师范类院校非化工专业“化工原理”课程教学中存在的问题及对策

侯小歌，张 杰，王俊英，胡炳义

（周口师范学院 生命科学与农学学院，河南 周口466001）

“化工原理”课程是将自然科学的普遍规律应用于解决工程问题，起承前启后及由理到工的桥梁作用，是化学工程、生物工程、制药工程、食品工程等诸多过程工业类专业开设的一门重要的专业技术基础课［1-3]，也是周口师范学院生物工程专业的必修课.该课程是以动量传递、热量传递和质量传递即“三传过程”的基本概念与规律为主线，介绍常用单元操作设备的工作原理、设计与操作.涉及化学、数学、物理等多个学科，内容较多、原理抽象、计算复杂，具有工程性较强的特点［4].在工科院校化工相关专业开设“化工原理”课程，由于他们本身开设的工程学科较多，彼此联系紧密，实践基础较为扎实，实验条件相对比较完善，学生易于接受，利于培养学生的工程思维和工程实践能力.但对于师范类院校的非化工专业来说，师资力量相对缺乏，相关学科课程开设较少，实验条件不是十分完善.再加之该课程涉及的内容与实际生产结合紧密，学生缺乏工程实践经验，从而导致学生在学习过程中感到难点不理解、公式不会灵活应用、内容枯燥乏味，从而产生学习不积极、课堂气氛沉闷、作业抄袭甚至厌学等一系列学习问题.笔者针对周口师范学院生物工程专业“化工原理”课程教学问题展开了研究，并提出了相应的对策，为该课程教学的进一步改革提供参考.

1 课堂教学过程中存在的问题

对于生物工程专业学生来说，“化工原理”课程整体上内容较难.主要表现为内容枯燥、理论抽象、公式复杂、交叉学科较多，对于物理、化学、数学基础较差和工程意识不强的学生，学习困难更大些.在周口师范学院生物工程专业“化工原理”课程的教学过程中，教和学存在一定的问题.

1.1 教学观念陈旧，课堂以教师讲学生听为主题

该校生物工程专业培养方案中规定“化工原理”课程共68个课时，一个学期完成.在内容较多的情况下，教师习惯“满堂灌”.加上时间短、授课容量大，学生一味听课接受，工程思维受到一定的限制，不能发挥学生的主观能动性.学生上课能听懂、能理解，课下大部分忘记甚至全忘记，面对问题一筹莫展，仅仅会解决教师教过的习题类型，若类型稍有变化或者出现与工业生产实际结合紧密的问题，学生就不会做，甚至无从下手.这种现象说明学生对所学知识掌握不牢固，灵活应用能力差，解决工程问题能力低，严重影响了学生后续的专业课程学习乃至以后的工作能力.

1.2 课堂启发学生思维不够，课堂气氛沉闷

传统的“化工原理”课堂教学主要介绍单元操作的基本概念、原理、公式推导及应用、工程设备的结构与操作，内容繁多而枯燥.教师常采取“填鸭式”教学，自己讲的多，学生参与的少，不注重学生学习方法和思维能力的培养［5]，不能充分地调动学生听课的积极性.课堂上，学生面对教师板书的一大堆公式、PPT显示的枯燥文字和花花绿绿的图形线条，再加上工程实际与理论之间存在差异，学生普遍感到较难接受，甚至产生害怕学习的心理，缺乏听课兴趣，课堂气氛沉闷，师生互动效果较差.

1.3 作业形式单一，学生能力培养不够

由于以上两个问题存在，再加上课后习题布置形式单一（仅以教材习题和设计简单的训练题为主），学生对知识复习巩固不到位，部分学生甚至抄袭作业或直接从网上下载答案，匆匆完成任务了事，不能对所学知识牢固掌握.因此导致学生自学能力较差、不能综合分析问题、对知识的灵活应用能力欠缺.由于教师受传统的教学理念所限制，学生启发思维、探究问题能力、计算和设计能力及综合分析问题和解决问题的能力不能得到提升，学生的个性发展体现不突出.

1.4 实践课时少，学生工程意识不强

“化工原理”要强调“工程”观点，使学生树立工程意识.但授课过程中，教师仅能做到利用现有的教学条件，粗略展示相关的生产流程和生产设备，实践教学缺乏.学生不能亲自动手实验，不能亲临生产现场，感性上没有得到认识，导致工程意识薄弱，对课程的作用和地位认识模糊，学习兴趣和积极性得不到提高.

