一流本科课程建设背景下化工原理课程“金课”教学设计与实践

白红娟 朱春山 陈军航 李冬光 刘文举 申艳敏

(河南工业大学 化学化工学院，河南 郑州 450001)

2018年6月21日，教育部召开了改革开放以来第一次新时代中国高等学校本科教育工作会议，教育部部长陈宝生在此次会议上第一次提出，大学生要有效“增负”，提升大学生的学业挑战度，合理增加课程难度，拓展课程深度，真正把“水课”转变成有深度、有难度、有挑战度的“金课”[1]。吴岩司长2018年11月24日在第11届中国大学教学论坛上把“金课”标准总结为“两性一度”：高阶性、创新性和挑战度[2]。“高阶性”即知识能力素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；“创新性”即课程内容反映前沿性和时代性，教学形式体现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；“挑战度”即课程有一定难度，需要跳一跳才能够得着，对老师备课和学生课下有较高要求[2]。2019年10月24日，教育部在《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》(高教 [2019] 8号)文件中提出“实施一流本科课程双万计划”[3]。这一系列的举措引起了全国高校和广大教师的广泛关注。所谓“金课”，就是达到了“两性一度”高标准的一流本科课程。因此，在一流本科课程建设背景下，为全面振兴本科教育和培养一流应用型人才，有必要对“金课”课程教学改革进行探索。

《化工原理》是化工与制药类专业的一门技术性专业基础课和核心课，是我校化学工程与工艺专业必修的主干课程，该课程担负着学生由基础课到专业课，由理论学习到工程实践的桥梁和纽带作用[4]，该课程是学生学习后续其他专业课程的基础。因此，如何在一流本科课程建设背景下将其打造成一门“金课”，对授课教师提出前所未有的挑战。本文根据笔者自身教学经验，以打造《化工原理》“金课”为目标，提出本科化工专业化工原理“金课”建设的教学设计思路。

1 课程教学现状及问题

随着在线学习平台等快速发展，在“互联网+”和一流本科课程建设背景下，本科化工原理课程的教学也提出了新的要求。面对新的机遇和挑战，该课程教学现状及问题主要表现在以下几个方面：(1)传统的课堂教学理念滞后，主要是以教师“教”为中心的填鸭式教学，教师主要从怎么教、怎样在45分钟课堂上把复杂难懂的教学内容讲完等角度来设计教学过程，学生只能被动接受学习，这种满堂灌的课堂没有充分体现“以学生为中心”的OBE教学理念。(2)在信息时代，传统的课堂教学信息化水平落后，教学手段单一。传统的教学以板书为主，在整个教学过程中，教师往往为了完成教学任务只讲授重点内容，而学生只顾机械的誊写，没有深入理解，导致教学效率低下。目前，板书教学逐步被多媒体教学取代，虽然教师授课知识增多了，但是因缺少互动，教学效果并不是很好，传统的教学模式和方法已不能满足对高素质应用型工程技术人才培养的需求[5]。因此，其他方式的教学模式和方法需要有机地引入到课堂教学过程中。(3)传统的考核方式单一，以期末卷面考试为主，缺乏对教学效果的过程性评价，忽略了对学生的认知过程和实践应用能力的考核，不够重视学生的创新和实践能力的培养。

2 打造化工原理“金课”的教学设计思路

以河南工业大学化学工程与工艺专业《化工原理》课程为例，简述基于一流本科课程建设下的“金课”课程设计过程。

2.1 教学设计理念

打造“金课”必须进行课堂教学改革。坚持以学生为中心，能力产出为导向，持续改进教学，突出立德树人的OBE教学理念。在整个教学过程中，充分发挥学生的主体作用，突出学生的主体地位，充分调动学生的学习主动性，激发学生的学习兴趣，充分挖掘课程中的思政元素[6，7]，注重培养学生的工程思维能力，为后续其他专业课的学习奠定基础。

2.2 教学目标

根据国家需要，培养价值理性化学工程师和高素质应用型人才的需求以及具体的学情分析，确立知识、能力和素质三个方面的教学目标，教学目标如下：

知识目标：理解并掌握化工生产过程中典型化工单元操作的基础知识和基本原理。

能力目标：能运用所学知识对典型单元操作过程进行工艺计算，分析其操作特性、影响因素和强化途径等，并能对各单元操作过程进行设计和优化；能熟练解决化工单元操作中的实际应用问题，强化学生处理化工生产中复杂工程问题的能力；

