新工科下化工原理實驗教學(xué)改革的研究

劉小風(fēng)，曹曉燕，江慎華

(1.九江學(xué)院藥學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江西 九江 332000；2.九江學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，江西 九江 332000)

0 引言

從2010年6月卓越工程師教育培養(yǎng)計劃在天津大學(xué)的召開，到2016年6月中國正式成為《華盛頓協(xié)議》的會員，再到2017年“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”的提出，2018年4月全球首個新工科教育中心在天津大學(xué)率先成立，新工科作為主動應(yīng)對新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動，在教育部的大力推動下應(yīng)運而生[1]。新工科是以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的系統(tǒng)工程，體現(xiàn)了我國建設(shè)新時代工程教育強國的迫切性[2]。

化工原理實驗作為化工原理的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是化工相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修實踐課。與化學(xué)基礎(chǔ)實驗相比，化工原理實驗的研究對象為實際工程問題，研究內(nèi)容則為化工單元操作，通常，一個實驗就是一個完整的單元操作，而化工生產(chǎn)過程就是由多個單元操作組成的[3]。因此，對于初接觸工程問題的學(xué)生而言，通過化工原理實驗，在解決復(fù)雜實際問題和工程問題的過程中，對提升學(xué)生的實驗技能、科研素養(yǎng)以及工程能力等方面都起到了基礎(chǔ)性的作用。

傳統(tǒng)的化工原理實驗往往是以教師為中心，隨著新工科建設(shè)的深入，新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，必然要求高素質(zhì)的工程教育人才。因此，為了順應(yīng)新工科發(fā)展的要求，化工原理實驗進行必要的改革探索勢在必行。

1 化工原理實驗教學(xué)存在的問題

九江學(xué)院的化工專業(yè)始建于2004年，已有近二十年的專業(yè)發(fā)展歷史，是我校首個省級一流專業(yè)。目前，化工原理實驗課程主要面向化學(xué)化工學(xué)院、資源與環(huán)境工程學(xué)院及藥學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院等學(xué)院的學(xué)生開設(shè)，涉及化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程、生物工程、制藥工程等多個專業(yè)，是這些專業(yè)的主干課程。針對不同院系，不同專業(yè)，課程學(xué)時設(shè)置也有所不同，如：化學(xué)工程與工藝專業(yè)為48學(xué)時，涉及12個實驗；應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程和制藥工程專業(yè)為32學(xué)時，共8個實驗；生物工程則為16學(xué)時，4個實驗。課程覆蓋面較廣，基本能滿足化工及其相關(guān)專業(yè)的化工原理實驗教學(xué)需求，但也存在著一些問題。

(1)教學(xué)模式陳舊。傳統(tǒng)的化工原理實驗課程多采用“學(xué)生課前預(yù)習(xí)—教師課堂講解—現(xiàn)場實驗操作—學(xué)生課后撰寫實驗報告”單一的教學(xué)模式。在單一的教學(xué)模式下，教師為教學(xué)的中心，教師在教學(xué)中起主導(dǎo)作用，而學(xué)生往往處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，被動地接受知識內(nèi)容。這種教學(xué)模式與以學(xué)生為中心的教學(xué)思想是不相符的，更不能適應(yīng)新工科對工程人才培養(yǎng)的要求。

(2)學(xué)生安全意識淡薄。由于初次接觸工程類實驗課程，學(xué)生對化工實驗室沒有全面的安全知識，安全意識也比較薄弱。化工原理實驗是工程類實踐課程，因此，通常所涉及的設(shè)備比較龐大，流程比較復(fù)雜，管道交錯，閥門多，經(jīng)常會出現(xiàn)不按操作規(guī)范進行操作，而造成操作失誤的情況發(fā)生；對一些高溫高壓設(shè)備認識不足，往往把這些設(shè)備當(dāng)成普通設(shè)備對待，安全意識不足；對易燃、易爆、易腐蝕類的化學(xué)品的安全使用和操作規(guī)范認識不足等等，這些都會成為實驗室安全事故的隱患。

