生物工程专业化工原理教学方法改革与探索

李立恒，王征，兰时乐

摘要：本文根据化工原理课程的特点，从明确课程地位，精选化工原理教材和优化教学内容，体现素质教育的思想，采用归纳、综合和对比式的教学法，重视习题课的教学，改革教学方法以提高教学效果，问题与不足等方面对生物工程专业化工原理教学方法进行了改革与探索。

关键词：化工原理；优化教学内容；教学效果

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0036-03

化工原理是化学工程、生物工程，食品工程等专业学生必修的一门基础课程，它在数学、物理、化学等基础课程与专业课之间起着承先启后的作用，是自然科学的基础课向工程科学的专业课过渡的入门课程[1]。它要解决的不仅是过程的基本规律，而是面临着真实的、复杂的生产问题——特定的物料在特定的设备中进行的过程。实际问题的复杂性不完全在于过程本身，而首先在于化工设备复杂的几何形状和千变万化的物性[2]。其主要任务是介绍流体流动与输送机械、过滤与沉降、传热和传质的基本原理与计算、设备构造及操作原理、设备选型等。这些都密切联系生产实际，因此改革生物工程专业《化工原理》的教学内容，更好地使学生掌握本课程系统的理论知识和实验技术、可以培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题的能力，为专业课学习和今后的工作打下坚实的基础。其理论知识和研究不仅应用在化工生产中，而且在石油、冶金、轻工、制药及原子能工业、生物工程、环境保护工程中也广泛应用。在课时相对缩减的今天，如何让学生既能掌握化工原理的基本理论，又能培养学生解决化工单元操作中各种工程实际问题的能力，是目前化工原理教学中存在的一个突出问题。传统的教学模式是采用老师课堂讲授的“灌输式”单一教学模式，忽视了学生独立思考能力、分析问题和解决问题能力、开拓创新能力的培养，而且只注重本课程的系统性和科学性，不注重与相关课程的联系和沟通，导致知识点的重复，学生感觉课程乏味后，造成学习积极性下降，上课经常迟到和早退、上课注意力不集中，课程成绩差等问题。因此进行生物工程专业化工原理教学内容改革与探索，对生物工程专业人才的培养至关重要，对开拓学生创新能力、分析和综合能力、独立思考能力具有重大意义。

一、明确课程地位

根据教育部颁布的《关于普通高等院校修订本科专业教学计划的原则意见》和《湖南农业大学生物工程专业人才培养方案》，生物工程系对生物工程专业的教学计划进行了修订，明确了化工原理作为生物工程专业的专业基础课的主导地位；与非农业院校接轨，增加了理论学时，明确了考试大纲和课程考核办法，学生学习有章可循，目的明确，提高了学生掌握化工原理基本知识的能力；开设了单独的化工原理实验技术课程，实验课程学生自己动手操作，提高了学生实际操作能力，创新能力、分析问题和解决问题的能力。

二、精选化工原理教材，优化教学内容

教材的选择是教学过程的一个重要环节[3]。教材是连接师生教与学的基本工具，是学生领会、接受理论知识的基本手段。目前国内出版的化工原理教材较多，难度较大，真正适合农业院校生物工程专业的教材较少。通过对国内出版的《化工原理》教材的反复研究比较，经过多年的教学实践及综合学生对教材的反映，最终选用王志奎等编写的由化学工业出版社出版的《化工原理》[第四版]高等教育规划教材作为生物工程专业的教材。该教材定位准确，知识体系完整，通俗易懂，重点突出，能很好处理经典教学内容与学科前沿之间，基础理论与应用技术之间，统一性与多样性之间的关系。另外结合专业特点，适当取舍教学内容，突出教学重点。对教材中工厂应用较多的设备原理重点讲述。教学中经常把日常生活中与化工原理有密切联系的实例引入课堂，激发了学生学习《化工原理》课程的积极性，获得了良好的教学效果。

三、教学中体现素质教育的思想，注重教书育人

教学中充分体现现代教育理念，使教学方法具有先进性、创新性，来提高课堂教学质量。化工原理教学内容应符合教学大纲要求，来达到预期的教学目的。课堂概念讲解应做到准确，内容要有深度，同时做到深入浅出，内容丰富；语言表达应流畅，熟练；重点要突出，思路要清晰。讲课要有热情，有感染力，才能吸引学生的注意力；要有启发性，必须注意师生间的交流与沟通来活跃课堂气氛。

四、采用归纳、综合和对比式的教学法

1.每次课前要求学生花大约15min进行快速预习，带着问题进入课堂听课。课堂上使知识系统化。每教完一个单元操作后，要求学生自己复习、归纳、总结知识点；每教完一个章节，完成各章课堂上老师布置的有针对性的《化工原理》习题，老师批改，学生在第一时间将问题消化。

