以“化工原理”课程竞赛促进学生创新能力培养——北京林业大学参加北京地区高校“化工原理”课程竞赛启示

(北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083)

21世纪是知识经济的时代，知识成为最重要的生产力和生产要素，而创新知识是促进生产发展的主要推动力。因此，科学技术和经济的竞争已演变为教育的竞争。各个国家都把教育，尤其是高等教育置于优先发展的战略地位上[1]。在高等工科教育中，完善的知识体系框架包括基础科学、工程科学、工程技术与设备认知。而从自然科学到工程技术之间，必须有一个中间知识层次，这一中间知识层次的教育是通过技术基础课程来承担的[2]。而“化工原理”作为专业基础课程在化工类专业学生的知识结构中起着承前启后、由理及工的“桥梁”作用。该课程的内容所涉及的知识面广、习题量多、计算量大，具有很强的工程性、实践性和应用性特点，其课程内容涉及化工分离的各个单元操作，需要学生掌握在自然科学原理分析基础上理解和解决实际工程问题的方法，是培养学生工程能力和创新能力的重要载体。

近年来，逐渐兴起的大学生课程竞赛正是以解决实际应用问题为目标，引导学生利用基础知识解决现实问题。它对学生树立创新观念、提高专业技能运用能力具有重要意义[3]。

一、北京地区高校“化工原理”课程竞赛的程序内容

北京地区普通高等学校“化工原理”课程竞赛是2010年由北京化工大学发起、中国化工学会化学工程专业委员会主办、北京地区设有“化工原理”课程的普通高校参加的2年1次的区域性竞赛。前3届竞赛由巴斯夫(中国)有限公司冠名赞助，本届(第4届)竞赛由北京东方仿真软件技术有限公司冠名赞助，共有清华大学、北京化工大学、中国石油大学(北京)在内的11所高校参加。

基于理论与实践技能相结合的原则，本次“化工原理”课程竞赛分初赛和决赛2部分进行。初赛笔试试卷由北京石油化工学院“化工原理”教学团队负责出题，考察范围包括流体的流动和输送机械、传热、吸收、精馏(包括塔设备)4部分内容，题型分为简答和计算2类。其中，计算题着重考察学生对“化工原理”课程基础知识的掌握情况以及计算能力；简答题侧重测验学生是否具备利用相关知识分析和解决实际问题的能力(例如，青藏铁路建设过程中冻土问题解决方案的理论依据、高速运行的交通器周围的气体流动状况及所形成的安全隐患、夏/冬季节人体降低/保持温度的传热理论依据等)。决赛是在北京石油化工学院清源校区举办，要求学生以小组(2人)为单位，在一天的规定时间内独立完成创新设计，并提交完整的设计报告和PPT答辩材料。决赛主要考查学生对于精馏操作的掌握情况、应用理论知识分析和解决实际问题的能力以及团队精神和创新能力。最终的决赛成绩由答辩成绩(40%)和设计报告成绩(60%)共同组成。

二、“化工原理”课程竞赛的参赛体会

“化工原理”课程是北京林业大学材料科学与技术学院为林产化学加工工程学科大二和大三学生开设的专业基础课程，是学生由基础课程学习转向专业课程学习所接触的第一门工程性质的核心课程，在学生的工程、实践及创新能力的培养体系中占据十分重要的地位[4]。为了拓宽教学视野，加强与兄弟院校的交流，激发学生对该课程实际应用环节的重视，“化工原理”课程教研组组织全院相关专业学生第一次参加了北京地区普通高校“化工原理”课程竞赛。由于是第一次参加，在整个参与过程中，院、系领导十分关心竞赛进程，相关教师也积极配合竞赛组织单位完成学生培训、校内初赛、决赛学生选拔等工作。同时，2013—2014届林产化学加工工程专业学生也积极参与，最终取得了集体二等奖的优异成绩，达到了预期效果。

北京林业大学“化工原理”课程教材分为上、下2册，分别在第四、第五学期开设。此次竞赛处于大二学生仅完成“化工原理”课程上册内容的学习阶段。大三学生完成全部课程学习及课程设计半年多的时间点。在初赛之前，该课程教研组的相关教师组织报名的大二学生自学了“化工原理”课程下册中吸收和精馏章节的内容，并根据上届竞赛的初赛试题进行了辅导。但是，从初赛成绩来看，大三学生对竞赛涵盖的4章节知识内容掌握得更加牢固且有条理性。参加初赛笔试的30位学生中，仅有一位大二的学生进入前10名，最终根据竞赛规则，北京林业大学选拔了4名学生参加决赛。

