工程教育認(rèn)證背景下《化工工藝學(xué)》教學(xué)改革的探索與實踐*

陳 恒，李 麗，王曉鈺，姚 路，原平方，陳改榮

(新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是保證和提高高等工程教育質(zhì)量的一種重要手段和措施，有助于提升高校的人才培養(yǎng)質(zhì)量，滿足新工科快速發(fā)展的要求[1]，化工工藝學(xué)(或者化學(xué)工藝學(xué)、石油化工工藝學(xué)等)是學(xué)生達(dá)成“能夠綜合運用所學(xué)知識和技術(shù)手段，分析和解決復(fù)雜工程問題”這一畢業(yè)要求的最重要課程[2]。根據(jù)《化工專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》要求《化工工藝學(xué)》是化學(xué)工程與工藝專業(yè)必修的一門專業(yè)核心課程[3]，是學(xué)生在學(xué)習(xí)完《化工原理》、《化學(xué)反應(yīng)工程》、《化工熱力學(xué)》等先修課程知識基礎(chǔ)上開設(shè)的，通過本課程的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生將已學(xué)的專業(yè)理論知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識與實際生產(chǎn)相結(jié)合，以處理實際生產(chǎn)過程問題[4]；培養(yǎng)學(xué)生在化工工藝過程的理論與實踐方面建立較為系統(tǒng)的基礎(chǔ)，能較好地應(yīng)用物理、化學(xué)、化工基礎(chǔ)知識來分析和解決實際問題[5]。但目前我校開設(shè)的《化工工藝學(xué)》存在教材編寫理念陳舊、覆蓋面過窄、工藝進(jìn)展落后等問題，導(dǎo)致教材內(nèi)容不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和國際化視野；教材內(nèi)容組織與呈現(xiàn)形式單一不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自我評價。在課程教授過程中缺乏思政元素的發(fā)掘；與先修課程及相關(guān)課程的結(jié)合不夠，對培養(yǎng)學(xué)生綜合用于專業(yè)基礎(chǔ)知識的能力上做的不到位。

順應(yīng)新工科建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證趨勢，教學(xué)團隊基于《化工工藝學(xué)》課程授課存在的問題和我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)“一流專業(yè)”建設(shè)的實際情況，并參考兄弟院校的改革措施[6-7]，重點從教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)方法和課程思政三方面全面進(jìn)行改革與探索。

1 本著“內(nèi)容豐富，工藝先進(jìn)，緊跟時代發(fā)展”原則，教學(xué)內(nèi)容改革主要從教材改革和課堂授課內(nèi)容兩方面著手

一是立足河南，以心連心化肥廠、濮陽大化、昊華駿化、洛陽石化等化工企業(yè)生產(chǎn)過程為主線，發(fā)掘合成氨、尿素、純堿、汽柴油生產(chǎn)等典型的無機、有機產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝案例，詳細(xì)其生產(chǎn)過程及過程中使用的新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備，使教學(xué)內(nèi)容更接地氣，更貼合學(xué)生就業(yè)實際。二是面向全國，放眼世界，將國內(nèi)外最新工藝成果引入教學(xué)，增加課程內(nèi)容時代性與前沿性。結(jié)合案例分析，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力。具體做法如下：

(1)編寫新版教材，教材內(nèi)容保留原來的合成氨部分，作為對煤化工工藝的典型工藝過程，重點講解。同時，加入石油煉化、加氫裂化、三聚氰胺和乙二醇等目前更貼近化工行業(yè)的典型工藝，與時俱進(jìn)，緊跟行業(yè)發(fā)展。摒棄傳統(tǒng)的教材編寫模式，以O(shè)BE理念為引領(lǐng)，貫徹“目標(biāo)導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)”。教材編著時，注重突出學(xué)生中心地位。在教材編寫時，每章內(nèi)容前設(shè)置“學(xué)習(xí)目標(biāo)”模塊，參照布魯姆教育目標(biāo)分類法，從認(rèn)知、情感、動作技能等領(lǐng)域設(shè)置本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)，便于學(xué)生樹立明確的、可衡量的學(xué)習(xí)目標(biāo)。教材編寫工作在河南省“十四五”普通高等教育規(guī)劃教材立項建設(shè)支持下，融入化工工藝學(xué)研究領(lǐng)域最新發(fā)展，充分融合現(xiàn)代信息技術(shù)手段，內(nèi)容組織形式富有啟發(fā)性，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新潛能。

