基于化工實(shí)驗(yàn)大賽的化工原理課程教學(xué)改革的啟示

張志　高雪梅　魏佳旭

對(duì)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的高校來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)學(xué)生的核心能力尤為關(guān)鍵。化工原理是理工科一門(mén)非常重要的基礎(chǔ)課程，它不僅具有理論性的特征，還需要大量的實(shí)驗(yàn)作為支撐。化工實(shí)驗(yàn)大賽以化工原理課程為基礎(chǔ)開(kāi)展，該比賽分為理論考試、仿真操作和實(shí)操項(xiàng)目三個(gè)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生不僅要具備扎實(shí)的理論知識(shí)，還要具備仿真實(shí)驗(yàn)操作能力、實(shí)操動(dòng)手能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)處理能力等。筆者針對(duì)自己所在學(xué)院（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院）化工原理課程教學(xué)中存在的問(wèn)題和不足，以化工實(shí)驗(yàn)大賽為契機(jī)，借鑒比賽的先進(jìn)模式對(duì)課程進(jìn)行改革，最終形成以學(xué)生為主體，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)溝通能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和數(shù)據(jù)處理能力的教學(xué)改革方案，以期達(dá)到理想的改革效果。

一、當(dāng)前化工原理課程教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)自主性不強(qiáng)

一直以來(lái)，筆者所在學(xué)院的化工原理課程采用“課堂教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)”的模式，理論學(xué)習(xí)內(nèi)容大多為操作原理、公式推導(dǎo)、公式的應(yīng)用計(jì)算等，要求學(xué)生具備一定的邏輯推理能力和計(jì)算能力。這些學(xué)習(xí)內(nèi)容深?yuàn)W，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)自主性不強(qiáng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生為了完成實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院作為一所地方性農(nóng)業(yè)院校的本科學(xué)院，工科基礎(chǔ)薄弱。因?yàn)榛ゎ?lèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本投資較高、維修復(fù)雜，所以學(xué)院資金投入較少，設(shè)備數(shù)量不足。在化工原理課程實(shí)驗(yàn)中，教師通常開(kāi)設(shè)多組實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每組安排多名學(xué)生一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致部分學(xué)生能動(dòng)性不足，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳。

（三）學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范

由于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件不完善，每組學(xué)生人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)全過(guò)程由部分組員完成，其他組員則以旁觀者身份觀摩整個(gè)實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有參與實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)流于形式。另外，部分實(shí)驗(yàn)室設(shè)備較為復(fù)雜，很多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)或畏手畏腳，或全程觀摩，參與度不高。

（四）教師考核方法不科學(xué)

化工原理課程傳統(tǒng)的考核方法主要是期末考試和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。對(duì)部分學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們覺(jué)得期末考試壓力很大，考前“臨陣磨槍”，只期望過(guò)及格線，考完就基本忘記了所學(xué)知識(shí)。另外，實(shí)驗(yàn)考核主要是根據(jù)出勤情況、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行綜合評(píng)判。部分學(xué)生在撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)只會(huì)照搬照抄，不知道如何處理測(cè)定的數(shù)據(jù)，不會(huì)應(yīng)用Excel、Origin等軟件。

二、化工原理課程教學(xué)改革的舉措

（一）以技能大賽促進(jìn)一體化教學(xué)改革

化工實(shí)驗(yàn)大賽分為理論考試、仿真操作和實(shí)操項(xiàng)目三個(gè)環(huán)節(jié)。其中理論考試內(nèi)容全面，基本涵蓋化工原理課程的主要內(nèi)容，而且考核內(nèi)容具有一定的難度。仿真操作包括化工實(shí)踐生產(chǎn)操作和安全考核，需要3人一組，分為組長(zhǎng)、內(nèi)操、外操，通過(guò)團(tuán)隊(duì)配合才能完成。實(shí)操項(xiàng)目包括實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的處理，實(shí)驗(yàn)操作為3人一組，通過(guò)相互配合才能完成，實(shí)驗(yàn)報(bào)告則需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。基于化工實(shí)驗(yàn)大賽各個(gè)環(huán)節(jié)，教師要設(shè)計(jì)理論、虛擬仿真、實(shí)操技能的“理+虛+技”一體化教學(xué)方案，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)溝通能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和數(shù)據(jù)處理能力。

