基于提高學(xué)生綜合工程素養(yǎng)的化工原理課程建設(shè)

張海鵬 李軍 肖家治

摘? 要：化工原理是化工與制藥類(lèi)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。為適應(yīng)工程人才培養(yǎng)的新需要，化工原理課程組設(shè)計(jì)了“理論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐”三位一體的課程體系，探索了以“綜合工程案例為主導(dǎo)，線上線下相結(jié)合”的教學(xué)模式，以期通過(guò)多種手段切實(shí)提高學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化工原理;工程教育;課程建設(shè)

中圖分類(lèi)號(hào)：G640? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2021）39-0064-03

自從《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》頒布實(shí)施以來(lái)，國(guó)家對(duì)于工程人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，特別是在本科生工程素養(yǎng)培養(yǎng)方面，要求提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。在這樣的背景下，國(guó)家先后啟動(dòng)了卓越工程師計(jì)劃（2010年）和新工科建設(shè)（2017年）[1]，為工程人才的培養(yǎng)指明了方向。

為適應(yīng)人才培養(yǎng)形勢(shì)的需要，與工程能力培養(yǎng)有關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的改革勢(shì)在必行。作為化工與制藥類(lèi)專業(yè)培養(yǎng)人才重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[2]，化工原理課程必須突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以強(qiáng)化學(xué)生的工程素養(yǎng)為核心[3]，以現(xiàn)代化教學(xué)手段為依托，重新打造適應(yīng)人才培養(yǎng)新形式的課程體系。

一、課程特點(diǎn)

化工原理是化工與制藥類(lèi)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)核心課[4]，承擔(dān)著引領(lǐng)學(xué)生從基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過(guò)渡的重要任務(wù)?；ぴ碚n程的主要內(nèi)容是研究化工生產(chǎn)過(guò)程中單元操作過(guò)程的基本原理與計(jì)算以及主要單元設(shè)備的工作原理、設(shè)計(jì)及操作。對(duì)于理工科學(xué)生的綜合工程素質(zhì)培養(yǎng)起著重要作用[5]。

（一）理論性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)要求高

化工原理研究的主要是化工生產(chǎn)過(guò)程中最基本的生產(chǎn)單元——單元操作。研究過(guò)程中需要學(xué)生熟練掌握高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)并加以綜合運(yùn)用。對(duì)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)要求較高。

（二）與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合緊密，具有很高的實(shí)用性

化工原理所研究的單元操作都來(lái)自實(shí)際生產(chǎn)，經(jīng)不斷地完善總結(jié)后形成理論。所有的化工生產(chǎn)過(guò)程都是由不同的反應(yīng)過(guò)程與單元操作過(guò)程組合而來(lái)，因此，單元操作的研究對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，課程也具有很高的實(shí)用性。

（三）解決問(wèn)題的手段多樣，靈活性高，對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力要求高

由于實(shí)際生產(chǎn)的復(fù)雜性，生產(chǎn)中所遇到的問(wèn)題往往有多種解決方法。這些復(fù)雜工程問(wèn)題通常僅靠一種手段很難完全解決，因此需要綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、軟件輔助等多種手段才能得到滿意的結(jié)果

由于課程具有以上特點(diǎn)，因而傳統(tǒng)的、僅僅依靠課堂理論授課的方式很難滿足對(duì)學(xué)生綜合工程能力和工程素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)和要求。這就需要課程建設(shè)不能只停留于課堂的理論教學(xué)，還要全方位、多手段的采取措施，使之更好地服務(wù)于教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)。

二、課程體系建設(shè)

為滿足對(duì)學(xué)生綜合工程能力和素質(zhì)培養(yǎng)的要求，經(jīng)多年實(shí)踐，化工原理形成了以理論課程為核心，“理論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐”三位一體的課程體系。除理論教學(xué)外，課程體系中還包括化工原理實(shí)驗(yàn)課、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)三門(mén)實(shí)踐課程，使課程在工程能力培養(yǎng)方面得到了強(qiáng)化。

（一）認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)

認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)是化工原理理論課程進(jìn)行之前的先修課程，主要內(nèi)容是對(duì)化工生產(chǎn)的常見(jiàn)流程以及單元設(shè)備進(jìn)行講解和參觀，使學(xué)生初步了解化工生產(chǎn)的特點(diǎn)以及單元設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)和操作，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參觀的形式獲得感性認(rèn)識(shí)，為后續(xù)化工原理理論學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)是學(xué)生與生產(chǎn)實(shí)際的第一次接觸，也是工程素質(zhì)培養(yǎng)的第一個(gè)步驟。

（二）化工原理實(shí)驗(yàn)