(3)學(xué)生工程觀念不足。工程性是化工原理實驗區(qū)別于化學(xué)類實驗的明顯特征，通過化工原理實驗，學(xué)生能了解工程實驗中應(yīng)用了哪些基礎(chǔ)原理，這些基礎(chǔ)原理是如何實現(xiàn)的，加深學(xué)生對化工原理理論知識的理解；掌握常用的工程實驗方法和基本操作技能，提高學(xué)生分析、解決實際工程問題的能力。然而，由于各方面的原因，一些學(xué)生對實驗課程不夠重視，僅僅把實驗課作為一項任務(wù)，常常出現(xiàn)預(yù)習(xí)照搬書本內(nèi)容，上課心不在焉，操作則“依葫蘆畫瓢”，根據(jù)老師的演示進行模仿，甚至實出現(xiàn)實驗報告抄襲等現(xiàn)象，學(xué)生工程觀念不足，致使化工原理實驗難以達到應(yīng)有的課程教學(xué)要求。

(4)課程思政融入不夠。化工原理實驗是一門理論與實踐聯(lián)系非常緊密的課程，在鍛煉學(xué)生具有工程實踐能力、團隊協(xié)作能力以及培養(yǎng)學(xué)生具有工科思維方式等方面都有非常重要的作用。由于工科課程的特殊性，很多人認為化工原理實驗只需將化工原理專業(yè)知識教授給學(xué)生，思想政治教育應(yīng)該是思政課的責(zé)任和義務(wù)，因此，化工原理實驗與思想政治教育基本處于脫節(jié)狀態(tài)，未能對當(dāng)代大學(xué)生的“三觀”起到應(yīng)有的正確引導(dǎo)作用。

(5)考核標(biāo)準(zhǔn)不合理。與很多實驗課程類似，傳統(tǒng)的化工原理實驗，其考核往往是依據(jù)實驗報告的成績進行評定的，是以結(jié)果為導(dǎo)向的考核標(biāo)準(zhǔn)。化工原理實驗作為工程性很強的實踐課程，所涉及的設(shè)備基本是大型的化工設(shè)備，受到場地、時間以及流程復(fù)雜性等因素的限制，通常需要多名學(xué)生共同來完成一個單元操作。在整個實驗過程中，部分學(xué)生就會有偷懶、依賴的思想，操作別人操作，數(shù)據(jù)別人采集，甚至最后的實驗報告都拷貝別人的，因此，最終提交的實驗報告并不能全面反映學(xué)生的實際情況，考核標(biāo)準(zhǔn)不夠客觀，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的評價。

2 化工原理實驗教學(xué)改革

在新工科背景下，對化工原理實驗教學(xué)進行改革是非常有必要，筆者結(jié)合九江學(xué)院化工原理實驗教學(xué)實際，從以下幾個方面進行了改革探索，以促進化工原理實驗課程的良性發(fā)展。

2.1 以學(xué)生為中心，改革教學(xué)模式

傳統(tǒng)以教師為中心的化工原理實驗教學(xué)模式，學(xué)生多是被動學(xué)習(xí)，自主性不夠，教學(xué)質(zhì)量不高，改革教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，教師起引導(dǎo)作用，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考，不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

(1)利用現(xiàn)代教育技術(shù)，豐富教學(xué)手段。隨著新媒體時代的到來，現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)不斷更新?lián)Q代，QQ、微信、手機、自媒體等逐漸進入人們的視野。充分利用這些新型教育技術(shù)，將其融入化工原理實驗教學(xué)中，豐富了教學(xué)手段的同時，也為學(xué)生提供了多層次、多方位的學(xué)習(xí)平臺，拓展了學(xué)習(xí)的寬度與維度。

