“雙碳”目標下輕工化工專業化工原理課程改革初探

關鍵詞：化工原理；生物質資源；綠色工程理念；課程改革；輕工化工人才培養中圖分類號：TS7；G642 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 05. 026

Exploration of Principles of Chemical Engineering Curriculum Reform for the Major of Light Industry and Chemical Engineering Under Carbon Peaking and Carbon Neutrality Goals

LI Yun1，* YIN Guojun1 ZHANG Xiaolong1 ZHANG Wenbo2 YANG Dong3 CAO Shan4

（1. School of Chemistry amp; Chemical Engineering，Yantai University，Yantai，Shandong Province，264005；2. School of Light Industry andChemical Engineering，Shaanxi University of Science amp; Technology，Xi’an，Shaanxi Province，710021；3. School of Chemistry amp; ChemicalEngineering，Shaanxi University of Science amp; Technology，Xi’an，Shaanxi Province，710021；4. State Key Lab of Green Papermaking and Resource Recycling，Qilu University of Technology（Shandong Academy of Sciences），Ji’nan，Shandong Province，） （ E-mail：liyun@ytu. edu. cn）

Abstract：In the context of the new engineering education，the carbon peaking and carbon neutrality goals，and the urgent needs of highquality transformation and upgrading of the chemical and light industry，with the principle of“integrating course ideological education， strengthening moral cultivation，and following student needs”，this paper introduced the measures and achievements in the teaching reform of Chemical Engineering Principles and the exploration of the training mode for new engineering talents. By adopting the progressive teach‐ ing method of“learning-research-innovation-application”，a diversified education platform that features“linkage between virtual and real， integration of online and offline，and complementarity between in-class and out-of-class”had been constructed. Emphasizing the concept of green and low-carbon and the utilization of sustainable biomass resources，a new idea of cultivating“multidimensional coordinated”engi‐ neering capabilities had been established. It was hoped that through more open teaching concepts，interactive teaching methods，and com‐ prehensive evaluation systems，students’innovative ability and overall quality could be comprehensively improved.

Key words： chemical engineering principle；biomass resource；green engineering concept；curriculum reform；training of talents in light ndustry and chemical engineering

1 “新工科”建設需求下高素質人才培養面臨的主要問題

在新工科背景下，高等教育的教學理念和實踐模式正經歷著深刻的變革。新工科的提出，旨在適應新《中國造紙》2025 年第 44 卷 第 5 期經濟、新產業的發展需求，通過整合知識體系，培養能夠適應未來社會發展的復合型、創新型人才。隨著新工科的深入推進，傳統的教學體系也面臨著改革的需求，以更好地融入新工科的教育理念，提升學生的創新精神和實踐能力[1]。

作為一門注重理論聯系實踐的基礎課，化工原理是連接基礎課和專業課的橋梁，是化工大類專業的核心課程，在幫助學生由科學學習轉變為工程學習的過程中，具有承前啟后的作用。化工原理課程在培養新工科背景下的輕工、化學、化工工程人才方面起到了至關重要的作用[2]。隨著傳統工業技術的局限性日益凸顯以及“雙碳”目標的提出，在“碳達峰”和“碳中和”的目標要求下，傳統的輕工、化工產業亟需進一步向綠色、低碳轉型。化工原理課程改革的背景不僅源于新工科的建設要求，還與全球范圍內新經濟的快速發展和新產業的興起密切相關。

然而化工原理課程內容枯燥繁瑣，理論性強，涉及多學科交叉融合，學習難度大，實踐應用要求高，經過多年的教學發現，學生經過1～2年的大學學習已經掌握了比較全面的化學基礎知識，有較強的理解能力，但是缺乏深入鉆研的精神，往往浮于表面。學生普遍認為課后要消化的課堂內容多，學習積極性下降（學情分析調研結果見圖1）。傳統的“填鴨式”教學模式限制了學生的主動學習，導致了學生對課程理解和認知停留在知識的表層，無法深入了解課程背后的科學原理。

