《化工單元操作技術(shù)》課程現(xiàn)狀及改革研究

翁燕玲

(眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 眉山 620000)

隨著我國經(jīng)濟進(jìn)入新的發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷加快，各省市也貫徹國家的戰(zhàn)略要求，加快構(gòu)建區(qū)域產(chǎn)業(yè)體系。四川省眉山市目前擁有萬華化學(xué)、聯(lián)合利華、陶氏化學(xué)、昊華化工、金象賽瑞等一大批世界500強、中國化工100強的企業(yè)，化工背景高素質(zhì)技術(shù)技能人才需求旺盛。

《化工單元操作技術(shù)》是應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課，主要內(nèi)容是以化工生產(chǎn)中的物理加工過程為背景，依據(jù)操作原理的共性，分為若干單元操作過程，學(xué)習(xí)如流體輸送技術(shù)，傳熱、干燥、精餾等單元操作的基本原理、基本計算方法，單元操作典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)及設(shè)備在生產(chǎn)中的操作控制方法等，將學(xué)生帶入化工生產(chǎn)領(lǐng)域真實和復(fù)雜的問題中。同時學(xué)習(xí)化工企業(yè)實際生產(chǎn)的任務(wù)、涉及的崗位及所需知識。該課程所涉及的知識和技能，包括設(shè)備的操作、維修、故障處理等，在實際化工生產(chǎn)中具備廣泛的應(yīng)用價值，是培養(yǎng)學(xué)生化工相關(guān)崗位尤其是生產(chǎn)一線技術(shù)人員所需崗位知識及職業(yè)能力的一門必不可少的工程課程。《化工單元操作技術(shù)》課程需要在學(xué)習(xí)掌握《無機化學(xué)》《有機化學(xué)》《化工制圖》《化工儀表及自動化》《化工設(shè)備基礎(chǔ)》等課程知識的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)并應(yīng)用，在基礎(chǔ)課和其他專業(yè)課之間起到了承上啟下的橋梁作用，培養(yǎng)學(xué)生運用工程的思路分析、解決實際工作中的具體問題，蘊含化工單元操作工、生產(chǎn)一線技術(shù)工等崗位所必須掌握的基礎(chǔ)知識。

1 課程現(xiàn)狀

1.1 生源特點

目前，我院應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)生源主要來源于通過單招招收的學(xué)生(中專、職高學(xué)生)。絕大部分學(xué)生非化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)，且大部分為文科專業(yè)，導(dǎo)致數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)基礎(chǔ)薄弱，而應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)的課程基礎(chǔ)就是數(shù)學(xué)、物理、無機化學(xué)、有機化學(xué)等，因此對于學(xué)生來說，學(xué)習(xí)難度大。學(xué)生普遍對于理論及計算類的知識點，具有畏懼心理，沒有學(xué)習(xí)的興趣和信心，表現(xiàn)在涉及理論和計算知識點講解時，學(xué)生普遍跟不上教學(xué)思路，不愿聽講，教學(xué)難度大。從報考志愿分析，應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)第一志愿學(xué)生人數(shù)相對較少，第二、三志愿人數(shù)較多，且存在較多的調(diào)劑學(xué)生，學(xué)習(xí)熱情較低，同時學(xué)習(xí)的主動性、自律性較差，導(dǎo)致整體教學(xué)效果較差。

1.2 教學(xué)模式跟隨本科教育模式，依賴傳統(tǒng)教學(xué)模式

《國家職業(yè)教育改革實施方案》文件中提出，職業(yè)教育不同于本科教育，職業(yè)教育所傳授的技術(shù)知識的來源、形成方式及途徑有異于本科教育，因此職業(yè)教育在專業(yè)課程設(shè)置、教材內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的開發(fā)選擇、師資隊伍建設(shè)、教學(xué)管理評價等方面均應(yīng)形成自己的一套體系[1]。然而，多年以來，高職院校的教學(xué)模式跟隨本科教育模式，依賴傳統(tǒng)教學(xué)模式。無論是專業(yè)課程設(shè)置，還是教材內(nèi)容的選擇上都更偏向本科教育，與職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)不夠契合。同時在教學(xué)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)實施過程中教師與學(xué)生的互動關(guān)系、教學(xué)資源等方面都依賴傳統(tǒng)的教學(xué)模式，導(dǎo)致職業(yè)院校的學(xué)生理論基礎(chǔ)也跟不上，實踐操作能力優(yōu)勢又沒有得到加強，與企業(yè)崗位需求相去甚遠(yuǎn)。