化工原理實(shí)驗(yàn)與化工原理課程同時(shí)進(jìn)行，分兩個(gè)學(xué)期?；ぴ韺?shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論課程內(nèi)容緊密結(jié)合，分為綜合性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的主要目的是使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)課堂理論加以驗(yàn)證，增強(qiáng)對(duì)課堂內(nèi)容的理解。綜合性實(shí)驗(yàn)的目的是提高學(xué)生對(duì)于課堂知識(shí)在實(shí)際中的運(yùn)用能力以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作能力，在綜合工程素質(zhì)的培養(yǎng)中居于重要地位。

（三）課程設(shè)計(jì)

化工原理課程設(shè)計(jì)是在化工原理課程結(jié)束后開(kāi)設(shè)的綜合實(shí)踐類(lèi)課程。主要內(nèi)容是進(jìn)行板式精餾塔的設(shè)計(jì)，包括精餾塔的工藝計(jì)算、塔板設(shè)計(jì)與水力學(xué)校核、塔頂冷凝器的設(shè)計(jì)與選型、設(shè)備條件圖和浮閥排列圖的繪制。主要目的是使學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。課程設(shè)計(jì)除了應(yīng)用化工原理的基本理論之外，還要求學(xué)生具有一定的工程制圖基礎(chǔ)、了解工程設(shè)計(jì)規(guī)范以及利用現(xiàn)代工程軟件解決問(wèn)題的能力，通過(guò)綜合訓(xùn)練使學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中提高工程素養(yǎng)。

（四）“理論—實(shí)驗(yàn)—實(shí)踐”三位一體的課程體系

在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生暴露出來(lái)的一個(gè)較大的問(wèn)題是“重理論，輕實(shí)踐”，對(duì)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課程不重視，人為割裂了課程體系中各門(mén)課程之間的聯(lián)系。

為解決這一弊端，課程組設(shè)計(jì)了“理論—實(shí)驗(yàn)—實(shí)踐”三位一體的課程體系，使各門(mén)課程之間環(huán)環(huán)相扣，形成一個(gè)整體，在一定程度上提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的重視，取得了一定效果。

在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)開(kāi)始時(shí)，就將認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)與化工原理的關(guān)系告訴學(xué)生，簡(jiǎn)單介紹化工原理課程的基本內(nèi)容與課程性質(zhì)，提高學(xué)生的重視程度。

對(duì)于化工原理實(shí)驗(yàn)，則充分利用學(xué)科競(jìng)賽對(duì)學(xué)生的刺激作用[6]，鼓勵(lì)學(xué)生參加“全國(guó)大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽”和“山東省大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能大賽”等賽事，從側(cè)面促使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)。

課程設(shè)計(jì)是整個(gè)課程體系中的最后一環(huán)，需要學(xué)生綜合運(yùn)用化工原理的知識(shí)解決問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的綜合能力要求較高。在進(jìn)行化工原理理論教學(xué)時(shí)，就將工程設(shè)計(jì)規(guī)范的概念傳授給學(xué)生，使學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)形成初步認(rèn)識(shí)。了解到工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和所需知識(shí)的多樣性，也能促使學(xué)生努力學(xué)習(xí)理論知識(shí)。

通過(guò)這樣三位一體的課程體系設(shè)計(jì)，課程體系中所有的內(nèi)容都有一定程度的交叉，不再是單獨(dú)一門(mén)課程的學(xué)習(xí)，而是整體、系列地學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的整體性，對(duì)學(xué)生的綜合工程素質(zhì)的養(yǎng)成提供了有利的支撐。

三、課程內(nèi)容及教學(xué)方法建設(shè)

化工原理課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)長(zhǎng)，涉及的數(shù)理知識(shí)及方法多。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式的弊端是學(xué)生無(wú)法通過(guò)課堂學(xué)習(xí)獲取更多的工程實(shí)踐知識(shí)。由于課程理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度較大，造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，課堂氣氛也比較沉悶。為了改變這一狀況，切實(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合工程素養(yǎng)，課程組對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了重新規(guī)劃并改進(jìn)了教學(xué)手段，取得了一定成效。

（一）重新規(guī)劃課程內(nèi)容，明確知識(shí)點(diǎn)，加強(qiáng)課程前后內(nèi)容的聯(lián)系

為使課程重點(diǎn)突出，便于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，課程組重新規(guī)劃原先以章節(jié)劃分的課程內(nèi)容，劃分為157個(gè)知識(shí)點(diǎn)，以知識(shí)點(diǎn)為核心重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。這樣一方面使學(xué)生能夠很快地抓住重點(diǎn)，與以章節(jié)為單位組織教學(xué)相比，知識(shí)點(diǎn)的范圍更小，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間縮短，學(xué)生更容易集中精力進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。另一方面，通過(guò)不同知識(shí)點(diǎn)的組合，可對(duì)有不同要求的專業(yè)采用同一套知識(shí)體系進(jìn)行教學(xué)。對(duì)于短學(xué)時(shí)的專業(yè)，只要將所需的知識(shí)點(diǎn)提出并教授給學(xué)生即可，無(wú)須重新組織教學(xué)內(nèi)容，從而減輕教師的備課壓力，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的能力。

