新建地方本科高校化工原理課程教學改革探討*

蔡吉祥, 蘇 龍, 張春艷, 李澤洋, 趙海燕

新建地方本科高校, 作為為地方產(chǎn)業(yè)和社會行業(yè)輸送合格人才的主要陣地之一, 應主動分析目前人才培養(yǎng)過程中存在的問題并不斷進行改革創(chuàng)新來滿足行業(yè)、 社會和經(jīng)濟發(fā)展對人才的需要。 課程教學作為本科高校人才培養(yǎng)最基本的形式之一,是首先要著重考慮的內(nèi)容, 其在教學改革發(fā)展過程中也一直扮演著重要的角色。 化工原理作為一門非常重要的實踐性、 應用性和綜合性較強的專業(yè)必修課[1], 是很多化學、 化工、 食品類專業(yè)人才后續(xù)專業(yè)課程學習、 實踐和設(shè)計學習以及日后從事生產(chǎn)、 科研、 設(shè)計、 教學等工作或繼續(xù)深造的理論基礎(chǔ), 但因其包括化學、 物理學、 機械學以及很多高等數(shù)學等知識, 并具有跨學科性強、 涉及知識面廣、 半經(jīng)驗和半理論等特點, 使得在不同人才培養(yǎng)背景和不同人才培養(yǎng)模式下課程教學過程中一致存在著不同的問題[2-4], 因此, 本文以廣西科技師范學院制糖方向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為例, 為推動新建地方本科高校人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn), 對化工原理教學中存在的問題進行了總結(jié)和分析, 并對課程教學改革進行了探討。

1 課程的特點和教學中存在的問題

1.1 師生的知識儲備量問題

化工原理是系統(tǒng)講授加工工業(yè)生產(chǎn)加工過程中常用單元操作的基本理論、 基本規(guī)律和常用設(shè)備以及這些知識在生產(chǎn)加工過程中如何應用等的一門課, 是培養(yǎng)學生工程意識的啟蒙課[5]。 各單元操作的學習首先是要以前期的物理、 化學、 數(shù)學等基礎(chǔ)課程的理論學習為基礎(chǔ)的, 然而, 對于新建地方本科高校, 學生的生源情況相對比較差, 導致前期的很多基礎(chǔ)課程中的理論掌握的并不好, 因此對于食品工程原理中各知識點的理解能力和綜合運用能力都比較差, 特別是涉及到的很多工程計算的理論, 學生學起來很吃力, 從而也導致大部分學生學習的自主性、 積極性嚴重下降甚至畏學。 這無疑大大增加了教師在課程教學過程中的難度, 很難既保證教學質(zhì)量要求和進度又保證教學效果。

另外, 化工原理作為一門理論和實踐緊密結(jié)合綜合且應用性比較強的專業(yè)課, 對教師的知識儲備和相關(guān)的實訓、 實踐和設(shè)計能力以及是否具有一定的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗也有一定的要求。對于新建地方本科高校師資力量相對薄弱, 教師隊伍建設(shè)有待進步一加強, 否則在這樣的師資力量配備情況下, 依舊會出現(xiàn)教學模式陳舊、 實踐和理論沒辦法有效結(jié)合、 實訓效果不佳,學生的求知、 探索、 實踐和創(chuàng)新能力難以進步一培養(yǎng)的問題。

1.2 教學內(nèi)容和方式傳統(tǒng)

在教學內(nèi)容上, 首先, 還是按照課本上的各章、 各節(jié)的基本內(nèi)容逐一進行講解, 因為課本設(shè)計到的工程和計算以及理論研究問題雖然很典型但是相對比較陳舊很多不能與現(xiàn)階段的工廠加工生產(chǎn)實際接軌; 其次, 對于教學內(nèi)容的整合學習情況注重的較少, 導致整個課程學完, 雖然學習了很多知識, 但是這些知識在運用的過程中不能夠很好的緊密聯(lián)系在一起, 比如很多學生在完成工廠設(shè)計的畢業(yè)課題時, 常會出現(xiàn)考慮問題片面不能綜合運用所學的知識從整體上綜合考慮問題并解決問題。

化工原理的課程教學在教學方式上, 大多數(shù)情況還是采取以教師的講解為主或是傳統(tǒng)的“灌輸式” 為主的教學方式, 這是和此課程具有知識點學科交叉性強、 理論深難理解、 設(shè)計到的工程問題復雜等特點分不開的。 但是現(xiàn)在隨著時代的進步,對人才培養(yǎng)質(zhì)量要求的逐步提高, 對于化工原理或食品工程原理課程這些主要講述單元操作的課程, 在教學過程中已經(jīng)不斷有新的教學手段和教學方式出現(xiàn), 但是新的教學方式或教學手段有時也很難達到很好的效果[6-7]。