1.3 課時太少，理論和實踐分配不夠合理

由于職業(yè)院校學(xué)生的生源水平弱于專科及本科學(xué)生，而《化工單元操作技術(shù)》這門課程又是專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，因此按照傳統(tǒng)設(shè)置的課時數(shù)明顯偏少。在現(xiàn)有課時的情況下，學(xué)生不論是理論教學(xué)環(huán)節(jié)，還是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的知識都無法充分的理解與掌握。學(xué)生經(jīng)過“理實”兩個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，無法有效地將理論知識和實踐操作有機的關(guān)聯(lián)起來，而且綜合運用各單元操作的能力較差，不利于后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。由于課時的限制、學(xué)校實驗條件的限制，針對化工單元操作技術(shù)課程的理論和實踐操作分配并不合理，尤其在實踐教學(xué)方面，學(xué)生無法進(jìn)行較多的實踐操作。

2 課程改進(jìn)措施

2.1 重新規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的教學(xué)模式,沒有充分考慮生源差異性,沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式、教材內(nèi)容，學(xué)生難以吸收理解，因此很難達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。針對現(xiàn)有生源特點，結(jié)合當(dāng)?shù)匦袠I(yè)、企業(yè)的崗位需求，融入人才培養(yǎng)方案，對《化工單元操作技術(shù)》課程內(nèi)容重新進(jìn)行了設(shè)計整合。按照激發(fā)興趣——探究原理——實踐論證——知識遷移的思路，對《化工單元操作技術(shù)》課程內(nèi)容進(jìn)行重整，分為基礎(chǔ)知識模塊、專業(yè)知識模塊。化工單元操作技術(shù)課程有流體輸送、傳熱、分離、精餾、過濾、萃取等操作模塊，本文以傳熱和流體輸送為例進(jìn)行改革設(shè)計[2]。

2.2 教學(xué)過程與實施改革

《化工單元操作技術(shù)》作為應(yīng)用化工專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，課程本身難度較大，理論知識多，而化工生產(chǎn)過程具有復(fù)雜性、特殊性和危險性等特點，教學(xué)過程中的實踐操作，多采用仿真操作或者現(xiàn)場看設(shè)備結(jié)合講解等形式，學(xué)生參與度較低。無論是理論知識講授，還是實踐操作環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣都不高，亟需在教學(xué)方法上進(jìn)行創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。“任務(wù)驅(qū)動”不同于“以傳授知識為主”的傳統(tǒng)教學(xué)理念，其最根本的特點就是“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”，秉持解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動式的教學(xué)理念。“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法，從淺顯的生活實例入手，引入知識概念，提出任務(wù)(問題)，再由教師向?qū)W生提供解決該任務(wù)的有關(guān)線索，不僅極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)的興趣，同時培養(yǎng)了他們自主學(xué)習(xí)、探索解決問題、團隊協(xié)作的能力。“任務(wù)驅(qū)動”法在《化工單元操作技術(shù)》課程中傳熱模塊的應(yīng)用如下：

1)創(chuàng)設(shè)情境

由于現(xiàn)有生源的基礎(chǔ)比較薄弱，如何在學(xué)生已有的生活經(jīng)驗、已有的知識體系和新概念、新知識之間搭建鏈接點，是課堂導(dǎo)入的重點。 將所講授的概念與知識點與日常生活情景聯(lián)系起來，生動形象，學(xué)生能夠更容易理解新概念、新知識，也更有助于記憶，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，傳熱操作技術(shù)單元授課時，可以通過飲水機冷熱水一定比例混合得到溫水，冬天熱盒裝牛奶等生活情景，引出換熱器作用原理。這種導(dǎo)入方法不僅可以使抽象的概念生活化，降低學(xué)習(xí)的難度，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的信心，同時讓學(xué)生明白我們所學(xué)的知識都是來源于生活且應(yīng)用到生活中的；不僅可以培養(yǎng)學(xué)生善于觀察和思考的能力，同時讓學(xué)生形成理論和實踐一體化的概念[1，3]。

