模块化基础上的“三重”式工科课程教法改革与实践*

张 楠，黄建平

(安阳工学院化学与环境工程学院，河南 安阳 455000)

本科教育是培养高层次人才的重要途径，是实施“科教兴国”伟大战略的重要举措。放眼世界，各国经济和综合国力的竞争实质是科学技术的竞争，是人才的竞争[1]。

就工科专业而言，工科专业基础课程体系起着由理及工、由基础到专业的桥梁作用，强调工程观点、定量运算、定性分析、实验技能及设计能力的培养，强调理论与实际的结合，以提高分析问题、解决问题的能力[2]。工科课程体系教法的科学性、合理性、创新性和艺术性，对人才培养质量起着至关重要的作用。

文章以化工专业化工原理课程体系为例，探讨工程认证背景下，围绕应用型本科人才培养这一核心，模块化基础上的“三重”式工科课程教法的具体实现及效果分析。

1 模块化教学内容

1.1 模块化教学构架设计

“模块化”教学，通过对复杂对象的拆分、梳理、再归类过程，能够将复杂、繁多的信息通过多层面、立体化、递进式展示，便于学生全面理解和深度消化。将化工原理课程通过模块化形式讲授，在阐释各知识点内容的同时更能清晰展示各知识点彼此间联系，便于学生对比记忆、理解消化，也能促进其归纳总结、类推其它[3-4]。

经多年的教学研究及实践，最终形成的化工原理课程教学分为两级模块，第一层级为理论教学、实验教学、课程设计和实习教学4部分，第二层级分别就各一级模块的内容要点再细分各模块，具体如图1所示。

图1 化工原理课程体系模块化教学结构及教学内容

在这样的模块化教学体系结构下，不仅有利于学生把握课程主体内容，更有利于学生区别记忆、对比记忆，便于实现知识点的识记、理解、消化和活用；同时，不同一级模块下的二级模块类比，如理论教学模块中的单元设备模块、实验教学模块中的单元设备模块和课程设计教学模块中的设备制图模块，更是可以辅助学生完成对设备从外观到内部、从平面到立体、从静态到动态的认识提升。例如：同是板式塔设备，理论教学侧重结构特点、附件特征及作用、流体力学特征和操作特性分析；实验教学侧重设备内部具体布局、附件结构特征、流体在设备内的流动接触状态和操作效果；在课程设计层面，教学重点转为塔设备内各附件的各基础结构参数的设计依据及优化调整方法；而在实习教学层面，我们重点强调了工程放大后的设备外部结构特点、流程和运行的安全性控制。以理论知识为基础、逐渐叠加实践、强化工程性的层层递进式教学模块的设计在实际教学中收获了良好教学效果。

1.2 模块化教学的教法侧重

在各二级模块的授课内容上，讲解要有“四重一轻”，即“重概念，重分析，重结论，重应用，轻推导”。概念是学生认识某一事物、某一问题或某一现象的最直接的途径，对概念的足够认识与重视可以避免学生大脑混沌的思想；重分析，重结论，重应用则体现了社会的需要；推导只是让学生知道公式是如何来的，对学生的创新思维与实践能力的培养收效甚微。因此，在这一理论的支持下可以对教学内容进行一定的删减[5]。例如：对于填料层有效高度计算中的脱吸因子法的讲解，通过微元法分析找到在微元高度填料层中存在的“气相溶质减少量=液相溶质增加量=该段相际传质通量”非常重要，这不仅是填料层有效高度计算式推出的基础，也直接影响了传质过程优化分析手段的提炼，促使我们整理得到了吸收任务、吸收剂选择、吸收剂用量、原料物性等对于吸收分离效果有重要影响的结论，因此课程主讲重点设置在这里，反观公式的各种变形与参数整合，其重要性并不是太高，可以简要带过或由学生自主推导去强化公式记忆。

2 “三重”式教学方法

在模块化教学基础上，为进一步提高学生的学习积极性、自主性和能动性，我们研究总结出了“三重”教学，即重案例引入、重启发互动、重创新培养。

2.1 重案例引入

工科专业基础课不同于理科课程，知识点往往与生活、生产结合密切，合理、贴切而生动的大量案例的引入不仅能大幅提高学生对于抽象知识的理解，也利于课堂气氛的活跃，能有效促进学生的学习、研究兴趣。

