基于應用導向的“化工原理”教學改革研究

郭文宇,李華蘭,彭 波,陳 英,楊 珂,徐守斌

(1.綿陽師范學院化學與化學工程學院，四川綿陽 621000；2.禾大西普化學(四川)有限公司，四川綿陽 621000)

0 引言

2015年，教育部印發的《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》[1]明確提出，引導部分地方普通本科高校向應用型轉變.為深入貫徹該文件精神，我校從辦學目標、人才培養模式、課程設置和師資隊伍構建等方面進行了較大的調整與轉變，同時鼓勵教師在課程教學中體現應用性，深化產教融合育人，培養應用型人才[2].課程的應用性應圍繞解決社會、企業及日常生活中實際問題為中心，以社會需要為依據，來確定課程內容、組織課程活動，培養學生應用知識能力、適應環境能力以及合作能力.

“化工原理”課程是化工類專業的專業基礎核心課程，是利用“高等數學”“大學物理”“物理化學”等基礎學科的規律和原理來研究化學工業生產中的內在本質規律，是一門綜合性的工程技術應用基礎課程[3].在過去的課程教學中，將化工實踐附屬于理論知識，并服務于理論知識，重理論，輕實踐，不利于培養學生的應用能力.為了進一步貫徹“轉型”思想，在課程建設中，課程團隊將“應用性”貫穿在整個教學過程中，構建“理論-實踐-仿真”三位一體對標企業教學體系，極大地提高了學生的分析與應用能力.

1 教學改革實施

1.1 課程目標及任務

“化工原理”課程在過去教學目標中，強調學生“應運用基礎知識來研究單元操作的內在規律和基本原理”“具有能夠正確進行計算、設計配套設備的能力”“理解并熟悉單元操作設備的構造”等，過度強調理論的重要性.

根據“轉型”精神，結合本地區區域經濟發展特點，認為“化工原理”課程應強調理論和實際相結合，培養學生具有運用理論來分析并解決生活和生產中各種實際問題的能力.在學習和實踐中，應發展學生的自主學習能力，培育學生踏實、創新、認真和精益求精的精神，培養學生嚴謹、吃苦和追求卓越等優秀品質.教學過程應注重弘揚社會主義核心價值觀，傳播積極向上的正能量，塑造具有大國擔當、心系社會的技術性、應用型人才.

1.2 課程教學體系設計

傳統的“化工原理”課程體系中，實踐是圍繞理論展開，是為了讓學生理解某一知識點而進行的教學環節，實踐課程僅僅是理論課程的補充.

以培養技術性、應用型人才為目標，課程設計打破了原來各課程體系的框架，從行業、企業實際需求出發，結合我院目前實際情況，對“化工原理”課程教學體系進一步完善，建立了“理論-實踐-仿真”三位一體的對標企業教學體系，如圖1所示.

圖1 課程教學體系Fig.1 Curriculum teaching system

在理論教學內容中，需對標市場企業，根據其需求選擇理論知識內容，指導實踐與仿真；實踐操作可以驗證基本理論知識，鍛煉學生處理工程數據的基本能力；根據企業需求和指導，仿真可以更好地模擬真實訓練環境，提高學生職業技能.理論教學指導實踐操作，將實踐數據放大，模擬工程操作.利用仿真教學，了解真實世界中無法實現的危險性操作、臨界條件.企業指導教學，教學培養企業所需的技術性和應用型人才.

1.3 教學內容

1.3.1 教學內容設計理念 課程教學應著眼于學生的全面發展，突出培養學生的應用技能.課程內容以應用活動為主線，強調理論結合實踐，扎實學生基礎知識，進一步提升學生工程素質[4].

1.3.2 教學內容設計思路 對標企業需求，依據“理論-實踐-仿真”三位一體體系，以由淺入深、由表探里、由易及難的認知心理順序，建立實踐-理論-再實踐-再理論的教學活動過程[5]，根據生產工作過程再來細化課程內容和組織教學.

