工程視角下化工原理課程改革

李 燕，劉淑芝

（廣東石油化工學(xué)院，廣東茂名 525000）

工程教育在我國高等教育中有著重要地位，我國當(dāng)前高校工科規(guī)模位居世界第一[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)[2]。工程教育是以學(xué)生為中心的成果導(dǎo)向教育，是由畢業(yè)出口要求決定課程的設(shè)計(jì)與教學(xué)過程，注重學(xué)生工程能力和專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)，盡可能最大程度達(dá)成教育與企業(yè)需求的一致性。工程教育要求轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，改變以往的教學(xué)手段與方法，從灌輸知識(shí)向互動(dòng)傳授轉(zhuǎn)變、從重學(xué)輕思向?qū)W思結(jié)合轉(zhuǎn)變、從重教輕學(xué)向教主于學(xué)轉(zhuǎn)變，教學(xué)過程中樹立以學(xué)生為中心的觀點(diǎn)，重視學(xué)生的工程能力與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。化工原理系列課程是為培養(yǎng)高等化工創(chuàng)新人才的學(xué)科基礎(chǔ)教育課程，學(xué)習(xí)過程中要綜合運(yùn)用物理化學(xué)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)去分析解決生產(chǎn)過程中遇到的復(fù)雜的工程問題，具有典型的工程實(shí)踐性和創(chuàng)新性，是化工、應(yīng)化、高分子、食品等專業(yè)的必修課程，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念、創(chuàng)新能力和分析、解決工程實(shí)際問題的能力[3-4]。華南地區(qū)有多家大型的石化企業(yè)，廣東石油化工學(xué)院是華南地區(qū)的一所應(yīng)用型本科院校，為促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。我校開設(shè)了應(yīng)用化學(xué)、精細(xì)化工、化學(xué)工程與工藝、高分子材料、食品與生物工程、過程裝備與控制、環(huán)境工程和能源化工等工科專業(yè)。2011年我校化學(xué)工程與工藝、過程裝備與控制專業(yè)獲批教育部“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的試點(diǎn)專業(yè)，從2014年起我校各個(gè)專業(yè)就開始著手準(zhǔn)備工程教育專業(yè)認(rèn)證，前后投資上百萬元，購買化工原理實(shí)驗(yàn)新設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室安全與防護(hù)設(shè)施，完善實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度，同時(shí)構(gòu)建了以鏈?zhǔn)浇逃秊樘卣鞯摹⒒谌嬗?xùn)練和提升學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力為目標(biāo)的化工原理課程改革（1-2-3-3模式），即優(yōu)化過程、提高質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了傳授、學(xué)習(xí)、實(shí)踐、考核等教學(xué)全過程的改革模式，達(dá)到夯實(shí)學(xué)生化工原理理論知識(shí)，鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的目的[5-6]。

1 教學(xué)改革內(nèi)容

在工程認(rèn)證教育背景下，化工、材料類專業(yè)化工原理系列課程需達(dá)成的目標(biāo)如下。

1）掌握化工單元操作的基本概念、基本原理，并能運(yùn)用到復(fù)雜化工過程的理解及表述中；

2）能夠利用化工單元操作的基本原理，對(duì)化工生產(chǎn)過程的操作單元進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、優(yōu)化與改進(jìn)的計(jì)算。掌握主要單元操作的典型設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作原理、過程計(jì)算、設(shè)備選型，對(duì)設(shè)備費(fèi)、操作費(fèi)和總費(fèi)用進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以確定最經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)過程中工藝條件的優(yōu)化和改進(jìn)；

3）掌握常見的傳遞單元操作流程與設(shè)備特點(diǎn)，能識(shí)別和判斷復(fù)雜化工過程，將其分解成對(duì)應(yīng)的單元操作，并利用物料衡算式、熱量衡算式、傳遞方程、平衡方程等原理對(duì)分解的化工單元進(jìn)行具體分析與求解，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程思維方法解決實(shí)際問題的能力；