（二）以項(xiàng)目化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容

教師應(yīng)結(jié)合化工原理課程“三傳一反”中的動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞等知識(shí)設(shè)計(jì)項(xiàng)目化課程內(nèi)容，開(kāi)展流體、傳熱、吸收、精餾、干燥五個(gè)單元的項(xiàng)目化教學(xué)活動(dòng)。仿真操作以化工生產(chǎn)中的吸收和精餾操作為主，有需要團(tuán)隊(duì)完成的化工生產(chǎn)過(guò)程內(nèi)容，有需要單獨(dú)操作的仿真內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)操作以流體流動(dòng)、傳熱、吸收和精餾為主，考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)情況。實(shí)驗(yàn)要求團(tuán)隊(duì)配合完成實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)開(kāi)機(jī)、數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)結(jié)束停機(jī)等環(huán)節(jié)，同時(shí)遵循安全意識(shí)、團(tuán)隊(duì)意識(shí)和操作規(guī)范三個(gè)方面的要求。

（三）以核心技能制定評(píng)分考核標(biāo)準(zhǔn)

教師要以化工大賽各個(gè)環(huán)節(jié)的要求為標(biāo)準(zhǔn)，按照理論考核成績(jī)、虛擬仿真成績(jī)（安全考核）、實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）等內(nèi)容制定評(píng)分考核標(biāo)準(zhǔn)。其中理論考試以5次小考為主，每章節(jié)學(xué)完后組織學(xué)生進(jìn)行閉卷測(cè)試，題型以選擇題、填空題、簡(jiǎn)答題和計(jì)算題為主。仿真操作由系統(tǒng)打分，學(xué)生要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成化工生產(chǎn)、單元操作仿真和安全測(cè)試。實(shí)驗(yàn)操作是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作考核的，學(xué)生要在4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中隨機(jī)抽取1個(gè)，以實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、安全性和團(tuán)隊(duì)配合情況為主要考核點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告要包括原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、圖形處理、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果分析等內(nèi)容。在學(xué)生化工原理課程考試成績(jī)中，綜合理論考試平均成績(jī)占50%，仿真成績(jī)占10%，團(tuán)隊(duì)協(xié)作成績(jī)占10%，實(shí)驗(yàn)操作（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）成績(jī)占30%。

三、化工原理課程教學(xué)改革結(jié)果

筆者以自己所在學(xué)院制藥工程專業(yè)化工原理課程教學(xué)為樣本展開(kāi)研究，進(jìn)行平行班分組實(shí)驗(yàn)，結(jié)合調(diào)查問(wèn)卷和期末成績(jī)來(lái)對(duì)比改革方案（項(xiàng)目化理論教學(xué)+虛擬仿真+實(shí)操）和傳統(tǒng)教學(xué)方式（理論+實(shí)踐）的效果。

（一）課程改革調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果

在課程改革過(guò)程中，筆者通過(guò)發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷的方式了解課程教學(xué)情況和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，找到學(xué)生學(xué)習(xí)的問(wèn)題所在。筆者向改革班級(jí)的學(xué)生發(fā)放了30份調(diào)查問(wèn)卷，回收了28份，問(wèn)卷有效回收率為93.33%。其中對(duì)于“哪部分知識(shí)較難”這一問(wèn)題，有34.80%的學(xué)生選擇了“邏輯部分”，34.80%的學(xué)生選擇了“計(jì)算部分”，21.70%的學(xué)生選擇了“原理部分”，8.70%的學(xué)生選擇了“公式部分”。由此可知，學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算題、公式、邏輯、推導(dǎo)等知識(shí)點(diǎn)方面有一定的困難。在今后的教學(xué)過(guò)程中，筆者會(huì)更加重視課堂計(jì)算練習(xí)，布置課后習(xí)題作業(yè)，并在課程教學(xué)中設(shè)置5次小考，每章結(jié)束后跟進(jìn)測(cè)試。