1.3 理論和實踐結(jié)合能力差

自教育部2016 年積極推進新工科建設(shè)以來, 各大應用型本科院校都在努力探索適合自己的工程教育新模式[8]。 因此很多新建本科院校在探索過程中發(fā)現(xiàn)了導致化工原理相關(guān)的教學條件不能滿足工科實踐教學和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要的因素,除了師資力量不足、 實驗條件不夠、 實訓基地建設(shè)還不完善等[9], 實驗教學和理論教學不能有機結(jié)合也是非常重要的因素。 首先對于化工原理課程的學習化工原理理論教學和化工原理實驗教學常是完全獨立的兩門課, 相關(guān)的教師溝通較少, 使化工原理的理論教學和實驗教學也不能很好的有機結(jié)合, 其次學生和教師對工程問題的認識較少或者學生工廠的見習還未開始, 教師沒有工廠生產(chǎn)工作經(jīng)驗或者工廠設(shè)計經(jīng)驗, 也會使理論、 實訓和實踐不能很好的融合。

1.4 考核形式單一

體現(xiàn)學生課程學習情況的課程考核形式較單一, 以廣西科技師范學院制糖方向人才培養(yǎng)過程中化工原理課程考核為例,課程考核主要有平時成績(30%)和期末成績(70%)兩塊組成。雖然平時成績有的時候包括課堂考勤、 問答和一定的課后作業(yè)、 測試但還是以一些理論知識的學習和鞏固為主, 涉及到實踐和應用方面的內(nèi)容很少。 反應學生對這門課整體學習效果的考核指標主要還是看最后的期末考試的試卷答題情況, 雖然試卷的題型多樣化, 但是這還是沒離開“應試” 教育的模式, 在如今學生對期末成績不太看中, 只要考核過關(guān)一切萬歲的情況下, 這種考核方式, 已經(jīng)不能提高學生學習的主動性和自覺性, 也不利于培養(yǎng)學生利用所學理論知識探索解決實際問題的能力, 因此這種考核方式既不能真實反映學生的學習情況, 更無法滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。

2 教學改革

課程體系改革是新建地方本科高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式能夠不斷適應時代和社會需要的重要環(huán)節(jié), 以下根據(jù)化工原理課程教學的特點和目前存在的問題, 結(jié)合本課程的教學任務(wù)和內(nèi)容, 對該課程教學改革進行的探討。

2.1 豐富教學材料和組建“雙師” 型師資隊伍

本課程的理論教學從2015 級開始, 學生學習的主要材料只有一本課本。 根本不能滿足學生多角度、 多渠道、 多種方式學習本門課程的需求。 因此, 從豐富教學材料著手, 增加了網(wǎng)上習題的作業(yè)模塊和自學模塊, 并提供了與單元操作緊密相關(guān)的工廠設(shè)計案例, 在工廠設(shè)計案例的學習過程中串聯(lián)各主要單元操作的基本概念、 基本理論的應用問題, 同時增加相關(guān)知識點在工廠設(shè)計過程中如何解決實際的工程計算和設(shè)備選型問題。

由于科學、 合理的師資隊伍培養(yǎng)和建設(shè)是人才培養(yǎng)目標順利實現(xiàn)的重要前提條件, 為滿足化工原理課程教學對教師的要求, 采取引進和外派企業(yè)掛職鍛煉相結(jié)合的模式, 選用不但有化工原理理論基礎(chǔ)并有工廠實踐經(jīng)驗或工程設(shè)計、 科研、 管理經(jīng)驗的教師承擔本門課程的教學, 并且要求承擔化工原理的理論教學和實驗教學的教師加強溝通交流, 以便能更好的將理論知識和實踐結(jié)合, 努力將“理實一體化” 的理念和工作貫穿于課程教學和人才培養(yǎng)的多個環(huán)節(jié)中。

2.2 整合課程內(nèi)容

在各單元操作的講解過程中, 雖然各單元操作各有不同千差萬別, 但是為了更好更有效的讓學生理解、 掌握和區(qū)分各單元操作的基本概念、 基本理論并達到能靈活應用, 恰當解決工程設(shè)計問題的目的, 根據(jù)本院食品科學與工程專業(yè)(制糖方向)人才培養(yǎng)方案的要求, 對課程的整體內(nèi)容進行有側(cè)重點的整合和綜合講解。 例如, 對于制糖方向來講, 流體輸送、 傳熱、 以熱量傳遞為特征的蒸發(fā)、 結(jié)晶是解析糖廠工藝指標控制的最基本的工程理論, 也是糖廠工藝研究和設(shè)計基礎(chǔ)。 因此以糖廠生產(chǎn)工藝流程為例, 對教學內(nèi)容進行整合, 根據(jù)生產(chǎn)工藝流程的需要逐項講解工藝生產(chǎn)過程中的各單元操作的基本概念、 基本理論、 和相應理論在解決的實際問題中的應用, 在此基礎(chǔ)上再結(jié)合已經(jīng)學習的單元操作, 仿照上述學習思路學習其它單元操作。 教學內(nèi)容的整合如圖1 所示, 首先將化工原理內(nèi)容結(jié)合人才培養(yǎng)的具體情況分成兩大部分, 一部分是和專業(yè)方向緊密相關(guān)的單元操作的學習, 一部分是相關(guān)程度不高或者沒什么明顯相關(guān)性的單元操作的學習。