針對上述問題，本文提出將化工原理課程深耕實踐沃土，提出“學-研-創-用”逐級遞進式教學方法。“學”，打磨“理論課程 + 實驗/仿真”，實現知行合一，夯實理論聯系實踐的基礎，培養創新思維；“研”，鼓勵學生參與科研項目，提高解決專業綜合問題的本領，培育創新能力；“創”，專業引領，學科交叉，立項挖掘大學生創新創業項目，開展創新實踐；“用”，產教協同，學以致用，提高學生解決復雜工程問題的能力。構建多元并舉的育人平臺，全方位多角度滲透思政元素，使其內化于心，外顯于形，最終提高人才培養質量。

2 教學內容創新——突出生物質資源利用和輕化工特色

隨著全球化發展和資源需求增長，生物質資源已經成為了一個重要的自然寶庫，尤其是在滿足人類對能源和原料的需求上扮演著日益重要的角色。以“貫徹課程思政、加強立德樹人、緊跟學生需求”為指導思想，對化工原理課程展開了深度改革，結合綠色可持續生物質資源的利用，以期通過更加開放的教學理念、互動式的教學方法和全面的評價體系，提升學生的工程創新能力和綜合創新素質。

2. 1 生物質資源案例教學

化工原理作為一門涉及物質和能量轉換、傳遞的基礎學科，包括流體流動、傳質、傳熱等單元操作。在造紙工藝、制革工藝及化工生產中以上單元操作都是學生必需掌握的基本知識和原理[3]。因此，在化工原理的教學與實踐中，生物質資源的利用與可持續發展、地球環境保護、科技創新意識等方面為化工原理教學提供了大量案例資源。在課堂中融合生物質資源綜合開發利用、以木材為例的紙漿制備流程、膠原生物質利用、污水凈化技術的發展等相關的輕工、化工工藝，引導學生深入理解輕化工特點和綠色資源化工發展方向。

你覺得化工原理哪些內容難度大？

圖1 化工原理學情分析調研結果

Fig. 1 Research results on principles of chemical engineering learning situation

通過在教學過程中引入輕工、化工過程中具體案例的方式，可以使化工原理的教學內容更加生動、實用，有助于提升學生的專業素養和實踐能力。開發體現課程特色、具有說服力、感染力的課程案例，從國家層面、社會層面、個人層面出發，設計了社會責任、綠色低碳理念、科學精神等多個課程融入點，如表1 所示。將流體發展史、化工大家精神等融入教學，使學生深入理解行業對國民經濟發展和社會進步的貢獻，激發學生的家國情懷、責任擔當和專業認同感；以行業制造技術及學科熱點為切入點，如紙漿的物化特性與流體流動規律相關的科學問題[4]，紙漿流動機理、湍流理論在紙張成形中的作用，讓學生理解流體力學在制漿造紙工程中的應用；在流體輸送過程中離心泵葉輪流道內造紙纖維顆粒對液相流場的影響[5]；在過濾單元操作過程中，引入造紙工業中使用的助濾劑，對其發展過程進行講授，從而幫助學生建立創新的工程思維。制革和造紙廢水中污染物的凈化問題，需要對廢水的物理化學性質進行分析，化工原理中的流體力學部分提供了理解和解決這些問題的理論基礎，從而確定最適合的分離技術，如離心分離、浮選或電化學方法。在化工原理的應用上，通過物理分離技術、化學反應工程等手段，可以從生物質中提取有用的化學物質，用于生產各種化工產品。生物質原料的應用發展對于推動輕工、化工行業的可持續發展也具有重要意義。這種教學方法也有助于學生建立起自身專業與社會發展、環境保護之間的聯系，為其未來的職業發展打下堅實的基礎。

表1 化工原理課程教學內容與育人元素支撐矩陣

2. 2 課堂教學方式創新

課程改革圍繞知識傳授與價值引領有機結合，學科前沿知識和教師的科研成果與教學內容有機結合，課程內容的學習與本校的教學資源緊密結合；現代信息技術與教學方法有機結合4 條主線，重塑課程內容，提升課堂活力。通過“問題牽引，案例導入”的教學方式，從之前的“以教師教為中心”的教學，逐漸轉變為“以學生學為中心”。在課堂中強化師生互動和生生互動，教師在課堂上不再是簡單地傳授知識，而是充當引導者和促進者的角色，引導學生主動參與課堂中的討論，引發學生獨立思考，引導學生主動探究和學習，促進學生思維的拓展和深化，從而提高學生的學習積極性和參與度。這種“學-研-創-用”