(2)改變課堂講授內(nèi)容，以教材內(nèi)容為基礎(chǔ)，但又不拘泥于教材內(nèi)容，適當(dāng)加入最新工藝和行業(yè)前沿技術(shù)的講解。設(shè)置專門的課內(nèi)實踐課時，利用學(xué)校的仿真實訓(xùn)平臺和化工拓展實驗室，讓學(xué)生了解和掌握化工生產(chǎn)過程各個崗位的工作內(nèi)容和對工藝參數(shù)的實時控制。提高學(xué)生學(xué)以致用、理論聯(lián)系實際的綜合能力。設(shè)置專門課時為學(xué)生講解化工行業(yè)常用設(shè)計類軟件，讓學(xué)生學(xué)到實實在在的有用的知識。設(shè)置專門課時講解化工原理、化工熱力學(xué)、化工分離工程和化工CAD等先修專業(yè)基礎(chǔ)課程在工藝學(xué)中的應(yīng)用，增強學(xué)生綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)知識的能力。

2 課堂教學(xué)方法上摒棄傳統(tǒng)授課方式，改變“老師為主，學(xué)生被動接受”的現(xiàn)狀，堅決杜絕滿堂灌；改變封閉式課堂的現(xiàn)狀，將課堂從教室延伸到圖書館，從書本延伸到網(wǎng)絡(luò)

(1)化工工藝學(xué)采用混合式教學(xué)主要由40學(xué)時的理論課授課和8課時的實踐課教學(xué)組成。同時理論課時又是由線上學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)組成，學(xué)生線上學(xué)習(xí)時，主要以課程預(yù)習(xí)、課下自學(xué)、線上作業(yè)、線上自測、線上討論、線上拓展等學(xué)習(xí)活動為主。課堂教學(xué)時，教師依托BOPPPS教學(xué)理念開展有效教學(xué)設(shè)計，結(jié)合學(xué)習(xí)通APP開展線上線下教學(xué)，促使學(xué)生廣泛參與，突出學(xué)生的主體地位。

以“一氧化碳變化工藝條件的選擇”為例，本次課教學(xué)重點是溫度、壓力、物料組成對變換反應(yīng)的影響和工藝參數(shù)控制，教學(xué)難點是如何控制操作溫度沿最佳溫度線。本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)是導(dǎo)言(Bridge-in)設(shè)置圖示“煤化工廠能耗與空氣治理之間的關(guān)系圖，同時結(jié)合近兩年國家出臺對化工廠環(huán)保強勢政策與空氣質(zhì)量變化的實例”引導(dǎo)學(xué)生加深對節(jié)能減排、降低能耗的直觀認(rèn)識，由此引入一氧化碳變換工藝條件控制的學(xué)習(xí)內(nèi)容。PPT展示，口述學(xué)習(xí)目標(biāo)(Objectives)“學(xué)習(xí)者能準(zhǔn)確說明一氧化碳變換反應(yīng)原理，并準(zhǔn)確指出影響因素；學(xué)習(xí)者能掌握可逆放熱反應(yīng)溫度控制方法；學(xué)習(xí)者能理解一氧化碳變換反應(yīng)乃至可逆放熱反應(yīng)如何降低能耗。”前測(Pre-assessment)部分通過學(xué)習(xí)通 APP 推送題目，測試學(xué)生對一氧化碳變換反應(yīng)原理、影響因素、對話及催化劑等的掌握情況。

根據(jù)答題情況簡單講解。設(shè)置兩個任務(wù)鼓勵學(xué)生參與式學(xué)習(xí)(Participatory Learning)。任務(wù)一是“壓力對變換反應(yīng)的影響以及如何控制”。給出變換反應(yīng)式，引導(dǎo)學(xué)生思考如下問題：(1)結(jié)合從《反應(yīng)工程》知識如何分析壓力對變換反應(yīng)的影響；(2)工業(yè)上為何一般都選擇加壓反應(yīng)呢？有什么優(yōu)缺點？確定壓力大小的原則是什么？通過PPT 展示列表，組織分組討論。首先按課前分組，從反應(yīng)速度、生產(chǎn)能力、熱能回收、降低能耗、設(shè)備投資等幾方面分析選擇加壓的優(yōu)點和缺點，每組討論 1個方面；隨后，點名軟件隨機抽取一組，說明本組討論結(jié)果；最后，其它組補充，教師點評。通過總結(jié)合理的條件，并引出任務(wù)二“如何控制操作溫度沿最佳反應(yīng)溫度線” 板書展示常見的列管式反應(yīng)器，演示其工作過程。提問：該設(shè)計的缺陷？引導(dǎo)學(xué)生從設(shè)備投資、操作成本等方面考慮。學(xué)習(xí)通 APP 搖一搖選人回答，并公布答案。提出問題“如何改進(jìn)”引導(dǎo)學(xué)生化工原理中所學(xué)的傳熱方式出發(fā)進(jìn)行思考。學(xué)習(xí)通 APP 搖一搖選人回答。板書給出給出分段反應(yīng)，段間冷卻，展示三段床層，講解間接換熱和段間直接換熱的原理和對反應(yīng)體系的影響。提出問題“直接換熱可以選擇什么冷源”。板書展示冷原料氣冷激對反應(yīng)體系轉(zhuǎn)化率的影響，歸納答案，并說明冷原料氣冷激的優(yōu)缺點。繼續(xù)提出問題“還可以選擇哪些冷源”，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合反應(yīng)工程、物理化學(xué)的知識，本著對反應(yīng)過程有利的原則思考，總結(jié)給出正確答案。

圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)，依托學(xué)習(xí)通開展后測(Post-assessment)，并結(jié)合學(xué)生作答情況，予以點評。總結(jié)(Summary)重點、難點后布置課后學(xué)習(xí)任務(wù)“學(xué)生通過對一氧化碳變換反應(yīng)的學(xué)習(xí)，掌握工藝條件控制方法，掌握節(jié)能降耗的切入點。結(jié)合 CNKI 文獻(xiàn)的調(diào)研和結(jié)合小組討論， 從原料氣來源、催化劑特點、流程長短、設(shè)備投資、操作費用、能量回收與利用等角度，評價并歸納該流程的特點。學(xué)生結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研，總結(jié)一氧化碳變換反應(yīng)的最新進(jìn)展。”

(2)充分利用我校“煤制甲醇及烯烴半實物仿真實訓(xùn)平臺”，設(shè)置8個課時實訓(xùn)課時，在講完合成氨全工藝過程后，到仿真實訓(xùn)平臺上課，從讀工藝流程圖開始到熟悉各個工段工藝參數(shù)控制，重點鍛煉學(xué)生讀圖、識圖能力以及對工藝主要設(shè)備和控制方法有直觀的認(rèn)識。

(3)擴大教學(xué)團隊，加入《化工原理》、《化工熱力學(xué)》、《化工分離工程》、《化工CAD》等課程的主講老師，設(shè)置專門課時為學(xué)生講授這些先修課程知識在化工工藝過程的應(yīng)用體現(xiàn)和如何在化工工藝設(shè)計或者工藝技術(shù)改進(jìn)過程中運用這些基礎(chǔ)知識，切實做到讓學(xué)生學(xué)以致用、理論真真實實地聯(lián)系到實際。

3 課程思政改革，具體工藝過程的學(xué)習(xí)過程中可把思政元素融入到課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)

化工工藝學(xué)是一門與身產(chǎn)實際聯(lián)系緊密的課程，是培養(yǎng)學(xué)生對所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識的綜合運用能力的課程，在對化學(xué)工業(yè)的介紹，具體工藝過程的學(xué)習(xí)過程中可把思政元素融入到課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，注重科學(xué)層面上培養(yǎng)學(xué)生節(jié)能減排意識，引導(dǎo)學(xué)生做到“明大德、守公德、嚴(yán)私德”，幫助學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀、價值觀，積極引導(dǎo)學(xué)生不斷追求更高的目標(biāo)，把服務(wù)中華民族偉大復(fù)興作為自己重要使命和學(xué)習(xí)的不竭動力，努力把學(xué)生培養(yǎng)成德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，真正達(dá)到教學(xué)目的要求。具體做法如下：

提出“樹立綠色發(fā)展和環(huán)境友好意識，能夠從“經(jīng)濟 (Economy)、效率 (Efficiency)、生態(tài)(Ecology)、能源 (Energy)等角度選擇原料、設(shè)計工藝流程和選擇過程設(shè)備”為本課程的核心育德目標(biāo)。結(jié)合每節(jié)課的教授內(nèi)容，嚴(yán)密設(shè)計思政元素；利用課前和課間時間為學(xué)生播放化工先驅(qū)、化工名人、化工典型工藝，以此方法幫助學(xué)生了解化工發(fā)展過程，激起學(xué)生家國情懷和培養(yǎng)學(xué)生的民族自信心，對專業(yè)學(xué)習(xí)和就業(yè)的自信心。提出的思政元素和采用的思政材料如圖1所示。

表1 思政元素和材料Table 1 The elemets and matertal of ideological and political education

4 結(jié) 語

教學(xué)團隊從2018年開始對化工工藝學(xué)教學(xué)進(jìn)行從教材到課堂教學(xué)改革的探索和實踐，從學(xué)生反饋情況來看，學(xué)生給與相當(dāng)高的肯定，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性明顯提高。通過課程思政內(nèi)容的融入，學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)積極性和專業(yè)認(rèn)可度得到很大提高。但是，教學(xué)改革是一個任重道遠(yuǎn)的過程，在現(xiàn)有的改革成果基礎(chǔ)上，我們擬將工藝學(xué)更多第與基礎(chǔ)課程、后續(xù)的設(shè)計課程結(jié)合，打造“超級課程”，以進(jìn)一步增強學(xué)生學(xué)以致用的能力，增強學(xué)生工程思維，滿足化工行業(yè)對應(yīng)用型人才的需求。