圖1 “混合式教學” 在課程教學改革中的應用Fig.1 The application of “blended Teaching” in teaching reform

2.3 創(chuàng)新教學方法

在教學方式上, 傳統(tǒng)的教學方式略顯枯燥乏味, 學生學習的積極性、 主動性差, 教學質(zhì)量根本不能滿足新時代創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要。 雖然PBL 式教學、 啟發(fā)式教學、 翻轉(zhuǎn)式教學、線上線下混合式教學、 理實一體式教學等新的教學方式的出現(xiàn)為化工原理理論教學提供了新的教學方式的參考, 但是具體需要采用何種教學方法應用于本校的課程教學還值得進一步的商討[10-11]。 因此對于不同人才培養(yǎng)條件和背景還需要繼續(xù)探索化工原理課程教學過程中教學方式上改革問題。 本教研室經(jīng)過對本課程師生意見調(diào)研結(jié)果的總結(jié)和分析提出緊密結(jié)合學生和教師的實際, 充分利用“混合式教學” 方法, 根據(jù)不同專業(yè)方向、 不同章節(jié)、 不同知識點的學習特點采取不同的教學方式。

以制糖方向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中化工原理的課程教學方式改革為例說明“混合式教學” 在本課程教學改革中的應用(見圖1 所示)。 在整合教學內(nèi)容后, 與工藝相關(guān)的單元操作的學習, 采用PBL 式教學更合適, 可以逐一討論各單元操作的知識點以及各知識點在實例中的應用, 不但能使學生形象的學習理論, 也能培養(yǎng)解決實際工程問題的思路, 再通過線上作業(yè)、問答和測試的方式鞏固各單元操作的基本知識點, 增加自主學習機會, 減少枯燥的灌輸式教學情況。 另外, 增加課外學習模塊——仿真軟件上實訓內(nèi)容的自主學習, 同時為后續(xù)實驗課和畢業(yè)課題做工廠設(shè)計的奠定基礎(chǔ)。 最后, 還設(shè)計CBL 案例學習模塊, 主要通過小組討論的方式強化所學知識的理論應用。

對于與工藝不相關(guān)或者相關(guān)性較差的單元操作, 主要采取翻轉(zhuǎn)課堂和小組討論的模式進行教學, 培養(yǎng)學生的自主學習能力, 提高利用“互聯(lián)網(wǎng)” 技術(shù)進行學習和解決問題的能力。

2.4 改進課程考核體系

學生對課程學習效果的評價方式很多, 但是對于化工原理理論教學來說, 課程考核是最能反映教學效果和學生學習效果的一個重要環(huán)節(jié)[12], 因此也是教學改革不能缺少的一部分。 由于原有的課程考核評價方式存在著諸多問題, 因此為了讓課程考核能夠更加過程化、 科學合理化、 系統(tǒng)化、 全面化的反映教學質(zhì)量和教學效果, 更能從多角度體現(xiàn)工科人才和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的出發(fā)點, 對課程的考核體系進行了改革。 根據(jù)教學內(nèi)容和教學方式的改革可見課程的學習過程變得更加重要, 所以先對平時成績和期末理論考試成績所占比例進行了調(diào)整由原來的30∶70 調(diào)整為現(xiàn)在的55∶45, 并重點細化學習過程(平時成績55%)的考核, 最后期末考試的考核, 教師可根據(jù)平時成績的學習情況, 進行有針對性的期末試卷考核材料的設(shè)計。 具體構(gòu)建的課程考核如圖2 所示。

圖2 課程考核體系改革前后對比圖Fig.2 The comparison chart of before and after curriculum assessment system reform

3 結(jié) 語

本文通過對化工原理課程教學過程中存在的知識點多、 涉及面廣、 跨學科交叉內(nèi)容多等特點和教學方式和教學內(nèi)容傳統(tǒng)、 理論和實踐結(jié)合能力差、 考核形式不合理等問題進行總結(jié)和分析, 從豐富教學材料、 整合教學內(nèi)容、 創(chuàng)新教學方法和改進課程考核體系四個方面, 對新建地方本科高校食品工程原理課程改革進行了探索和實踐, 增加了學生對本門課程學習的主動性和積極性的同時發(fā)現(xiàn)“混合式教學” 使課程教學效果明顯改善, 以上探索和實踐可為提高提升化工原理的教學效果和教學質(zhì)量, 推動新建地方本科高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)提供參考和借鑒。