(2)建設(shè)化工原理實驗在線課程，拓展教學(xué)資源。在線課程已經(jīng)成為高校教學(xué)活動中非常重要的教學(xué)手段。化工原理實驗在線課程的內(nèi)容主要包括實驗?zāi)康暮驮怼⒀b置設(shè)備的構(gòu)造組成、操作流程、操作規(guī)范以及實驗中需要注意的事項等，按照教學(xué)內(nèi)容的要求，針對每個單元操作，錄制相應(yīng)的教學(xué)視頻，通過微課及學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行放送。為不同專業(yè)的學(xué)生，不同學(xué)習(xí)情況的學(xué)生，提供開放性、靈活性較強的線上教學(xué)平臺。

(3)以競賽為依托，以賽促學(xué)。鼓勵學(xué)生積極參加課外競賽活動，培養(yǎng)學(xué)生研究興趣的同時，也培養(yǎng)其不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的意識。九江學(xué)院將學(xué)生參加課外競賽活動納入學(xué)生課外實踐考核范疇，每年都組織學(xué)生參加全國大學(xué)生制藥工程設(shè)計競賽、全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽、全國大學(xué)生化工實驗大賽等各類化工制藥方面的競賽，為競賽提供有力地支持與保障。近年來，學(xué)生在各類比賽中取得優(yōu)異的成績，其中，化工設(shè)計競賽獲得全國一等獎1項，二等獎8項，三等獎多項。學(xué)生在參加競賽的過程中，加深了對化工原理實驗內(nèi)容的理解，鍛煉了實驗動手技能，加強了創(chuàng)新意識，提高學(xué)習(xí)的積極性與主動性，真正達到已競答為依托，以賽促學(xué)的目的。

(4)通過在線討論，檢驗教學(xué)效果。因受課時的限制，課堂教學(xué)往往不能包羅萬象，通過課后的教學(xué)討論，教師通過線上發(fā)布討論議題，學(xué)生利用課余時間積極參加，即可檢驗學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的效果，反哺課堂教學(xué)，也延伸了學(xué)習(xí)的深度，提高了教學(xué)的有效性。

2.2 加強安全教育，強化安全意識

實驗室安全操作是化工原理實驗?zāi)茼樌_展的前提，是化工原理實驗極為重要的一個環(huán)節(jié)，必須引起足夠的重視[4]。學(xué)生加強安教育，強化安全意識，才能保證實驗室安全操作，實驗順利開展。因此，為滿足新工科建設(shè)的需要，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整化工原理實驗課程內(nèi)容，將化工安全的相關(guān)內(nèi)容納入實驗教學(xué)中，拓展學(xué)生的化工工程安全知識內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生進行安全操作，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會隱患預(yù)防、排除、應(yīng)急處理事故的能力。如傳熱的單元操作中，冷空氣和水蒸氣在管道內(nèi)進行熱交換過程，熱流體的管路及排氣口溫度都很高，稍不注意就可能引起燙傷等事故。從光滑管過渡到螺紋管，閥門的開放順序比較復(fù)雜，順序混亂了，則有可能引起異常情況、實驗失敗甚至引起事故等。在這一單元操作中，教師就可將安全知識教育融入在授課中，采用提問或者討論的方式，在一問一答，不斷討論中，讓學(xué)生了解該單元操作的操作順序，安全注意事項等，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識；實驗室內(nèi)，在顯眼的位置配備了醫(yī)療小藥箱和滅火器材，第一堂實驗課前，授課老師先帶學(xué)生了解實驗室的整體布局，實驗室安全通道的位置以及醫(yī)療、滅火器材的安放位置，為以后的安全實驗打下基礎(chǔ)；線上教學(xué)資源中，可設(shè)置安全知識內(nèi)容板塊，增加與工程實驗安全相關(guān)的一些案例視頻，讓學(xué)生在看視頻的過程中，提高對安全操作的重視，不斷增強安全意識。