2)確定任務(wù)

根據(jù)上述創(chuàng)設(shè)的情境，選擇與傳熱操作模塊密切相關(guān)的生活場景作為學(xué)習(xí)的中心內(nèi)容，讓學(xué)生分組討論，確定具體任務(wù)，并將任務(wù)拆解成具體可以實踐操作的步驟。同時讓學(xué)生分組來講訴任務(wù)，在講訴的過程中對于任務(wù)更加的清晰明了。由全班同學(xué)共同探討任務(wù)步驟的可操作性、可行性，協(xié)同制定更為完善的任務(wù)完成方案。明確工作任務(wù)以及任務(wù)的解決步驟，有可能使學(xué)生更主動、更廣泛地激活自身原有知識和經(jīng)驗，通過分析、解決任務(wù)，為新舊知識搭建鏈接的平臺。

3)類比教學(xué)

①《化工單元操作技術(shù)》課程的主要內(nèi)容可以歸納為“三傳一反”。“三傳”就是傳質(zhì)、傳熱、傳動，基本原理都可以概括為：反應(yīng)速率=推動力/阻力=系數(shù)×推動力的形式，只是推動力和阻力的表達(dá)形式不同。例如，流體輸送單元操作中，推動力是壓力差，傳熱單元操作中推動力是溫度差，濃度差、電位差等可以是反應(yīng)過程的推動力[4]。

根據(jù)知識間的內(nèi)在聯(lián)系，通過類比教學(xué)，不僅鞏固了舊知識，同時引入了知識。以舊知識作為指引，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識，可以強化學(xué)生注意力的集中，提升學(xué)習(xí)效率，降低學(xué)習(xí)和記憶的難度。對于傅里葉定律、牛頓冷卻定律的教學(xué)同樣可以采用類比手段。

傳熱基本方程：

(1)

牛頓冷卻定律：

(2)

由式(1)、式(2)看出，兩個式子的結(jié)構(gòu)類似，含義類似，通過類比教學(xué)，不僅可以讓學(xué)生對傳熱的原理理解的更透徹，同時也減少學(xué)習(xí)難度。

②流體輸送和傳熱中的壓力降

在講授傳熱單元操作模塊總傳熱系數(shù)K時，由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過流體輸送單元操作中流體阻力相關(guān)內(nèi)容，此時在教學(xué)中較多的運用類比教學(xué)方法，不僅可以降低學(xué)生的學(xué)習(xí)量，也可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和觸類旁通的知識遷移能力，為將來工作中完成不同的項目任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

流體輸送單元操作模塊：采用相應(yīng)的計算方法分別計算直管阻力與局部阻力，兩者之和為整個管路的總阻力。

直管阻力計算公式：

(3)

傳熱單元操作模塊:換熱器的阻力分為管程阻力和殼程阻力。

直管壓力降公式：

(4)

從式(3)、式(4)看出，流體阻力和換熱器的阻力計算的原理是類似的，學(xué)生經(jīng)過流體阻力學(xué)習(xí)后，再來學(xué)習(xí)換熱器阻力的計算就變得簡單易懂。經(jīng)過課程內(nèi)容整合，采用類比教學(xué)，可以極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

4)培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

由于我院絕大部分學(xué)生非化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)，數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)生可能需要補充初高中數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識，導(dǎo)致在高職學(xué)習(xí)期間，學(xué)生需要學(xué)習(xí)的知識量比較大，而課時有限，因此亟需學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，提升自身的知識儲備。同時在學(xué)校學(xué)習(xí)的階段和時間都只占學(xué)習(xí)生涯的一部分，教師一直致力于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)能力。在教學(xué)過程中，由教師告訴學(xué)生需要完成的任務(wù)和完成任務(wù)的有關(guān)線索。如需要搜集哪一類資料、從何處獲取有關(guān)的信息資料等，而不是直接告訴學(xué)生方法，正所謂“授人以魚不如授人以漁”。

5)效果評價

對于課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實施過程等的改革，需要對改革效果進(jìn)行評價，否則都是紙上談兵，不能有效的辨別何種改革措施成效高。可以結(jié)合信息化手段，設(shè)計合理的評價體系，采用問卷調(diào)查、隨堂測驗、課后測驗、實踐評價等多維度綜合評價，并根據(jù)效果，實時調(diào)整教學(xué)方案。