1.3.3 教學內容模塊 按照教學設計理念及思路，對該課程的內容選擇做了模塊化的改革.將本課程分為動量傳遞、熱量傳遞和物料傳遞三大教學模塊，根據這三大操作模塊知識結構，又細分為7組操作單元，如圖2所示.

圖2 教學內容模塊Fig.2 Teaching content module

結合現在化工工業生產中常見的操作單元[6]，分別在這7個操作單元中選擇流體與輸送、過濾、傳熱、蒸餾、吸收、干燥作為教學工作單元.

1.4 教學手段

1.4.1 基本教學模式-現代多媒體結合傳統教學 目前高校教學基本采用多媒體教學，多媒體集文字、音像、圖片、動畫與視頻于一身，可以方便有效地演示教學課件[7].我們將仿真素材以及其它素材引入課堂教學中，利用多媒體集成、交互和可控功能形象逼真地向學生展示各種設備的內部結構、操作過程原理以及設備運行情況，可以給學生一種很強的代入感，既豐富了課堂內容，又加強了學生對設備的認識.

盡管多媒體教學方式比傳統方式更加快捷，但在“化工原理”課程教學中，它不可能完全取代傳統的教學方式.這是由于“化工原理”課程中有大量的理論公式需要推導，繁瑣的計算過程需要展示，這類的教學內容采用傳統教學，不僅能與學生進行教學互動，還能有效地控制授課節奏，從而更好地增強教學效果.

1.4.2 線上線下混合式教學 隨著互聯網和教育的深度融合，線上教學也逐漸得到認可[8].雖然線上教學打破空間與時間的限制而進行學習的優勢也越來越明顯.但是通過網絡調查、學生訪談以及學生作業發現，純粹的在線課程學習效果卻與預期相差甚遠，這是因為缺乏傳統教學中老師能夠靈活的進行“導”這一因素[9].

混合式教學既有面對面課堂教學簡潔直觀的優勢，又有線上教學靈活方便的特點，而且在課堂上教師也可以利用在線平臺的功能對學生進行簽到、考核、測驗和檢查，所以將課堂教學與在線教學有機融于一體的線上線下混合式教學要更有優勢.

1.4.3 虛擬仿真結合現場教學手段 化工實驗一來由于設備占地面積大、經費不足等問題，實驗過程通常是多人一組，學生單獨動手機會少，導致實驗效果不理想；二來由于化工原理實驗設備仍屬于小流量實驗設備，在很大程度上限制了工程實驗的實施.將虛擬仿真技術引入“化工原理”實驗教學中就可以很好地解決上述兩個問題.搭建虛擬仿真實驗教學平臺是深化和拓展實驗教學的手段，也是強化理論應用的重要形式[10].

為增強學生的獨立思考和創新能力，在教學活動中，要求學生動手做完實驗后自己在虛擬仿真軟件下模擬趨于現實的大規模、大流量生產，通過虛擬模擬實驗數據和儀表的應用，對比現場實驗的數據及儀表，強化了學生工程生產的概念，是完全不同于基礎課程中強調的實驗室思維.

1.4.4 課程見習 課程見習是深化學生對課程認識的重要途徑和手段[11]，安排學生在學習完流體流動及輸送兩個工作操作單元后進行，這兩個工作單元是“化工原理”課程的基礎，基本概念以及模型搭建流程都在這兩個單元中已經學習完畢，因而學生在課程見習過程中，就能夠帶著問題與思考來了解分析企業中生產流程和工藝組成等.通過見習，學生也會明白企業中需要什么專業知識和專業技術的人才，會進一步激勵自己學好“化工原理”課程.

1.5 教學組織

1.5.1 辦好開課第一講 俗話說，好的開始是成功的一半.因此辦好“化工原理”課程開課的第一講，也是相當重要的.從學科歷史發展及人物展示的開課第一講，可以讓學生感受先輩“刻苦學習，振興中華乃我輩己任”的精神；聘請企業教師進行的開課第一講，可以使學生了解化工行業的前景，更好的培養學生的工程觀念，增加學習本課程的興趣；邀請學生講解自己心得的第一講，通過同齡人的經驗交流，拉近學生和課程的親切感，提高學好本課程的信心.通過形式豐富多彩的開課第一講，極大的鼓舞了學生學習本課程的信心，提升學習的熱情，強化了學生學習的目標.