的教學方法能夠激發學生的學習動力，打破傳統的單向授課模式，使學習過程更加有趣和生動，提高教學效果和學習成效。通過設置“問題導向課堂”“分組合作課堂”等多種課堂模式，促進教師與學生互動以及學生和學生互動，激發學生的學習興趣和積極性，營造積極、互動、合作的學習氛圍，實現教育教學質量的全面提高（教學設計環節見圖2）。

教學過程中，教師根據化工原理課程內容，聚焦我國輕工、化工經濟發展，結合專業特點，將教師科研成果和學科前沿知識進行凝練，形成多個工程案例，將學科前沿知識、教師的科研成果和工程觀點融入教學內容，拓展了課程內容的廣度與深度，滿足學生個性化和研究性學習需求，提高學生學習專業知識的積極性[6]。將工程問題融入課程內容，引入相關實踐案例（如圖3 所示），讓學生通過解決實際工程問題來學習相關知識和技能，激發學生的學習興趣和實踐能力。不斷更新和完善課程內容，保證課程內容與行業發展同步，同時具備前沿性和時代性。教學形式體現先進性和互動性，引入新技術和教學工具，利用現代科技手段，如虛擬實驗、在線學習平臺、雨課堂、智能教育工具等，提升教學效果和互動體驗。學習結果具有探究性和個性化，引導學生進行自主學習和研究，鼓勵學生提出問題、開展研究，培養他們的獨立思考和探索能力，實現個性化學習目標。

針對高年級學生對學科前沿知識和所學知識在實際生產中的應用有較大興趣，鼓勵學生進行與專業相關的課題研究，如環境保護、生物質循環利用等，進一步提高學生學習的主觀能動性，讓學生針對最新的化工進展撰寫綜述論文或者科研進展匯報。這種以問題為導向的學習方式的開展，可有效提高學生學習積極性，打破傳統課堂的沉默狀態，煥發課堂生機活力，提高教學效率，促進學生的全面發展和提高學習成績。這不僅能激發學生的學習興趣和動力，進一步提高學生的主動學習意識和解決復雜工程問題的能力，還幫助學生了解輕工、化工前沿和行業的發展，提高學生對學科的自信，進一步提高學生的就業競爭力。

3 化工原理實驗課程中工程觀念與工程能力的培養

在新工科背景下，化工原理實驗教學改革核心是加強學生的工程觀念與工程創新能力的培養。這一目標的實現，不僅關系到學生對化工原理的理解和應用，也是其能否在未來的工作中獨立解決實際問題的關鍵。工程觀念的培養，不僅要求學生理解化工原理的理論基礎，還要求學生能夠將理論與實際問題相結合，展現出解決復雜工程問題的能力。從實驗設計開始改革實驗教學方式，采用項目驅動的教學方法，將實驗與教師的課題結合，鼓勵學生從設計實驗開始就參與到問題的解決過程中。這種以問題為導向的學習方式，能夠提高學生的主動學習意識和解決復雜工程問題的能力。再次，強化實踐教學環節，通過增加實驗操作的機會和實驗規模，讓學生進行真實的工程學習，如煤制甲醇半實物仿真教學。通過解決實驗中的實際問題，學生可以更好地理解理論知識，并提高其工程實踐能力。

3. 1 “三階段、階梯式”的單元操作實驗模式

以煤制甲醇半實物仿真教學為例，在實驗教學過程中，構建了先從“計算機仿真實驗教學平臺”了解基本單元操作設備和操作過程，然后在“煤制甲醇半實物仿真教學中心”熟悉實際化工生產過程，最后進入單元操作設備設計計算的“三階段、階梯式的單元操作設備設計計算模式”，如圖 所示。學生從學習化工原理基本概念和原理開始，進一步了解由單元操作組成的化工裝置，深入理解并熟悉實際化工生產流程，綜合運用化工原理基礎和工程知識進行模擬和設計，整個過程層層遞進，以期達到對化工生產過程的深刻理解和掌握，提升學生解決復雜工程實際問題的能力。