（二）采用綜合工程案例為主導(dǎo)，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和工程素養(yǎng)

案例教學(xué)一直是化工原理教學(xué)中提高學(xué)生工程意識(shí)的重要手段之一，但以往的案例通常僅局限于某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或者某個(gè)單元操作，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難以把握工程問(wèn)題的實(shí)質(zhì)和精髓，對(duì)問(wèn)題的分析也不夠深入。為進(jìn)一步提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，課程組設(shè)計(jì)了綜合工程案例，通過(guò)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析，提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，提高他們綜合運(yùn)用知識(shí)、解決問(wèn)題的能力。

（三）擴(kuò)展教學(xué)資源，創(chuàng)新教學(xué)手段

教學(xué)資源是教學(xué)工作的基礎(chǔ)，資源建設(shè)一直是課程建設(shè)的重要組成部分。為促進(jìn)學(xué)生工程素養(yǎng)的提高，課程組在資源建設(shè)方面做了大量工作。首先，組織教師編寫(xiě)了《化工原理案例庫(kù)》，收集整理了幾十個(gè)工程案例，通過(guò)對(duì)案例的詳實(shí)分析和細(xì)致研究，將其中包含的工程問(wèn)題進(jìn)行分解，使學(xué)生在案例的學(xué)習(xí)中鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，提高他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，強(qiáng)化其工程意識(shí)和工程思維能力。其次，上線了化工原理慕課?；ぴ砟秸n的上線運(yùn)行，大大豐富了課程的教學(xué)資源，為新的教學(xué)手段的實(shí)施打下了良好的基礎(chǔ)。最后，編寫(xiě)配套習(xí)題集，給學(xué)生提供課外練習(xí)的資源。習(xí)題中除了大量考研題外，還選擇了部分工程案例進(jìn)行操作型問(wèn)題分析，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析處理的能力，強(qiáng)化其工程思維和科學(xué)思維能力。

有了豐富的教學(xué)資源做基礎(chǔ)，就可以在傳統(tǒng)教學(xué)方法上進(jìn)行大膽創(chuàng)新，采用新的教學(xué)手段提高學(xué)生的各方面能力。在化工原理的教學(xué)中，課程組進(jìn)行了問(wèn)題導(dǎo)向的線上線下混合式教學(xué)模式的探索。具體實(shí)施方案是在每一章課前提出本章需要解決的一個(gè)工程問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用慕課等線上資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師進(jìn)行線上答疑與指導(dǎo)。線下授課階段分為兩種模式。其一是教師要求學(xué)生根據(jù)線上學(xué)習(xí)的結(jié)果對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，并接受來(lái)自其他學(xué)生和老師的質(zhì)疑;其二是教師對(duì)重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)講解并回答學(xué)生提出的問(wèn)題。還可以采取分組作業(yè)、課外綜合大作業(yè)等形式促使學(xué)生查閱資料，完成任務(wù)，提高學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的能力，并拓展其視野，加深其對(duì)工程問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。

化工原理的資源建設(shè)及線上線下混合式教學(xué)的總體設(shè)計(jì)如圖1。

四、結(jié)語(yǔ)

提高本科生的工程素養(yǎng)是工程教育的核心問(wèn)題之一，關(guān)系到國(guó)家各項(xiàng)重大工程項(xiàng)目建設(shè)的后備人才培養(yǎng)和國(guó)家未來(lái)發(fā)展的人才規(guī)劃，應(yīng)當(dāng)引起人才培養(yǎng)部門(mén)的足夠重視。文章以這一出發(fā)點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)作為本科生從基礎(chǔ)走向?qū)I(yè)重要橋梁和紐帶的化工原理課程從課程體系、課程資源以及教學(xué)手段等方面進(jìn)行了重新規(guī)劃。通過(guò)“理論-實(shí)驗(yàn)-實(shí)踐”三位一體的課程體系設(shè)計(jì)，“知識(shí)點(diǎn)劃分與整合”的教學(xué)內(nèi)容重組，“綜合工程案例為主導(dǎo)，線上線下結(jié)合”的教學(xué)模式改革，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高其工程能力與工程素養(yǎng)，為綜合型人才的培養(yǎng)模式提供了積極的探索和有益的借鑒。

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（責(zé)任編輯：汪旦旦）