4）了解化工、材料類專業(yè)相關(guān)的背景知識(shí)，了解化工單元操作中管路及設(shè)備的操作使用原則和規(guī)范。為滿足化工原理的課程目標(biāo)，教師應(yīng)盡力建立畢業(yè)要求與課程目標(biāo)的聯(lián)系，我校化工原理系列課程構(gòu)建了以鏈?zhǔn)浇逃秊樘卣鞯摹⒒谌嬗?xùn)練和提升學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力為目標(biāo)的化工原理課程系列改革模式（1-2-3-3模式）。即1個(gè)目標(biāo)——以工程創(chuàng)新人才培為目標(biāo)；2個(gè)層面——?jiǎng)?chuàng)新條件和創(chuàng)新氛圍；3個(gè)要素——工程意識(shí)、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新視野；3項(xiàng)舉措——機(jī)制、師資、實(shí)踐訓(xùn)練的三項(xiàng)強(qiáng)化保障訓(xùn)練。該模式包含理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面，兩個(gè)方面是相互支撐，注重基礎(chǔ)與專業(yè)、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際的結(jié)合。

2 教學(xué)改革實(shí)施

2.1 創(chuàng)新條件和創(chuàng)新氛圍的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是以教師為中心，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，學(xué)習(xí)起來提不起興趣也缺乏主動(dòng)性，不利于創(chuàng)新思維與工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)全體學(xué)生畢業(yè)表現(xiàn)，評(píng)價(jià)畢業(yè)生是否獲取相應(yīng)的能力，教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)參照畢業(yè)的素質(zhì)要求與應(yīng)具備的職業(yè)能力。化工原理課程教學(xué)大綱、課程體系和師資隊(duì)伍均是圍繞各專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，推進(jìn)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)，滿足社會(huì)與用人單位的職業(yè)要求。1-2-3-3化工原理課程體系教學(xué)模式提倡自主學(xué)習(xí)，利用傳遞團(tuán)隊(duì)網(wǎng)站、化工原理精品課程網(wǎng)站，學(xué)生獲取資料以及預(yù)習(xí)，以啟發(fā)式、討論式、師生互動(dòng)式授課，實(shí)現(xiàn)灌輸向互動(dòng)傳授的轉(zhuǎn)變；以學(xué)習(xí)小組和實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)等，實(shí)現(xiàn)個(gè)體學(xué)習(xí)向團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變；以課程小論文、研究型實(shí)驗(yàn)和課外科技創(chuàng)新等，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變；以開拓“問題”為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和參與科技競賽，實(shí)現(xiàn)繼承式向研究型學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。以“教”促“學(xué)”，激發(fā)本科生學(xué)習(xí)的自主性、探究性、建構(gòu)性特質(zhì)，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

2.2 工程意識(shí)、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新視野培養(yǎng)

化工原理理論教學(xué)的目的是使學(xué)生掌握某些化工單元操作過程的基礎(chǔ)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程問題的思路、方法和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)化工類及其相關(guān)工程專業(yè)高層次人才。化工生產(chǎn)過程復(fù)雜而多樣，不同生產(chǎn)工藝的單元操作都有自己的特點(diǎn)，有的單元操作模型是從實(shí)際工程數(shù)據(jù)中通過科學(xué)模擬得出，即實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)際的工程問題通常很難單純?cè)跁緦W(xué)習(xí)中找到答案，而我國高校大多數(shù)學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不容易將化工原理理論與實(shí)際生產(chǎn)過程聯(lián)系起來，不容易樹立工程意識(shí)。

目前大多數(shù)高校化工原理教材對(duì)各單元操作的基本原理介紹較多，對(duì)過程、設(shè)備的應(yīng)用介紹較少，而且由于學(xué)時(shí)限制，教學(xué)上往往“重原理模型和推導(dǎo)過程、輕設(shè)備”，也不容易讓學(xué)生建立工程概念。在化工原理教學(xué)中采用工程案例教學(xué)法，通過實(shí)際工程案例，把理論學(xué)習(xí)的過程、設(shè)備與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，樹立學(xué)生工程觀念，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)。工程實(shí)際案例往往有多種解決方案，而學(xué)生常習(xí)慣于采用單一的解決方案，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)沒有概念，實(shí)際生產(chǎn)過程常需要考慮方案實(shí)施的可行性、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性等多方面，篩選出較優(yōu)化方案，因此工程案例教學(xué)法能幫助學(xué)生對(duì)工程過程由陌生到了解，逐步樹立工程概念，通過循序漸進(jìn)的科學(xué)訓(xùn)練進(jìn)而達(dá)到掌握與運(yùn)用工程理論知識(shí)的目標(biāo)。

