扎實的知識、技能，提高學生分析、解決化工工程問題的能力及素養，為培養應用型高級化工技術人才奠定牢固基礎。