2.采用归纳、综合和对比式的教学法[4]。化工原理课程各单元操作之间既有各自的特殊性，同时又存在着密切的联系，从而构成共同的规律。例如流体流动、传热和传质三种传递过程中，分别用牛顿粘性定律、傅立叶定律和费克定律来描述，在流体这三种传递现象中，都是由于流体质点的随机运动所产生的，都等于各自常数与各自浓度梯度乘积的负值，负值均表示各通量的传递方向与该通量的浓度梯度相反，这是它们的共同点；但牛顿粘性定律描述动量传递，傅立叶定律描述热量传递，费克定律描述质量传递，这是它们的不同点；若流体内部有温度差存在，在动量传递的同时必然有热量传递；同理，若流体内部有浓度差存在，也会同时有质量传递；若没有动量传递，则热量传递和质量传递主要是因分子的随机运动产生的现象，其传递速率缓慢。要想增大传递速率，就需要对流体施加外功，使它流动起来；它们之间通过分子的宏观运动这个纽带联系在一起。通过综合对比，能够使学生提高学习效率。

五、重视习题课的教学

学生经常反映上课时听懂了，但做课后习题就犯糊涂，花费了很多时间都解答不出；即使解答出来了，但解题思路仍不清晰，效果不佳[4]。因此每个知识点结束后，我们都布置了相应的习题，使学生在解题过程中加深对知识的掌握；其次应注意加强习题的真实性，力求能反映生产中的各种实际问题。的重要途径，最后，习题课是教师与学生的互动过程，首先由学生在课堂上解答自己完成的习题，老师再在黑板上采用“反推法”，先用板书根据已知条件，讲述整个解题过程的思路，再用多媒体演示整个解题过程，学生比对自己解题过程的对与错，以此加深学生对基本概念、基本方法、基本工艺计算的理解，巩固课程理论知识。

六、改革教学方法，提高教学效果

理论教学充分运用本人亲手制作的多媒体课件进行启发式形象化教学。多媒体集图文声像于一身，以其多维化的表现形式，使深奥的计算知识变成易懂易记的信息，为化工原理的课堂教学提供了新的手段[5]；该方法更加直观、信息量大，能激发学生的学习兴趣，特别适合于运用大量图片的教学。课堂上既有理论描述，又有习题讲解，还插入了大量图片，理论与实际相结合；既有传统板书教学，又有多媒体教学，能及时与学生进行有效的教学互动，使教学更加生动、活泼。而且课堂上经常结合问题进行讨论，促进了学生的积极思考，激发了学生的学习潜能；及时把教学研究及科研成果应用于课堂教学，显著提高了教学质量。实验课程教学采用雷诺演示实验装置、流体流动阻力测定实验装置，离心泵特性曲线测定实验装置、恒压过滤实验装置、空气-蒸汽给热系数测定实验装置、填料吸收塔实验装置、填料精馏塔实验装置、洞道干燥实验装置等化工生产相关设备进行实验；实验前，学生先自行设计操作程序，先采用多媒体教学，然后四人一组动手操作，课后再使用计算机进行自动数据处理、从而培养了学生对化工设备的动手操作，工艺计算和故障处理的能力；其效果直观、迅速、事半功倍，记忆深刻，能够做到课堂教学理论与实践相联系，特别是与化工生产实践相结合，从而能提高学生学习方法与学习能力的培养。

七、问题与不足

1.学生基础不一，对知识的掌握参差不齐，二本学生对知识的掌握明显高于二级学院的学生；由于没有一套适合二级学院的教材，二级学院学生不及格率明显高于本部学生，采用适合二级学院学生学习的教材进行教学迫在眉睫；

2.经费不足，请专业制作人员制作课程动画，难以实现；化工原理实验教学设备短缺，生科院没有专用的教学设备，只能在食科院完成，教学难以按教学计划进行。

总之，对化工原理课程教学改革的目的是为了提高学生的创新能力和专业知识水平。因此必须改变传统的教学模式，使化工原理的教学符合生物工程专业培养目标。虽然我们在教学改革中取得了一定成效，学生不及格率由2008年的8.99%降低为2011年的7.14%，但时代的发展和科学的进步向我们的教学提出了新的要求。如何进一步深化教学改革，还有待每一个教师努力探索和研究。

参考文献：

[1]王志魁，刘丽英，刘伟.化工原理[M].第4版.北京：化学工业出版社，2010.

[2]陈敏恒，丛德滋，方图南.化工原理（上、下册）[M].第2版.北京：化学工业出版社，1999.

[3]兰时乐，林元山，邓林伟，等.生物工程专业微生物教学改革的实践与思考[J].科技创新导报，2009，（18）：168-169.

[4]柴诚敬，王军，陈常贵，等.化工原理课程教学指导[M].天津：天津大学出版社，2003.

[5]曾小兰，王红军，陈慧娟.化工原理课程教学方法的实践与探讨[J].广东化工，2011，38（12）：167-168.

基金项目：湖南农业大学2010年教学改革研究项目（50262/620101210090）B2010090 生物工程专业化工原理教学内容改革与探索