2 改革教学内容，使之更加贴近实际应用

“化工原理”课程依然选用一贯使用的教材，由王志魁主编的供非化工专业使用的可在一学期内完成教学任务的生物工程专业使用的教材.主要内容包括绪论和六个单元操作，其前后内容逻辑性强、关系紧密，而知识又相对较为独立.结合近几年的课堂教学情况及生物工程专业的特色和人才培养的实际，重新安排了教学内容，使之更加贴近实际生产应用.具体做法是将“化工原理”课程教学内容分为三个知识模块，实行知识模块教学法.作为第一个知识块.通过总体介绍，让学生明白本门课程的培养目标、专业地位和作用、主要研究的内容、学习任务.“流体流动和流体输送机械”整合为第二个知识块.该部分是生物工程工业上应用最为广泛也是最为重要的单元操作，同时也是后续内容的基础.因此可作为基础知识模块，授课时注重培养学生的观察发现、思维启发、分析问题、推理归纳及知识联系和综合应用能力.可尽力借助化工实验室设备，开设“流体流动”实验.后五个单元操作均是以“流体流动”为基础的分单元操作，分别为“沉降和过滤”、“传热”、“吸收”、“蒸馏”和“干燥”，可作为第三个单元操作知识块.“沉降和过滤”单元操作一般为物料或中间产物的处理方法，在生物产品工业上应用较为广泛，可作为重点介绍.“传热”单元操作在发酵工业和食品加工工业是必不可少的物理加工过程，只有学生理解了传热的过程和基本原理，掌握了过程计算的方法和设备的设计及选型，才能在生产中得到应用，才能更好地服务于该行业.授课过程中着重介绍传热机理（探索传热膜理论模型的建立）、传热过程计算、设备的选型，培养学生探究能力、分析计算能力、问题的综合分析和解决能力、传热设备的选型和设计能力.“吸收”单元操作主要应用于化学工业，与生物工程产业结合不甚紧密，故可舍弃不讲.“蒸馏”在生物产业应用中也较为广泛，如有机物的提取分离（植物精油的提取、工业发酵酒精的制取、白酒的酿造等），与“沉降和过滤”单元操作内容并重.授课过程中着重介绍蒸馏基本原理、精馏机理、精馏过程计算、精馏塔的设计，培养学生逻辑推理、问题的综合分析和计算能力、设备的选型和设计能力.“干燥”属于生物产品的制取单元操作，该部分理论较为抽象，不易理解.其内容包括干燥方法、机理、计算、设备，其中干燥设备与“生物工业下游技术”和“生物工程设备”课程内容重复，本门课程中不再介绍，重点介绍干燥机理和相关计算.通过专题讲解、实例分析、习题训练来培养和提高学生的理解能力、分析计算和灵活应用能力.此外，课程内容不仅要介绍典型的化工单元操作，还要不断跟踪现代生物化工及其相关学科最新发展动态，介绍与生物工程专业紧密相关的化工最新单元操作及科技前沿知识.如在介绍“分离”单元操作时，增加了现代最新的生物产品膜分离技术和二氧化碳超临界流体萃取技术，扩充了学生视野，又增加了知识信息量.

3 改革教学方法和手段，提高教学效果

课程讲授不仅是传递知识体系，而且更是促进学生认识、能力、技能等全面发展的手段，而讲授方法和手段将直接影响以上各项目标的实现.针对以上教和学中存在的问题，要求教师积极参加教学研究活动，不断研究教学内容和教学方法.摒弃以往弊端，改革教学方法和手段，提高应用型人才培养质量.

3.1 教学过程要强调以学生为主体，发挥学生的主观能动作用

针对本课程的各个单元操作内容和特点，精心组织课堂教学，合理设置问题，启发学生思考.针对某一现象，如流体流动现象、离心泵的气傅和汽蚀现象等，教师科学引导学生观察，及时发现问题并引导分析，由学生独立推导结论.针对“三传”机理的讲授，可采用“讨论式”和“探究式”教学方法.通过讨论和探索研究，逐步引导学生建立理论研究模型.由模型建立过程计算公式，然后在理解原理和公式的基础上，使学生做到综合分析和知识的灵活应用，最后精心设计作业题目，由学生独立完成，使学生的知识得以巩固，能力得到提高.

3.2 增设实践教学环节，培养学生的“工程”意识

实践教学环节是一般工科院校“化工原理”课程教学必不可少的一部分，但作为师范性院校的理工科来讲，实践教学环节相对较为薄弱，存在实验数目开设少甚至不开设现象，导致学生动手能力差，“工程”意识淡薄.“化工原理”作为该校生物工程专业的必修课程，实践教学环节必不可少.改进以往纯粹的理论讲授模式，积极创造外在和内在的条件，增设实践教学环节.一方面，开设校内实验教学，可借助生命科学与农学学院和化学化工学院的实验条件，通过学校和学院的宏观协调，安排相关实验.具体实验项目为流体流动实验、阻力测定实验、降尘室的分离和旋风分离机的分离实验、板框压滤机的恒压过滤与过滤常数的测定实验、精馏实验.另一方面，增加校外见习认知环节，借助专业见习实习基地，让学生对工业生产进行零距离接触，直观上有了感性认识，树立“工程”意识.回到课堂上，在学习的过程中会逐步确立“工程”的观点，调动了学生学习的主动性.