3. 2 實驗課程中生物質資源利用的元素

實驗教學中設計一系列與生物質資源有直接相關的化工原理實驗課程，如制漿造紙中蒸煮工藝中的能量回收、多級閃蒸實驗；農業廢棄物制備助濾劑以及污水中有機物與重金屬的處理等系列綜合性實驗。鼓勵學生根據實際需要設計實驗方案，從而提高學生的創新意識和解決實際問題的能力。如可以讓學生根據設定的標準或特定的目標，通過小組合作自發設計實驗的流程，包括實驗方案、實驗材料和預期結果等，并在教師的指導下進行實驗。通過實驗數據的分析和理解，學生可以輔助理解和掌握相關的理論知識。此外，實驗教學中可以引入設計性實驗的元素，運用如案例研究、問題探討及團隊合作等方法，這有助于讓學生從不同角度去思考問題，提出解決策略，并進行效果評估。這種富有互動性的教學方式不僅提高了學生的自主學習能力，同時也有助于培養學生的創新思維和團隊合作精神。

圖4 三階段、階梯式的單元操作教學模式

Fig. 4 Three-stage， stepped model of the unit operation

3. 3 優化實驗考核機制

進一步改進實驗考核方式，不僅要考量學生的實驗操作技能，還應評估學生對于實驗數據的分析、處理能力以及實驗方案的創新性。通過多元化的考核方式，促進學生綜合能力的提升。化工原理實驗教學改革的重點是對學生的工程觀念與工程能力的培養，通過教學內容的改革、教學方法的創新、強化實踐教學和改進考核方式，培養出能夠適應新時代要求的高素質化工人才。

綜上所述，將化工原理與生物質利用技術相結合的實驗教學，能夠提高學生的工程實踐動手能力，還能夠激發學生對化學工程的興趣，培養其創新思維和問題解決能力。學生將能夠更好地理解化工原理在現代輕工、化工技術中的應用，為其未來在相關領域的工作和研究打下堅實的基礎。

4 思政教學元素的結合

將價值引領、文化傳承、能力鍛煉與培養融入到化工原理課程的教學中，使學生在學習化工原理的過程中不僅能獲得理論知識，更能夠培養綜合素質和職業道德，實現立德樹人的根本任務[7-8]。這樣的教學方式能夠使化工原理課程內容更加豐富且有深度，為學生的綜合發展提供更為全面的支持和幫助。另外，將“綠色低碳”思政概念注入課程中，使學生對這些元素的重要性和應用場景有更為深刻的理解[9]，也提升了學生的綜合素質與創新能力。單元操作研究方法與邏輯思辨能力培養和工程倫理教育有密切關系，講授知識的同時融入創新精神，選擇涉及環保、可持續發展和資源利用等主題的教學內容，如海水凈化、固體廢物處理等，教師除了傳授專業知識，還能培養學生環境保護、生物質資源利用、綠色工程思維和社會責任感，提升學生的學習自信心，提高學生的綜合素質和工程創新能力。

5 課程評價及改革成效等情況

在化工原理教學中融入生物質資源的教學實踐是筆者所在高校目前教育改革的重要方向之一。通過教學改革和教學創新，團隊教師獲得“校級青年教師教學比賽一等獎”“省高校青年教師教學比賽一等獎”“全國青年教師教學比賽三等獎”。通過對 2017、2018、2019、2020 級學生化工原理課程的跟蹤評價和持續改進，加強了對學生創新能力和工程能力的培養，學生認為課程內容與工程實際和前沿知識的結合，能夠拓展視野，提高學習積極性。近年來，學生在全國化工設計大賽、化工實驗大賽、大學生“挑戰杯”等賽事中獲獎超過30 項，值得一提的是，連續3 年獲得全國實驗大賽華北賽區特等獎，全國一等獎。

通過有效實施策略和實施效果分析可知，這種教學模式不僅提升了學生的綜合素質，還培養了一批具有社會責任感和創新精神的高素質人才。未來，應繼續探索和實踐這一教育模式，為輕工、化工行業培養更多的工程人才，為學生的全面發展和社會的可持續發展做出更大的貢獻。

參 考 文 獻

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（責任編輯：宋佳翼）