新工科背景下《化学反应工程》教学改革

2020-10-12刘晓瑞刘荣杰

山东化工 2020年16期

李平，刘晓瑞，刘荣杰

(银川能源学院化学与生物工程学院，宁夏银川 750105)

化学反应工程是化工与制药类专业一门核心课程。化学反应工程是研究涉及化工生产过程中化学反应的工程性问题的学科，以解决将实验室的研究成果转化为工业生产为主要目的的学科[1]。随着实验技术、设备和理论的不断完善，尤其在计算机和信息化技术日益发达的今天，化学反应工程将在化学工程中占据核心地位[2]，同时也成为教学研究改革的重点[3-5]。

在“新工科”背景下，做为民办高校的银川能源学院进行了转型提升逐渐向应用型本科转变，全面实施OBE教育理念，各类课程也进行教学改革。在此环境下，化学反应工程课程小组进行了一列教学改革措施。

1 存在的问题与改革目标

1.1 教学中存在的问题

由于教学理念的缺失，我院化工专业旧版人培方案和教学大纲中并未突出工程教育，青年教师并未在生产一线锻炼过，工程实践能力较弱，所以教师在授课过程中仍侧重理论教学，教师的教学经验制约着授课内容及授课方法，上课主要以课堂讲授为主，教师专注讲，学生被动听课，学习效率较低；从而造成"教与学"的分离。导致化学反应工程成为学生最难学、最怕学的课程之一；曾出现班级课程及不及格最高达到56%的情况；而且课程考核模式单一，基本取决于期末卷面成绩的高低，学生综合能力没有得到有效锻炼和提升。

1.2 教学改革理念及目标

1.2.1 改革理念

1981年由Spady提出的成果导向教育(Outcome based education，简称OBE,亦称能力导向教育)很快成为欧美各国教育教学改革理念，美国工程教育认证协会(A-BET)也全面接受了OBE的理念，2013年6月，我国加入了《华盛顿协议》，标志着工程教育专业认证在我国来开序幕，用OBE理念引导工程教育改革及课程改革，具有现实意义[6]。故化学反应工程课程教学改革实施OBE教育理念。

1.2.2 教学改革内容

以OBE教育理念为指导，“以学生为中心”为抓手，结合化学反应工程课程特点，对反应工程理论教学和实践教学模式、工程实践能力、考核方式等方面进行改革，突出学生工程能力培养。

1.2.3 教学改革目标

依据2017教育部颁布的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》[7]及基于OBE理念的制定版人才培养方案中毕业要求达成的支撑情况，使学生达到以下能力：

①了解化学工程与工艺专业前沿发展现状和趋势，熟悉化工与能源领域新工艺、新技术和新设备的发展动态，掌握化工专业领域化工过程基础理论和专业知识。

②掌握化学与化工实验技能、工程实践、科学研究和工程设计方法，具有对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力。

③掌握工程实验方法和科学思维方法，具有综合运用科学理论和技术手段解决复杂工程实际问题的能力。

通过改革使学生能掌握化学反应工程的基本概念、基本公式、基本模型，能建立动力学方程，能进行反应器设计、优化，能对反应过程进行初步综合评价。

结合课程学习目的及预期成果需求，课程设置了动力学方程、反应器选型、设计，反应器操作与分析及催化剂使用等四大类能力需求，并列出了达成措施(见表1)。

表1 能力需求与达成措施

2 教学改革内容

2.1 教材选择与内容调整

教材是学生学习知识最主要的来源，对学习效果和学习兴趣都要很大的影响。通过试用及比对，最终选用了郭凯教授主编的《化学反应工程》一书，该教材基本概念清晰、重难点突出、典型习题讲解清晰，简化了过程、突出了结论应用，很适合我校学生学习。

除教材之外，课题组组织教师编写了校本教材《化学反应工作学习指导》，和教材配套使用，内容有：学习方法、学习资源、章节知识讲解(①基本能力要求，②基本内容，③习题精讲，④推荐作业，⑤章节测试)及课程论文、课程设计任务书等。