1.5.2 將思政元素融于教學知識體系，做好課程思政教育 在進行“化工原理”課程教學中，以立德樹人為根本，以“三全”育人為教學框架，充分發揮課堂教學的主渠道作用，將堅持、專注、精益求精和化育天工的化工工匠精神融入課程教學當中，強化學生工程倫理教育，培養學生精益求精的大國工匠精神，激勵學生成為有夢想、有本領、有擔當、有危機意識、勇于踐行科技報國的新一代青年.

(1)以緬懷先輩為線索的思政元素貫穿教學知識體系

國家現在的繁榮離不開那些將畢生的心血都用于建設的科學家和工程師們默默無聞的奉獻.為了更好的將先輩事跡融于教學體系，我們在每個操作單元工作中分別介紹與該單元對應的，在這個單元領域中做出重大貢獻的我國化工專家.授課團隊將這些先輩的生平貢獻作為導入教學知識的線索，并將他們的事跡以ppt、視頻或其他方式展示在課程中.

(2)以大國工程作為線索的思政元素貫融入教學知識體系

為了加速經濟建設，國家規劃、建設了很多大型國家工程，這些大國工程離不開基礎工業的支撐，離不開創新思想的引領，比如規模宏大的南水北調、西氣東輸和西電東送等工程.課程團隊在在線課程的每個單元操作中設立“我愛我的祖國”欄目，將相關大國工程的各種視頻、ppt以及其他格式的文件上傳在這一欄目中，在教學中結合教學知識點有針對性的拿出來作為案例進行分析與討論，在讓學生接受知識的同時，引導學生認識基礎化工行業在大型工程中的重要地位，正確認識中國經濟戰略發展意義，增強時代責任感與歷史使命感.

1.5.3 案例式教學模式-線上課程與課堂討論相結合 “化工原理”課程屬于工科課程，很多的理論與公式是通過實踐經驗獲得.在應用這類型知識的時候，如果簡單的運用多媒體動畫教學，學生不能夠有效領悟，更不能獲得直觀的感受.在長期教學實踐中發現，這類型的教學采用案例教學效果最好.具體實施時采用線上課程結合課堂討論進行，更能有效地樹立學生的工程觀念，提升其理論應用于實踐能力.

在教學過程中，先將某些現象、理論或者事件有條理的上傳在線上課程中，讓學生登錄在線課程進行自我學習，觀看視頻，學習知識.教師再組織學生在課堂進行有效的分組討論與解答，再結合企業提供的案例或者生活中的案例和學生一起分析，使得學生對于化工基礎中的各種經驗公式和理論有更深刻的認識.為了督促學生有效利用課程資源，教學團隊對教學考核進行改革，增加預習作業一項，有力地保證了學生能夠參與到線上學習與課堂討論中.

1.5.4 項目式教學模式-體現“理論-實踐-仿真”三位一體 以“應用”為導向，培養應用型人才，教學團隊對各類企業經過大量調研后決定采用多層次、多方位、系統性的教學方法.

理論指導實驗，以驗證性實驗來驗證理論知識，這些驗證性的實驗是化工原理基礎實驗，也是學生必修實驗.在這基礎上，我們將實驗數據放大，想要探究其放大實驗的現象以及規律，現場的設備已經不能滿足教學實際需要，這時就必須借助虛擬仿真.

實驗放大涉及到的設備儀表都不同，這對學生而言，就明確了一個信息，就是工程放大不僅僅是把設備體積放大一倍這么簡單的事情.在工程放大時，要涉及多個單元操作、多門課程組合，然后利用數學計算，搭建模型進行操作.