在初赛笔试过程中，笔者发现，学生对于设计型问题的掌握要好于操作型问题，运用数学微积分工具进行计算的能力急待提高，利用化工原理基础知识解决实际问题的能力欠缺。决赛题目涉及实际的化工分离问题，它给学生留有足够的创新思维空间和发挥才能的余地。在评审过程中，评委并不要求学生对题目做标准解答，而是更注重学生提交的设计方案的合理性、可行性、创新性以及讨论的深度，同时考察学生之间的相互合作、对相关资料检索以及流程方案设计、实验设计和文字表达的能力。另外，连续2天的竞赛对学生的学习意志和心理素质也是一种锻炼，不仅锻炼了学生综合运用基础知识的能力，而且还考察了学生独立思考问题的创新意识，对于发展学生思维能力、表达能力、实验操作技能和创造能力有很重要的作用。

三、以“化工原理”课程竞赛促进学生创新能力培养的教学启示

(一)“化工原理”课程竞赛反映创新能力的基本要求

新型创新人才培养是新时期提高高等教育质量的迫切要求，除了要达到教学基本要求外，对大学生的科学素养、知识结构和能力结构的培养非常重要，是当前高校人才培养模式改革的重心所在。

1.科学素养

科学素养是人在处理与自然、社会的关系中应该具备的知识、精神要素和实践能力[5]。学生要学会科学地分析生产实际中的工程技术问题，能运用多维、发散式的思维方法分析问题和客观地表达自己的观点，主动地提出自己的目标，并采取适当的行动。同时，学生还需具有创新精神和质疑的态度，具备协作、勤奋、求实的工作作风。

2.知识结构

在知识结构方面，学生应具有系统扎实的化工原理基础知识，了解典型设备结构和尺寸设计，掌握设备选型等共性问题的方法与技能。通过“化工原理”课程学习，学生应具备从工程观点出发多角度，尤其是经济角度，考虑、分析、解决工程技术问题的能力，并通过控制管理使具体的化工生产获得最大限度的经济利益。

3.能力结构

“化工原理”课程竞赛除了考察学生知识掌握的深度和广度外，还重点考察了学生解决实际问题的能力。这就需要学生在能力结构方面不仅能够分析现象，自主地查阅资料来补救所需的知识，具备较强的获取、更新和拓展知识的能力，而且还能将化工设计基本理论与生产实际相结合，分析、解决与工程设计有关的问题。另外，“化工原理”课程竞赛的评价一般采用答辩的形式，因此学生只有在语言表达、临场应变、心理素质等方面做好充分的准备，才能获得评审教师的青睐和好评。

(二)“化工原理”课程竞赛促进创新人才的培养

培养富有创新意识和创新能力的高素质人才已经成为当前高校人才培养的普遍共识，这就需要以创新素质和能力培养为目标，创造有利于教学与实践相结合及个性化学习的育人环境，其核心就是要广泛深入地开展基于研究与创新的教学活动。同时，培养学生的创新精神不是对基础知识的否定，更不是不要基础知识的教学，创新不是异想天开，新知识的发现是建立在扎实的基础知识之上，运用创造思维能力，通过艰苦的探索和努力才能获得[6]。而“化工原理”课程竞赛恰恰就是学生运用基础知识，对知识进行重组，提出新思想的过程。因此，笔者认为“化工原理”竞赛不仅提高了参赛学生分析、解决实际问题的能力，提升了学生在知识、身体、心理和协作精神等方面的综合素质，而且还强调了创新意识和创新思维，是培养创新人才的重要途径。与平时“化工原理”课程实验不同，“化工原理”课程竞赛要求学生能够主动查阅文献资料、主动分析问题，并寻求解决问题的办法，这给学生带来了荣誉感和挑战性，是一种完全不同的收获，促进了创新人才的培养。