2.3 增強信息化教學(xué)水平

目前，高職院校普遍存在“教學(xué)內(nèi)容多、課時少”的問題[5]。同時針對學(xué)校經(jīng)費有限、實驗教學(xué)條件的不足等，導(dǎo)致的學(xué)生實踐能力得不到有效鍛煉的問題，一方面可以通過課堂派、學(xué)習(xí)通等在線平臺和APP，構(gòu)建在線自主討論、學(xué)習(xí)環(huán)境，教師可以上傳課件、題庫等學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)、自由討論，解決課時少的問題，同時提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；另一方面，可以通過仿真訓(xùn)練等信息化教學(xué)手段，提升學(xué)生的實踐操作能力和動手能力。由于化工生產(chǎn)環(huán)境具有復(fù)雜、專業(yè)性強、危險性高等特點，雖然職業(yè)教育強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力，但實際上學(xué)生一般都只是到工廠進(jìn)行參加見習(xí)。如果想要真正動手操作，需要經(jīng)過大量時間的前期培訓(xùn)，而學(xué)校又不具備相應(yīng)的條件配備足夠的實驗設(shè)備滿足教學(xué)需求，仿真教學(xué)就極大的滿足了化工類專業(yè)的實踐需求及安全環(huán)保節(jié)能的需求。高職院校的學(xué)生對于實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的興趣遠(yuǎn)大于純理論教學(xué)環(huán)節(jié)，因此合理設(shè)計、分配課程理論和實踐內(nèi)容，將晦澀的理論教學(xué)融入仿真實踐教學(xué)中，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。同時工學(xué)結(jié)合的課程設(shè)計，也讓“做中學(xué)”“學(xué)促做”的理念得到充分體現(xiàn)。利用學(xué)校配備的計算機或個人電腦，學(xué)生在任何空余時間均可進(jìn)行虛擬仿真實驗；還可以利用仿真軟件觀察儀器設(shè)備的3D結(jié)構(gòu)和原理展示，讓學(xué)生直觀的了解設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造，更形象、直觀地掌握單元操作、設(shè)備運行的基本原理和方法等[6]。

3 改革成效

通過教學(xué)改革，采用任務(wù)驅(qū)動法教授理論知識，能夠有效增強學(xué)生對定義和原理的理解能力，大部分學(xué)生能夠準(zhǔn)確或者用自己的語言描述，相關(guān)概念的定義。為了緩解實操存在的難題，提高仿真實踐訓(xùn)練的比例，學(xué)生的實踐水平得到提升。例如，進(jìn)行兩個流體輸送和傳熱單元的仿真訓(xùn)練，成績大部分都在80分以上。通過培養(yǎng)鍛煉，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力也得到一定提升，部分學(xué)生能夠結(jié)合實驗原理、實驗裝置繪制基礎(chǔ)的PID圖。學(xué)生的計算水平提高較為微弱，主要原因是學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，后續(xù)仍需要針對學(xué)生的具體情況，對授課內(nèi)容進(jìn)行實時調(diào)整。

4 結(jié)語

為了培養(yǎng)企業(yè)需求的人才，結(jié)合我院應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)學(xué)生的生源特點，融合《化工單元操作技術(shù)》課程特征，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實施過程、信息化教學(xué)等方面著手，對《化工單元操作技術(shù)》課程進(jìn)行改革。按照激發(fā)興趣——探究原理——實踐論證——知識遷移的思路，對課程內(nèi)容進(jìn)行重整，分為基礎(chǔ)知識模塊、專業(yè)知識模塊。采用創(chuàng)設(shè)情景——確定任務(wù)——類比教學(xué)——培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力——效果評價的教學(xué)模式，對課程教學(xué)實施過程進(jìn)行改革。通過多維度綜合評價，實時調(diào)整教學(xué)方案。從在線學(xué)習(xí)平臺的構(gòu)建和完善來解決“教學(xué)內(nèi)容多、課時少”的問題，從增強仿真訓(xùn)練，來提升學(xué)生的實踐操作能力和動手能力。接下來，將對課程其他模塊，如“分離單元操作”模塊的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新整合、重新設(shè)計。