對(duì)于“哪種學(xué)習(xí)方式較好”這一問(wèn)題，30.24%的學(xué)生選擇了“課堂討論”，25.12%的學(xué)生選擇了“課堂習(xí)題”，15.42%的學(xué)生選擇了“單元測(cè)試”，15.32%的學(xué)生選擇了“教學(xué)總結(jié)”，8.20%的學(xué)生選擇了“線上自學(xué)”，5.70%的學(xué)生選擇了“課前提問(wèn)”。由此可知，學(xué)生比較喜歡課堂討論和課堂習(xí)題的學(xué)習(xí)方式，這說(shuō)明學(xué)生想當(dāng)堂解決問(wèn)題，對(duì)不懂的問(wèn)題有求知欲。而對(duì)于線上自學(xué)或課前提問(wèn)等學(xué)習(xí)方式，他們的興趣較低。在今后的教學(xué)中，筆者會(huì)重視培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，爭(zhēng)取每堂課與學(xué)生互動(dòng)，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)、鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

對(duì)于“你對(duì)教師改革的效果是否滿意”這一問(wèn)題，有91.30%的學(xué)生選擇了“很滿意”，有8.70%的學(xué)生選擇了“比較滿意”，沒(méi)有學(xué)生選擇“不滿意”。由此可知，學(xué)生對(duì)教師的教學(xué)改革是比較滿意的，整體教學(xué)改革氛圍較好，學(xué)生沒(méi)有產(chǎn)生反感情緒。

（二）實(shí)踐考核成績(jī)結(jié)果

通過(guò)分析、對(duì)比改革班級(jí)2020級(jí)制藥工程（1）班和傳統(tǒng)班級(jí)2020級(jí)制藥工程（2）班實(shí)踐成績(jī)（表1、表2），來(lái)探索教學(xué)改革成效。由表1、表2可以看出，改革班級(jí)成績(jī)構(gòu)成項(xiàng)目較多，包括考核成績(jī)、仿真操作成績(jī)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作成績(jī)和實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)。而傳統(tǒng)班級(jí)的成績(jī)構(gòu)成項(xiàng)目相對(duì)比較簡(jiǎn)單，僅僅包括考核成績(jī)和實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)。改革班級(jí)增加了仿真操作，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)操作中增加了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的考核內(nèi)容，有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，使學(xué)生更了解實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程及注意事項(xiàng)，提高動(dòng)手能力。

（三）考試成績(jī)結(jié)果

通過(guò)對(duì)比2020級(jí)制藥工程（1）班化工原理期末成績(jī)和2020級(jí)制藥工程（2）班化工原理期末成績(jī)（表3、表4），以最終校內(nèi)課程考核成績(jī)?yōu)槔f(shuō)明改革效果。由表3、表4可知，筆者對(duì)2020級(jí)制藥工程（1）、（2）班進(jìn)行平行班級(jí)授課，期末采用相同方式進(jìn)行考核。2020級(jí)制藥工程（1）班學(xué)生共29人，采用改革方式授課，教學(xué)效果較好，平均分為78.01分，全員及格。2020級(jí)制藥工程（2）班學(xué)生共37人，采用傳統(tǒng)教學(xué)方式授課，平均成績(jī)?yōu)?9.06分，不及格人數(shù)為5人。從教學(xué)效果成績(jī)看，課程教學(xué)改革效果明顯。

四、化工原理教學(xué)改革展望

化工原理課程改革促進(jìn)了課堂教學(xué)方式由以教師為中心向以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變，它以學(xué)科競(jìng)賽為基礎(chǔ)，以項(xiàng)目化教學(xué)方式把常規(guī)理論教學(xué)內(nèi)容具體化，提高針對(duì)性，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目的性更強(qiáng)；以虛擬仿真的實(shí)踐創(chuàng)新結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生的代入感更強(qiáng)，產(chǎn)生更加深刻的體會(huì)；以實(shí)操技能考核鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和數(shù)據(jù)處理能力。雖然這種改革方式取得了一定的成績(jī)，但在實(shí)際操作中也遇到了一定的問(wèn)題，比如教學(xué)投入較大，理論課程增加了大量的測(cè)試與練習(xí)，加大了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)等。未來(lái)，筆者將繼續(xù)加強(qiáng)課賽融合，以賽代考，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)創(chuàng)新模式，深耕教學(xué)理念和內(nèi)容，進(jìn)一步完善教學(xué)創(chuàng)新模式，以期在教學(xué)改革方面有所突破。

（作者單位：吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院）