(三)“化工原理”课程竞赛推动教学的创新改革

“化工原理”课程竞赛的内容涵盖面广、实用性强，体现了创新型人才培养的要求。它不仅对课程的理论教学提出了新的要求，而且也强调了实践环节的作用，对“化工原理”课程教学的启示是多方面的、有指导性的。“化工原理”课程作为理论课与实践环节的桥梁，内容多与工程实际相关并包含操作设备的选型与设计。但是，学生在之前的学习中并未接触过生产实际，对设备的结构及其操作状态缺乏直观的认识，对设备内部复杂的热量、质量和动量传递不理解，而“黑板加粉笔”的教学方法和手段很难解决这一理论与实践脱节的问题，更难以满足对学生创新能力的培养要求。如果在“化工原理”课程教学中引入项目化教学方法，通过实际案例吸引学生的关注，并以课程竞赛的形式进行考核，正好与提升学生创新能力的4个教学环节相符合，即完整的体系、合适的方法、主动性实践和超前性学习[7]。

首先，教师针对实际案例，采取专题讨论、小组合作的方式启发学生自学、互学，培养学生的学习兴趣、创新能力与探索精神，使学生对完整的工艺流程有充分的了解，真正成为教学的主体。

其次，充分利用多媒体、网络、化工仿真等现代化教学手段使抽象、枯燥的内容形象化，把复杂的设备结构、物质状态和传递现象直观生动地展现在学生面前，以合适的方法丰富教学内容。

再次，将某些竞赛问题与“化工原理”课程知识结合起来，重点采用案例教学方法，培养学生钻研问题和探究创新的兴趣，帮助学生深入理解课程中的重点知识内容，促使学生主动性实践。例如，在精馏单元操作过程中，塔板数、回流比、进料位置、进料热状况等参数的变化以及影响精馏分离效果的原因是一个较难理解的问题，如果在理论解释的基础上借助“化工原理”课程竞赛所经常使用的Aspen Plus软件模拟精馏操作过程，让学生直观地认识到这些参数究竟是怎样对分离效果产生影响的，会使学生在深刻掌握基本知识的同时了解其在实际应用中的情况。

最后，采用模拟竞赛的方式对学生的综合能力进行考核，并以“化工原理”课程答辩的形式考察学生对基础知识的灵活掌握情况。另外，在综合能力考核时，还可以引用一些实际工程问题，目的是鼓励学生主动、超前的学习。

总之，“化工原理”课程竞赛为各参赛院校提供了一个交流的平台，增进了彼此间的联系，对各高校人才培养、课程教学改革起到了一定的导向作用。我校作为首次参加的高校，通过完整地参与初赛组织、参赛学生培训、决赛阶段评审等环节，学习到了各高校在课程设置、教学改革思想、课程实践建设等方面的先进经验，找到了自身发展的短板和不足，明确了今后教学改革的方向。虽然我校获得团体二等奖的成绩，但是在实验教学、课程设计、工程应用等教学内容上仍存在诸多薄弱环节，尤其是实践课程的相关教学设备需要及时更新，同时要积极引导学生参与到研究型教学中，以满足对其创新能力培养的要求。

通过此次参加北京地区普通高校“化工原理”课程竞赛，笔者充分认识到了课程竞赛在培养学生团队合作精神、创新能力方面的促进作用。因此，笔者将依此推进我校材料科学与技术学院“化工原理”课程教学体系的改革，提高学生的创新能力，培养复合型创新人才，使我校林产化工专业发展成为全国具有一定影响力的特色专业。

资助项目：北京林业大学2016年度校级教学改革研究项目——基于项目化教学的“化工原理”课程体系的优化与改革研究，项目编号BJFU2016JG025。

[1] 张爱英，张兰.教育在社会主义建设中优先发展的战略地位——学习邓小平同志关于建设有中国特色的社会主义理论与教育思想的论述[J].中央民族大学学报，1995(3)：16-22.

[2] 倪献智.“化工原理”课程教学中突出工程观点和方法教育[J].高等化工教育，2007(3)：79-82.

[3] 丁珠玉，樊利，周胜灵.以科技竞赛为载体培养工科学生创新能力[J].西南师范大学学报(自然科学版)，2012，37(4)：205-208.

[4] 蒋建新，赵永虎，朱莉伟，等.林业工程类专业“化工原理”教学改革与实践[J].中国林业教育，2008，26(5)：48-51.

[5] 李波，芦菲.培养大学生科学素养的探索和实践[J].科教文汇，2010(1)：54.

[6] 李苏北.以学科竞赛为载体推动课程建设与学生创新能力培养[J].大学数学，2009，25(5)：8-10.

[7] 常维亚，赵莉，邢鹏，等.设置创新教学环节 完善创新人才培养体系[J].中国高等教育，2012(17)：29-31.

[8] 乔建永.构建“创新教学环节”突出创新能力培养[J].中国高等教育，2012(9)：30-30.