化学反应工程的两条教学主线是化学动力学和反应器设计优化，侧重于传授最基本的研究方法，培养学生工程意识。通过毕业生信息反馈、企业调研，及时调整教学内容，主要讲授动力学方程的影响因素和典型反应器的设计；在反应器部分通过课程设计让学生掌握某反应器的特性、发展、结构、基本操作，重点进行反应器基础设计，让学生掌握该反应器，为后续毕业设计(论文)打下基础。

2.2 授课模式改革

传统的教学模式：教师主动讲，学生被动学。经过走访调研、学习分析后，逐步在课上实施“翻转课堂”，课下实施“课外知识拓展”模式。

“翻转课堂”模式：将课堂更多的时间交给学生。教师照随机将班级按以5～6人为一组进行编排，进行翻转课堂。例如在催化作用一节，任务要求查阅文献资料，撰写一篇2000字左右关于某催化反应或催化剂研究的小论文及多媒体课件；三周后提交论文，并在课堂讲授要点并接受全班答辩。最后教师进行点评。

“课外知识拓展”模式：充分利用课余时间，拓展知识。教师布置一些反应工程课程所需的知识，例如回顾高等数学微积分等知识在反应工程学习中的应用、查阅资料整理一份关于新型反应器和催化剂研究的最新报道等、计算机在解题中的应用等，通过这种课外学习的任务驱动，增加学生的学习兴趣和知识面。

在互联网飞速发展的今天，可借助慕课、精品课程等网站和雨课堂、课堂派等手机APP软件进行辅助教学，改善单一的板书加课件的授课模式。实践表明，利用课前5min进行测验，能有效的帮助学习对上节内容的温习与巩固；每章一次APP测验，能有效的巩固所学知识，教师也能及时掌握学生学习状态，分析知识的薄弱环节，及时调整授课方法及辅导侧重点。通过网络教学视频进行预习，能加快学生对抽象概念、模型的理解进度，节省课堂时间。

2.3 工程实践能力培养

工程实践能力培养主要措施有：强化实验要求、参与科研项目、课程设计、鼓励参与化工设计竞赛。

反应工程课程实验项目主要安排了12学时的实验，涉及反应合成，催化剂制备，反应器性能测定和仿真操作；具体项目包括：一氧化碳中低温变化实验、催化剂载体制备实验、流化床反应器性能测试实验和间歇釜和固定床反应器仿真操作。实验教学环节包括：预习、撰写预习报告、讲解、开展实验、记录数据、撰写实验报告、实验考核。

另一方面通过让学生参与教师科研项目，培养良好的科学研究素养，现已完成了煤矸石制备4A分子筛研究、等离子体法制备磷化物催化剂、天然产物的合成、电池材料制备与性能研究等项目；通过参与科学项目有效的培养了学生的创新意识和团队合作能力，拓展了专业视野，为后续继续深造和工作夯实了专业基础。

课程设计：学生学习完《化学反应工程》课程后，对于该课程在后续课程中的地位与应用还是比较模糊的，往往被复杂的数学过程所困惑；为解决这个问题，课程小组根据后续课程需求和毕业论文(设计)的需要，增加了相应反应器的设计案例解析及课程设计。要求学生按照指定的设计题目完成某反应器工艺设计，内容包括撰写设计说明书、绘制工艺流程图、绘制反应器装配图；通过典型反应器设计，使学生加深对反应器特性、应用、结构、设计等内容的掌握，也为化工设计竞赛、毕业设计环节打下良好的基础。

2.4 考核方式改革

通过与其他高校交流学习，发现多元化的考核模型能真正评价一个学生的学习效果，通过过程考核强化平时知识的积累，达到真实的学习目标。改革后，将侧重于过程性考核。实施“N+1+1”过程性和终结性评价相结合的考核制度(见表2)。过程性考核不仅改变了单一的考核方式，也使考核更加真实，能比较全面的对学生进行考核。