对于基础原理的理解，如连续性方程，当不可压缩流体在管内流动时，u1A1=u2A2的公式并不难推，但其意义及应用学生往往不能提炼，当教师佐以浇花时捏挤管头的实例时，不需引导，学生立刻可以结合方程自行分析出为什么水柱可以浇至更远处。案例极大刺激了公式及原理的理解。

对于设备，如填料塔中的液体分布器，语言不易描述具体结构，平面图也不易空间想象，但提到家中淋浴喷头，学生豁然开朗，并对其它形式的液体分布器也能想象出具体形态。

而对于更为抽象的操作特性比如液泛现象，仅靠文字描述会苍白，三维绘图又实属不易，造成学生理解不清、记忆困难，但，以洗澡间头发堵塞下水道导致浴室地面漫水为例做引子，则很容易使大家理解接受，对于其它原因引发的液泛也能够领会精髓。

由此可见，案例引入能充分激发学生在生活、生产中寻找、验证并深究对应现象，从而在一定程度上强化应用型培养效果。

2.2 重启发互动

为遵循教育教学规律，体现“教为主导，学为主体”，要在各模块的讲解过程中重视启发式教学，引导学生找到问题突破点，找到解决关键，并在教师思维启发中最终完成问题的解决，从知而行的过程能强化记忆，更有助于学生形成工程问题的自主解决思维，避免被动接受，会学不会用。同时，善用课堂互动，一能增加教师对于学生知识掌握情况的了解，便于针对学生特长进行分类培养；二能及时发现讲授环节不足，利于持续改进；三能在一定程度上实现课堂反转，提升学生学习主动性，并烘托课堂氛围，营造轻松自然的学习环境。

在以往的教学实践中，以启发互动式教法为主的授课班级，其知识点掌握程度较好，这不仅表现于课前预习的提问环节，也在结论推演的互动环节和期末考试表现中有充分体现。在近2年的传统授课法和重启发互动授课法对比授课中，以期末成绩分析，重启发互动授课法的班级成绩合格率比传统授课法上升近了7%，优秀率上升近10%；就课堂学习氛围和课下项目研讨热烈度论，重启发互动授课法的班级，其学习积极性、主动性和课堂活跃度在学校督导反馈中也得到了非常高的评价。

2.3 重创新培养

创新是新时代高等教育人才应具有的突出品质，也是卓越工程师应具备的基本能力素养。

在课程的模块化学习过程中，我们设立了多项创新点来加强对学生创新思维的培养，如：在理论教学模块中，关于传热工艺的优化手段学习，设置了项目化作业：即由学生去搜集换热器市场中不同类型设备的名称、结构及工作原理等，并依据所学内容详细分析其制热效果，对比优劣，并进一步挖掘产品优化途径或技术更新方法。在实验教学模块中，鼓励学生结合实验效果，提出实验设备或实验步骤调整建议，并据此评价学生报告成绩；在实习过程中，由企业指导教师介绍企业在发展历程中的革新与创造，以帮助学生树立立体的创新观、创业观等等。

在模块化基础上实行“三重”式教学，充分体现了以学生为中心，注重了各种教学资源的整合与利用，以产出为导向、并可持续改进，教学目标明确，教学设计科学，可操作性强，符合现代教育理论的要求，实现了教学最优化。

3 教法实施效果

以“夯实基础、注重实践、应用检验、鼓励创新”为思路构筑的化工原理课程体系教学新思路实施多年以来，经逐步完善，取得了良好的实施效果。

(1)在此教法影响下，课堂学习氛围明显活跃，实践环节的动手能力有一定程度提高，在时间上纵向对比，学生对于课程体系内容的理解和掌握较之之前都有较大程度的提升。

(2)2019年学院参加全国化工实验大赛获一等奖1次，三等奖1次；参加“全国大学生化工设计大赛”，连续5年取得二等奖成绩；参加“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛获一等奖1次，三等奖1次。学生知识应用、实践动手及创新能力得到了很好印证。

(3)以化学工程与工艺和应用化学专业为例，就近年来企业走访座谈情况看，实习生或毕业生在化工类企业工作中体现出的工科专业基础、实践动手能力和创新思维都得到了用工单位的肯定。

(4)在化工原理课题组近年来与多个高校的交流研讨和对企业员工的技术培训中，该教学理念、教学方法和教学水平也得到了对方的高度认可和评价。