理論教學(xué)中采用多樣化、時(shí)代化的模式，線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合，多使用一些生動(dòng)的視頻和多媒體素材，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

化工原理課程設(shè)計(jì)是綜合應(yīng)用化工原理知識(shí)以及其他學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)目標(biāo)為提高學(xué)生的工程觀念、設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作能力。通過建立多層次與工程實(shí)例結(jié)合課程設(shè)計(jì)題庫，例如塔的設(shè)計(jì)題庫就有乙醇-水、苯-甲苯、苯-氯苯、丙烯-丙烷、甲醇-水、氨-水、二氧化硫-水等分離物系，即使是同一物系，課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)條件也根據(jù)學(xué)生的學(xué)號(hào)變化，形成了多個(gè)不同的設(shè)計(jì)個(gè)案。課程設(shè)計(jì)題目不再單一，滿足了不同專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求，有些數(shù)據(jù)在課本上也查找不到，需要學(xué)生查找其他參考資料，也避免課程設(shè)計(jì)的抄襲現(xiàn)象，對(duì)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)起到了良好的效果。

化工原理課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論與操作過程結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，建立創(chuàng)新型、開放式和多層次為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，能培養(yǎng)工程觀念，鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、思考能力。我校目前開展的化工原理實(shí)驗(yàn)有流動(dòng)阻力綜合實(shí)驗(yàn)、能量轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、離心泵綜合實(shí)驗(yàn)、過濾實(shí)驗(yàn)、干燥實(shí)驗(yàn)、萃取實(shí)驗(yàn)、乙醇-水精餾實(shí)驗(yàn)、CO2吸收實(shí)驗(yàn)等典型化工單元操作的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還增設(shè)研究型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，如連續(xù)精餾回流比設(shè)計(jì)、連續(xù)精餾塔板效率測(cè)定、間壁換熱器總傳熱系數(shù)與對(duì)流傳熱系數(shù)測(cè)定等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開設(shè)化工原理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，如減壓間歇蒸餾、液液固萃取、非均相物系分離綜合實(shí)驗(yàn)等創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生自主提出新問題、探索新方法、拓展新應(yīng)用的研究意識(shí)。

2.3 機(jī)制、師資、實(shí)踐訓(xùn)練

2.3.1 改革考核模式，重視學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程

工程教育專業(yè)認(rèn)證要考核課程教學(xué)是否有效地實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的課程目標(biāo)。改變重理論輕實(shí)踐，期末考試一錘定音的現(xiàn)狀，采用多種形式、不同階段的考核方式的結(jié)合，通過課程考核模式的改革，實(shí)現(xiàn)了從單一課程考試定成績向?qū)W習(xí)全過程考核的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了“重結(jié)果”向“重過程”的轉(zhuǎn)變。改革前化工原理理論課成績?cè)u(píng)定由平時(shí)成績占30%、課堂考勤、課后書本作業(yè)期末考試成績占70%組成，改革后變?yōu)橛善綍r(shí)成績占45%、考勤占10%、課后作業(yè)占10%、課堂小測(cè)驗(yàn)占15%、課外大作業(yè)占10%、期末考試成績占55%組成；化工原理實(shí)驗(yàn)成績改革前由平時(shí)成績占30%、實(shí)驗(yàn)考勤實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績占70%評(píng)定，改革后變?yōu)閷?shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)占10%、實(shí)驗(yàn)操作與總結(jié)占10%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中數(shù)據(jù)處理占20%、圖像處理占10%、撰寫能力占30%、分析與討論占20%；改革前化工原理課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定為課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書占70%、設(shè)計(jì)圖紙占30%，改革后變?yōu)樵O(shè)計(jì)答辯占20%、課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書占50%、設(shè)計(jì)圖紙占30%。由于成績考核與課程各環(huán)節(jié)掛鉤，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性增強(qiáng)，對(duì)化工原理課程教學(xué)評(píng)分整體在95分以上。

2.3.2 以教學(xué)“多投入”和科研“上水平”提高教師綜合素質(zhì)

