《化工過程分析與合成》課程教學中的幾點體會

【摘 要】《化工過程的分析與合成》課程是國內外化學工程與工藝專業(yè)學生的主干課程之一，是一門綜合性和應用性很強的專業(yè)基礎課程，因而提高《化工過程分析與合成》課程的教學質量和效果對化學工程與工藝專業(yè)的學生的培養(yǎng)至關重要。文章針對目前《化工過程分析與合成》課程的教學特點和現(xiàn)狀，結合作者自身的一些教學實踐體會，討論了從課程內容、學習評價、課程思政及教學手段等方面提高課程教學質量并調動學生學習積極性的措施。

【關鍵詞】化工過程分析與合成;教學;體會

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】

《化工過程的分析與合成》課程是國內外高等學校針對化學工程與工藝學生開設的一門專業(yè)基礎課程。該課程需要一定的高等數(shù)學、物理化學、化工原理、化學反應工程、分離工程和化工工藝學等課程的基礎知識，是一門綜合性和應用性很強的主干課程。由于涉及大量學科交叉知識，教學難度較大。在傳統(tǒng)的以教材為主導的教學模式中，教師通常先講授課程需要的數(shù)學和化工預備知識，然后講授單元設備模型的建立，最后逐漸過渡到包含多個單元設備的流程分析、合成及優(yōu)化。這種教學模式雖然條理性強，但由于教學內容枯燥、教學模式單一，導致不能很好地調動學生的積極性，進而教學質量和教學效果不能得到很好的保證。而且，在有限的課時內，理論知識講授偏多，對于應用性較強的課程來說也會導致實踐性環(huán)節(jié)不足。所以為提高課程教學質量并調動學生學習積極性，我們需要對本課程進行課程建設，以培養(yǎng)專業(yè)素質高、實踐能力強的新型化工人才[1-3]。

1 課程體系內容改革

為提升教學效果，我們嘗試教學內容進行改革，將化工過程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模擬、化工過程系統(tǒng)的動態(tài)模擬、換熱網(wǎng)絡合成、分離序列綜合、過程系統(tǒng)優(yōu)化五部分內容都按照“基本理論＋工程案例”兩個環(huán)節(jié)進行設置。“基本理論”環(huán)節(jié)將課本內容進行重點講解，但同時將講授學時進行壓縮。“工程案例”環(huán)節(jié)采取從實際工業(yè)化生產中提取的方式[4]，以工業(yè)需求為背景，然后把課程知識與所用到的交叉學科知識都貫穿在案例中，引導學生與老師共同從研究工程實際問題的角度進行探討、互動，實現(xiàn)多學科知識融會貫通[5，6]，同時培養(yǎng)學生運用系統(tǒng)工程的觀點和方法研究化工過程系統(tǒng)模擬、分析、優(yōu)化和合成的基本能力，達到本課程的教學目的。為使兩個環(huán)節(jié)都達到最佳的教學效果，教師和學生都需要課前、課中和課后投入時間和精力。首先教師課前需要對每節(jié)課進行知識目標分析和知識網(wǎng)絡構建以便于課上可以有計劃、有目標的進行基礎知識教學，同時需要基于課程目標和知識網(wǎng)絡進行案例收集，之后形成教學資源；隨后教師課前將基礎教學資源推出給學生，并進行預習任務布置，學生需要課前明確學習任務，依據(jù)教師給的資源進行課前自學；之后在課堂教學中，教師需要根據(jù)每節(jié)課的案例進行綜合分析，學生則需分組討論，保證課堂內容得到很好的理解、消化和吸收；最后教師需要對課堂案例及教學內容進行分析總結，同時通過作業(yè)和課堂測試進行定量評價。

通過課程體系內容改革豐富課程資源；通過學生課前自學，培養(yǎng)學生獨立探索未知的精神；通過課堂講授內化知識，強化重點知識和概念理解；通過課后作業(yè)及總結幫助學生查缺補漏。