2.3 強化工程化觀念，樹立工科思維

培養(yǎng)學(xué)生建立工程意識，強化工程觀念，樹立工科思維，對于其畢業(yè)后順利走上專業(yè)的工作崗位有著非常重要的作用。因此，在化工原理實驗實踐教學(xué)中，我們始終注意加強學(xué)生工程意識和工程思維的培養(yǎng)過程，從解決工程實際問題出發(fā)，進行針對性地授課。如在精餾綜合實驗教學(xué)過程中，有意識地設(shè)置漏液、液泛等操作障礙，讓學(xué)生在實驗過程中根據(jù)實驗現(xiàn)象找出具體問題所在，引導(dǎo)學(xué)生對具體問題進行分析處理。在實踐教學(xué)中，學(xué)生通過改變某個工藝流程或者調(diào)整某些工藝參數(shù)、調(diào)整某個儀表等，提高了工程意識，加深了對化工原理理論知識的理解，強化了工程化觀念，樹立了工科思維，從而不斷提高學(xué)生分析和解決實際工程問題的能力和綜合素質(zhì)。

2.4 有機融入課程思政，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)

2016年12月，在全國高校思想政治工作會議上，習(xí)近平總書記指出“把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人”，同時還強調(diào)“其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[5]。”這就要求高校教師不斷探索和實踐，將課程思政教育工作貫穿于專業(yè)教學(xué)中，不僅向?qū)W生傳授課程知識內(nèi)容，而且還要求學(xué)生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，育德于教，真正實現(xiàn)“三全育人”。對于化工原理實驗課程而言，課程思政的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生如何運用辯證唯物主義觀點，采用科學(xué)的方法論去考察、分析和解決實際工程問題；培養(yǎng)學(xué)生樹立工程化觀念，具有工程價值觀和倫理道德觀。因此，在化工原理實驗教學(xué)改革中，以實踐教學(xué)為基石，注重培養(yǎng)學(xué)生具有社會主義核心價值觀；以學(xué)生為中心，深挖課程思政元素，不斷探索學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)模式，使課程思政與專業(yè)教學(xué)有機融合，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，為國家培養(yǎng)高素質(zhì)的工程教育人才。

2.5 改革考核體系，完善評價標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)的化工原理實驗，考核標(biāo)準(zhǔn)往往以結(jié)果考核為主，忽視了過程考核的重要性。隨著新工科的發(fā)展，在培養(yǎng)高素質(zhì)工程教育人才的要求下，化工原理實驗考核體系也需進行改革，不斷完善評價標(biāo)準(zhǔn)。因此，將過程考核納入到考核范圍內(nèi)，從三個方面對學(xué)生進行考核：一是在線學(xué)習(xí)情況，其中包含學(xué)習(xí)的時長、視頻觀看的次數(shù)以及學(xué)習(xí)的效果等；二是線上討論情況，包括討論的次數(shù)、討論的質(zhì)量等；三是具體實驗操作情況，包括操作過程中對流程的熟悉程度，操作的規(guī)范性，參數(shù)選取的合理性等。以套管換熱器傳熱實驗為例，具體的過程考核內(nèi)容包括：課前線上+線下預(yù)習(xí)情況；課堂問答和討論情況；實驗操作情況；課后實驗總結(jié)及線上討論情況等。最終學(xué)生的成績評定由過程考核和結(jié)果考核組成，過程考核和結(jié)果考核各占50%。通過改革考核體系，完善評價標(biāo)準(zhǔn)，激發(fā)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考的意識。任課教師也可在教學(xué)改革中不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，以不斷提高化工原理實驗課程的教學(xué)質(zhì)量。

3 結(jié)語

化工原理實驗作為化工原理的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是化工相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修實踐課。傳統(tǒng)的化工原理實驗教學(xué)存在教學(xué)模式陳舊、學(xué)生安全意識淡薄、學(xué)生工程觀念不足、課程思政融入不夠以及考核標(biāo)準(zhǔn)不合理等問題。新工科背景下，對化工原理實驗課程進行教學(xué)改革，將傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，教師起引導(dǎo)作用；將安全教育知識、工程化觀念滲透到化工原理實驗教學(xué)中；將課程思政與化工原理實驗融合在一起；改革以往以結(jié)果考核為標(biāo)準(zhǔn)的評價體系，旨在培養(yǎng)具有專業(yè)知識硬、實踐能力強、綜合素質(zhì)高的工程教育人才。