大力引進(jìn)年輕高學(xué)歷教師，強(qiáng)化師資力量，新老教師學(xué)習(xí)與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)思想和理念，學(xué)習(xí)新的教學(xué)方法和技巧并應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中去。組建跨學(xué)科的傳遞工程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)提供一定資金，購買電腦、投影儀、擴(kuò)音器等教學(xué)設(shè)備，資助教師參加教學(xué)會(huì)議，教師通過承擔(dān)教改項(xiàng)目、撰寫教材、改革教學(xué)方法與考核方式，撰寫教研教改論文等課程建設(shè)措施，提高教學(xué)水平；通過承擔(dān)高水平科研項(xiàng)目，把最新研究成果帶進(jìn)課堂，實(shí)踐環(huán)節(jié)中PRP項(xiàng)目和研究型實(shí)驗(yàn)多來源于教師的科研；定期召開年輕教師教學(xué)交流，鼓勵(lì)年輕教師指導(dǎo)學(xué)生課外科技活動(dòng)和科技競賽，要求年輕教師參加實(shí)驗(yàn)裝置的研制和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。自2015年以來，化學(xué)工程系教師獲校級(jí)以上教學(xué)課題15項(xiàng)；科研課題14項(xiàng)，發(fā)表教研、科研論文18篇，專利9項(xiàng)，鍛煉培養(yǎng)了一支教育教學(xué)理念先進(jìn)、實(shí)踐操作能力強(qiáng)、教學(xué)水平高、素質(zhì)過硬的雙師型教師隊(duì)伍。

2.3.3 加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練

建立健全實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度，建立學(xué)校與院系、院系與各個(gè)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室和教師、教師與學(xué)生的安全管理責(zé)任檔案，將管理落實(shí)到個(gè)人。我校化工系積極鼓勵(lì)學(xué)生積極參與大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目，在相關(guān)老師指導(dǎo)下，近幾年有10支學(xué)生團(tuán)隊(duì)參加了省級(jí)、校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目、挑戰(zhàn)杯，發(fā)表相關(guān)論文7篇。積極鼓勵(lì)學(xué)生參加化工原理實(shí)驗(yàn)競賽等省部級(jí)競賽，2017—2021年獲中南地區(qū)化工原理實(shí)驗(yàn)競賽一、二、三等獎(jiǎng)。學(xué)生通過參加這類競賽活動(dòng)，很好地鍛煉了動(dòng)手能力、解決復(fù)雜工程問題能力，學(xué)習(xí)主動(dòng)性增強(qiáng)了，視野開闊了，學(xué)習(xí)質(zhì)量提高了。同時(shí)還借助化學(xué)工程與工藝重點(diǎn)學(xué)科平臺(tái)，定期安排學(xué)生、教師去煉油廠、研究院、設(shè)計(jì)院參觀、實(shí)習(xí)，請(qǐng)工程經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師給學(xué)生、教師培訓(xùn)指導(dǎo)，聽取企業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的建議，學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力得到鍛煉，工程觀念得到加強(qiáng)。

3 結(jié)束語

我校化工原理系列課程經(jīng)過多年的教學(xué)改革實(shí)踐，取得了良好的人才培養(yǎng)效果。人才質(zhì)量顯著提高，近幾年來，畢業(yè)生整體上基礎(chǔ)理論扎實(shí)、專業(yè)技能強(qiáng)、綜合素質(zhì)高，受到了用人單位的普遍好評(píng)，學(xué)生就業(yè)率逐年提高，近幾年本科畢業(yè)生就業(yè)率達(dá)80%～90%，化工、材料等專業(yè)畢業(yè)生深受中國石化茂名石化公司、中國石化湛江中科石化公司、中國石化海南煉油化工公司、中國長城潤滑油公司等大型國企石化公司歡迎。2017—2021年化學(xué)工程系支持我校化工、環(huán)境、高分子專業(yè)通過了中國國家工程教育專業(yè)認(rèn)證，化學(xué)工程系接待了東莞理工學(xué)院、惠州學(xué)院、昆明理工大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等國內(nèi)高校的參觀考察，成為學(xué)校相關(guān)工程教育對(duì)外交流窗口之一，為高校相關(guān)化工原理課程與實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供示范作用。