3.3 增设课程设计环节，培养学生的工程思维能力

教师在授课过程中，针对设备选型、设备计算设计内容，在相应单元操作基础知识学完之后，合理安排课程设计题目，作专题讲座，包括课程设计的完整过程即设计任务书、设计要求、设计说明书的编写［6].由于“传热”单元操作在生物发酵和生物加工产业应用最为广泛，故针对“传热”单元操作安排课程设计题目，学生分配给“化工原理”课程组的各个指导教师，在指导教师的指导下，进行课程设计技能训练，时间为3周.

3.4 精心布置作业题目，有利于学生对知识的消化掌握

据调查，该校生物工程专业学生对“化工原理”课程的学习体会是：原理抽象、方法复杂、易懂难用.针对这种情况，教师改变以往单纯地布置教材习题和简单训练的习惯，而是遵循学生对知识的掌握和巩固、综合问题的分析和解决、知识的灵活应用、能力的提高等培养原则.教师精心设计作业题目或讨论题目，题目要体现学生对单元操作基本概念、原理、计算公式等所学知识的综合运用能力，要求学生在课下或课堂中完成，针对普遍存在的问题，教师合理安排时间统一讲解.根据作者多年的教学经验，发现在讲授习题过程中教给学生解决问题的方法很重要.“化工原理”课程计算问题较多，主要分为设计型计算和操作型计算，这也是学生学习本门课程的最大问题之一.在处理该类作业题目时，首先要仔细分析题意，其次写出已知条件和待求参数，然后采用倒推的分析方法，逐步利用已知条件和所关联的概念、原理和公式去解决问题，慢慢引导学生能根据所掌握的解题方法选择合适的公式，教学效果比较显著.另外，设计作业题目时，要结合课题所介绍的典型例题，将题目进行分类，有针对性地培养学生解决工程问题的能力.

3.5 采用现代化教学手段，培养学生的自学能力

在传统板书的基础上，采用多媒体课件、投影仪和电脑网络系统进行辅助教学，以提高“化工原理”课程教学质量［7].当讲授化工设备结构、操作方法、生产工艺时，单纯的板书很难讲清楚.若搜集CAI或相关的视频资料，进一步加以整理，借助多媒体课件给学生演示播放，形象逼真，化抽象为具体.同时也省去了画图时间，明显提高了教学效果.在授课过程中，教师不断搜集网络教学资料，告诉学生好的教学资源网址.同时努力开发网络教学系统，学生可以在网上自主学习，教师与学生可在网上进行互动交流，以此调动学生学习的主动性.

4 改革考核方式，客观评价教学效果

考试既能体现教师教学水平和学生的学习效果，又能引导学生积极学习.同时考试方式的改革有效地促进了教学内容、方法和手段的改革，因此建立合理的考核制度尤为重要［6].笔者根据“化工原理”课程特点和生物工程专业培养目标，建立了较为全面的考核制度.采取理论与技能相结合的综合考核方式，将考核成绩分为三部分即平时成绩（课堂表现、出勤、实验和作业）（平时包括理论课和实践课）占30%，课程设计成绩（课程设计）占20%，闭卷成绩占50%.闭卷考试内容以突出学生对重点知识的把握、分析计算能力、知识的灵活应用能力.这种考核方式的实施，既体现了学生学习本门课程的共性，又体现了学生的个性差异，促进了教师“教”和学生“学”的有效结合.

5 结束语

“化工原理”是一门实用性很强的工程技术类课程，师范类院校非化工专业的课程教学模式不能雷同于工科院校或专门的化工专业.合理的“化工原理”教学内容与方法需结合专业特色和实际需求，精选教学内容，创造自身特点，培养和提高学生的工程思维方法和实践技能.笔者针对“化工原理”课程特点，根据该校生物工程专业的培养目标和专业特色，对教学内容、教学方法和手段、考核方式进行改革，并在教学过程中注重过程分析、注重理论联系实际、注重培养学生的工程能力.同时，在授课过程中不断理论联系实际，通过各个教学环节培养学生的工程观念.加强学生对定量运算、实验技能和相关设计能力的基本训练，培养学生运用基础理论处理常见单元操作中工程问题的能力，从而增强工程意识，提高工程能力.为学习其他专业课程打下坚实的基础，也为今后从事相关工作和研究奠定基础.

［1]张雷，张宏勋.化工原理教学中培养问题解决能力的研究［J].广州化工，2012，40（21）：145-147.

［2]谢艳，姚方.化工原理理论教学的改革［J].广州化工，2012，40（10）：178-179.

［3]王丽梅.基于创新人才培养的化工原理教学方法探索［J].黑龙江畜牧兽医，2014（3）：107-108.

［4]王志魁.化工原理［M].4版.北京：化学工业出版社，2010.

［5]杨连利，张卫红，孟小华.地方高等院校化工原理开放式教学模式的探索［J].咸阳师范学院学报，2014，29（2）：83-85.

［6]王国圣.化工原理课程设计［M].天津：天津理工大学出版社，2009.

［7]宋连香，胡育，孙国锋.化工原理课程教学研究浅析［J].乐山师范学院学报，2013，28（11）：57-59.