通過“理論-實踐-仿真”的三位一體的教學體系來組織教學，可以極大地增強學生工程意識，培養學生工程素養，從而達到培養應用型人才的目的.

1.6 考核評價

如何有效地評價學生的學習效果，通過對學生的學習評價調動學生主動學習的積極性，激發學生的學習熱忱一直都是教師探究的命題[12].我們通過對以往的考試情況的總結和反思，決定逐步嘗試注重學習過程的考核評價體系.根據本學院“化工原理”課程的特點和內容，同時利用學習通平臺的統計功能，采用預習成績20%+總結成績10%+討論10%+考勤成績10%+期末成績50%綜合對學生評價.

“預習-聽講-練習-總結”構成了完整的學習體系，教學評價也應該基于這一學習體系進行評價，因而設置有預習成績、總結成績以及課堂或課外表現成績.沒有平時作業成績是因為期末學校組織的統一考試就可以促使學生自己下去進行習題練習，再加上我們將易錯題講解做成視頻放置在網上，學生可以隨時隨地參考復習更正.

(1)基于在線平臺的預習成績的認定

由于理論學時只有64學時，學時數少，而化工原理理論知識點多，難點多，單憑教師課堂講解是遠遠不夠的，所以必須要求學生提前預習.我們將化工原理的知識點做成微課，放在在線課程上.根據教學特點，讓學生自己上網預習、學習指定的任務點，完成預習作業，希望通過預習作業成績的評定來培養學生的自學能力和分析問題的能力.預習不單單是看看書，聽聽視頻，我們要求學生通過預習理出自己的思路，并針對本章節的內容提出自己的問題.根據學生的預習作業以及提出的問題進行評價學生的預習成績.基于在線平臺的預習活動，也是順利開展案例式或翻轉式教學的必要保障.

(2)基于思維導圖的總結成績的認定

及時認真的對每操作單元進行總結可以進一步讓學生更加系統的掌握各個單元操作的內容.采用思維導圖的方式來總結可以讓學生在理解消化每一操作單元的基礎上，有條理、有層次的將各個單元操作串聯起來.在教學過程中，我們通過學生的總結作業來認定學生的總結成績.

(3)討論成績的認定

這部分成績又由兩部分構成，一部分是參與課堂活動的討論，另外一部分是參與在線課程的討論.在課堂上開展翻轉式教學或案例式教學，總要有學生參與討論，才能夠更好地完成教學活動，通過考核成績的認定來激勵學生參與各種課堂活動，就是為了保障教學活動的順利開展.

在學習通的討論欄目對各種案例、事件和現象進行討論，極大的增加了學生學習主動性，這種討論方式不受時間與空間的限制，學生什么時候有了靈感或者答案什么時候參與討論.在討論過程中，學生可能會走彎路，也可能會出現“牛頭不對馬嘴”的回答，但是網上交流可以更好地使同學們傾聽其他同學的思路與看法，也是提升自己的見識和學習的一個非常好的方式.通過平臺的討論得分來鼓勵學生參與討論，也是培養學生邏輯思維能力的方式.

圖3 學生對課程綜合評價調查圖Fig.3 Survey chart of students' comprehensive evaluation of the course

圖4 學生對課程教學效果評價調查圖Fig.4 Survey chart of students' evaluation of course teaching effect

2 教改效果

以“應用”為導向的教學改革從2013級開始實施到現在取得較大的成果.通過對學生問卷調查顯示，大多數同學都認為這種教學效果好.在化學師范專業中，除部分學生對這門課程認識有偏見外，應用化學專業學生基本都認為通過教學課程的實施，他們學到有一定價值的東西，其中有60%多的學生認為除了教材的知識點之外，還學到很多其它有價值的東西.

3 結語

以“應用”為導向，對“化工原理”課程進行改革是一項系統的工程，只有將“應用性”體現在教學的各個環節當中，才能在有效的教學活動中，更好地提升學生對知識的應用能力以及對問題的分析能力，從而培養出技術性和應用型人才.