課前學情分析助力教學內容設計。化工過程的分析與合成》是一門綜合性課程，內容涉及到很多其他課程所學習的知識。根據(jù)培養(yǎng)計劃的設定，很多課程是大二所學，而本門課程基本都是安排在大四第二學期，這樣設置的初衷是想使學生充分了解相關基礎知識之后，再開始綜合性課程的學習，這樣帶來學生對所學過久的知識遺忘的現(xiàn)象。因而，為了使學生學習過程中更加從容和提升教學效果，我們一般會對與本門課程密切相關的知識點進行梳理，再逐步加深到本課程的知識。例如，在進行序貫模塊法的學習時，對于《化工過程的分析與合成》課程來說，研究對象針對的是化工過程或過程系統(tǒng)，而單元操作在本課程中可以簡單的理解為一個黑箱子，對于其內部結構和內部規(guī)律可不予理會，只需要著眼于由這樣一個又一個單元操作拼接在一起形成的過程系統(tǒng)，我們會直接把它當成一個小模塊來進行處理。但是，如果課程上來就這么講述將會增加學生理解難度，此外，單元操作是《化工原理》課程詳細學習過的內容，然而，對于單元操作的建模過程涉及較少，因為課堂上我們對單元操作的建模過程需要做詳細講解，從而使學生很自然的過渡到化工系統(tǒng)的學習中來。因而通過課前學情分析和合理的教學設計，我們能夠很好的掌握課堂上每個知識點的講解，使教學效果提升。

此外，廣西大學化學化工學院《化工過程的分析與合成》課程建設擁有一支富有活力、高素質、充滿干勁且積極向上的教學團隊，現(xiàn)有教授1人，副教授2人，講師1人。一流的師資隊伍是課程建設的強有力支撐。此外，本課程建設依托的廣西大學化學工程與技術專業(yè)屬于國家“雙一流”建設學科群，具有良好的建設平臺。

2 多維度學習評價及反饋

基于知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造“三位一體”的人才培養(yǎng)模式[7-9]，課程采用多維度評價體系，基本過程包括：

①《化工過程分析與合成》課程教學目標的確定

通過對廣西大學化學化工學院化學工程與工藝專業(yè)的人才培養(yǎng)目標的梳理和基于產出導向（OBE）的工程能力畢業(yè)要求，本課程的教學目標分別對應了畢業(yè)能力要求中工程知識、設計/開發(fā)解決方案和項目管理能力。主要包含三個目標，首先是知識目標，要求掌握化工過程分析和合成的基本概念和基本內容，掌握化工過程系統(tǒng)模擬與分析的基本原理和方法。其次是能力目標，要求能運用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理對給定的化工過程系統(tǒng)進行結構優(yōu)化設計。最后是思政與素質目標，要求能夠在化工系統(tǒng)設計過程中，綜合考慮投資和收益之間的權衡，設計具有全局最優(yōu)的流程方案。培養(yǎng)學生作為化工人的責任與使命，將工程師價值觀寓于實踐之中。

②《化工過程分析與合成》多維度評價過程

針對本課程的教學目標和相關教學活動，本課程主要通過課前預習、課堂測試、課堂互動討論、課后作業(yè)、期末閉卷考試等形式，對學習效果進行全方位評價。

③《化工過程分析與合成》多維度評價效果評估

針對課程目標達成評價，我們對課程學習過程中的教學活動賦予一定的權重來評價課程目標達成情況，課程總評成績由平時成績和期末考試成績組成，課程總評成績=平時成績*40%+期末考試成績*60%，其中平時成績=課堂考勤0.1+課堂測試*0.3+課后作業(yè)*0.6。通過計算學生個體成績，判斷其相關能力是否達成預期目標。

④《化工過程分析與合成》多維度評價的反饋機制與持續(xù)改進

課程目標達成度評價包括課程分目標達成度評價和課程總目標達成度評價，具體計算方法如下：課程目標評價值低于0.6的，需要對得分較低的學生進行警示，并通過輔導和答疑等途徑，對學生的學習和課程目標達成進行重新評估和考核，直到達到標準要求。

3 課程思政融入教學助力全方位人才培養(yǎng)

基于本課程的思政教學目標，即培養(yǎng)學生作為化工人的責任與使命，將工程師價值觀寓于實踐之中，《化工過程的分析與合成》課程堅持立德樹人與育人育才有機結合，顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一，將課程思政以潛移默化的形式融入到《化工過程的分析與合成》課程的教學內容中，積極引導學生樹立正確的國家觀、民族觀、歷史觀、文化觀，從而為社會培養(yǎng)更多德智體美勞全面發(fā)展的人才。主要從以幾個方面開展：

①樹立文化自信。

在《化工過程的分析與合成》課程中，在分離序列綜合章節(jié)，講到分離技術時，引入最悠久的分離技術——中國的海水制鹽，提升學生的學習興趣，激發(fā)文化自信；在講解序貫模塊法時，以乙醇發(fā)酵為例講解，通過發(fā)酵法制備乙醇引出能源問題及整個世界的環(huán)境問題，同時分析發(fā)酵法制備乙醇對中國農業(yè)發(fā)展的利處；在講解分離序列綜合的方法時，介紹北京化工大學施寶昌教授提出的相對費用函數(shù)法以及該方法對化工過程系統(tǒng)發(fā)展帶來的貢獻，培養(yǎng)學生的民族自豪感。

②培養(yǎng)探索求知的精神

在講授單純形法時，介紹單純形法的誕生歷程，丹齊克通過在研究中通過“加工”和“挖掘共性”而提出了線性規(guī)劃的重要理論，通過分析和觀察很多類似特征的現(xiàn)象，去探索這些現(xiàn)象背后的本質和規(guī)律，進而培養(yǎng)學生的探索求知精神。

③培養(yǎng)工程倫理意識

在換熱網(wǎng)絡合成章節(jié)中，課堂上為同學們介紹一些利用換熱網(wǎng)絡設計進行老廠改造的案例，設計能量更優(yōu)的方案，以提高經(jīng)濟效益。與此同時，進行生產過程的優(yōu)化集成時，廢物再利用與資源化，從而降低了成本與消耗，減少廢棄物的排放和毒性，減少產品全生命周期對環(huán)境的不良影響，即逐步實現(xiàn)綠色化工。課堂上與學生討論綠色化工及相關政策，讓學生思考專業(yè)課知識點，更深入思考著作為一個化工人的責任與使命，將工程師價值觀和工程倫理教育寓于實踐之中。

4 多樣化教學提高學生學習熱情

《化工過程的分析與合成》是一門工程實踐性很強的課程[10，11]，涉及大量優(yōu)化理論、軟件模擬理論和計算公式，為了生動的講解這些內容，采用多樣性的輔助教學手段非常重要。我們通過制作課件PPT、黑板板書和一些商業(yè)軟件的講解視頻用以輔助教學。此外，關于一些優(yōu)化算法的學習，我們在課堂講解完理論知識之后，再進行課堂模擬，讓學生深切體會到模擬算法的魅力。例如，在講解求解線性規(guī)劃問題的單純形法時，我們首先進行單純形法的基礎理論介紹，隨后以一個具體的實例進行黑板板書，詳細介紹這種算法的求解過程，最后通過Excel中三維線性迭代進行計算，因為此種方法對應的模型就是單純形法，通過實際操作讓學生看到采用計算機比手工計算快的多。通過這種方式告訴學生由于優(yōu)化方法所涉及的數(shù)學問題較為復雜，且難度較大，為了避免使學生過多的陷入到優(yōu)化過程的數(shù)學細節(jié)，而忽略對過程系統(tǒng)本質的關注，希望大家在學習的過程中，要抓住優(yōu)化方法的思想。因此，計算機這一輔助工具，尤其是常用的Excel軟件可以發(fā)揮較大的用處。希望大家在后面遇到問題時優(yōu)先選擇軟件來解決。正是由于這些軟件包的存在，使我們可以淡化對優(yōu)化問題的求解的數(shù)學細節(jié)。那么在學習本門課程中更多的關注于它的基本原理和思路，更多的關注于優(yōu)化技術本身在化工過程系統(tǒng)中的應用問題。

除此之外，我們上課過程中充分利用網(wǎng)絡和多媒體資源，與課堂教學同步，豐富教學資源，加大課程信息量。如選擇使用雨課堂、微助教等新型教學工具進行課堂搶答、課堂測驗等，使課堂教學更加靈活，這也極大的提高了學生的學習興趣。

5 結論與展望

《化工過程的分析與合成》課程從2020年首次在廣西大學化學化工學院化學工程與工藝專業(yè)開設，是化學工程與工藝創(chuàng)培班專業(yè)核心課程及普通本科專業(yè)學生的一門專業(yè)選修課，根據(jù)學院人才培養(yǎng)目標及培養(yǎng)方案，以學生為中心，以新工科人才培養(yǎng)為目的，總結了近三年來作者根據(jù)上課經(jīng)驗對該課程的一些心得體會。通過課程內容體系改革、“基本理論＋工程案例”的授課模式、學情分析助力教學設計、多維度評價體系保證教學效果持續(xù)提升、課程思政融入課堂保證全方位人才培養(yǎng)和多樣化教學提升學習激情等手段，最終多方面協(xié)作提升教學質量，這些方法也可以推廣到應用性較強的其他理論課程中去。

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資助項目：廣西大學2023年優(yōu)質課程倍增計劃項目的資助（YZKC2023047）；2024年廣西大學校級本科教學改革工程項目

作者簡介：王艷麗（1989—），女，山東聊城人，博士，副教授，從事化工過程的分析與合成的教學工作。