素质目标：化工单元操作过程的设计和优化离不开环保、节能、安全和技术经济等因素，引导学生树立科学的世界观，并遵守工程职业道德和规范，培养学生责任担当、贡献社会的意识；通过小组讨论学习，学会如何向他人进行有效沟通及合作，养成严谨踏实的工作态度；通过教学知识拓展，网络资源利用等，能够持续关注本专业相关知识领域的发展现状和前沿，开展自主学习，掌握有效的学习方法，成为主动高效的学习者。

教学目标对毕业要求的支撑：

(1) 掌握化工基础理论知识，能用数学模型方法推演、分析化学工程中的热力学过程、单元操作和自动控制等复杂工程问题；

(2) 能够运用自然科学和工程技术的基本原理，对复杂工程背景下化工领域研究和设计过程中遇到的具体问题的关键环节进行识别和判断；

(3) 能够针对化工工程项目的具体情况，分析和评价项目的设计和生产使用等环节对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能评定并理解所要承担的责任；能够了解化学工程专业前沿技术和发展趋势，能认识不断探索和学习的必要性，具有自主学习和终身学习的意识。

2.3 教学模式设计

根据布鲁姆目标分类原则，在施行课程目标过程中，学生需要经过从记忆到创造六个阶段，因此，对教学目标进行了细化和分层，并结合学生的实际学习能力，确定了各分层教学目标对应的教学阶段(如图1所示)。

图1 “课前-课中-课后”教学模式

在整个教学的过程中，采用“课前导学-课中教学-课后个性化辅导”三个阶段组织开展教学。课前，教师通过超星学习通(以下简称学习通)网络平台以及班级QQ群将教学日志、慕课视频(采用天津大学贾绍义教授主讲的国家级精品课程化工传质与分离过程)、授课PPT及学习建议等预习资源推送给学生，要求学生对即将讲授的知识进行预习并完成课前预习测试，要求根据预习内容形成个人初步的认识，能够提出自己的初步见解。这有利于提高的学生的自我管理能力和自主学习能力。课中，教师根据课前预习情况讲述课程内容(通过雨课堂)，着重讲解教学重点和教学难点，并进行全方位多层次的课堂互动讨论，由教师主导，精心设计研讨题目(要体现“金课”的高阶性、创新性和挑战度)，学生给出答案，教师进行点评，对学生进行思维拓展训练；学生可以采用移动设备(如手机等)实现课上实时答题互动。这样，可以将专业知识顺利传授给学生，全面培养学生知识应用和解决实际复杂问题的能力，实现知识和能力的有机融合。课后，教师通过学习通发布作业，布置调研报告及相关知识点作业等。学生要及时复习并总结所学知识，理清知识结构和脉络，完成作业。根据通过作业完成及反馈情况，教师对学生进行个性化辅导，并进一步组织和设计后续教学环节，以确保课程目标的达成。

2.4 课程思政教育的融入

本课程充分挖掘课程中蕴含的思政元素，将思想政治教育柔性恰当地贯穿于整个授课体系中，实现教书与育人的“无缝对接”[7]。例如：在给学生介绍化工原理课程发展史以及对化工工业贡献时，选择性切入我国老一辈科学家的感人事迹，杰出成就等，培养学生的家国情怀和爱国主义精神。在课堂教学过程中介绍我国的一些重大工程，比如介绍传热章节换热器的时候，切入青藏铁路工程中用到的由我国科学家创造性开发的低温热管技术，这项技术如今已成功推广到了“一带一路”沿线国家，加强学生的民族认同感和自豪感。化工原理课程的精髓是“三传一反”，讲动量、热量、质量传递的过程中，涉及到众多以科学家名字命名的定律，介绍相应的定律时，穿插这些科学家曲折的人生故事以及他们坚守真理、勇攀高峰的科学精神，引发学生对科学精神和理想信念的思考。在介绍不同单元操作时，通过重点讲解不同单元操作过程中的安全隐患和防范措施，培养学生严谨的职业素养和细致认真的工作作风。在气体吸收、蒸馏、液液萃取章节着重介绍和分析适宜液气比、回流比、溶剂比的确定原则(操作费和设备费之和最低)，培养学生运用技术经济观点分析解决实际工程问题的能力，提高学生的成本意识。在介绍气体吸收时，通过短视频切入雾霾等污染现象产生的原因及治理的方式，让学生学习相关知识的同时，引导和培养学生牢固树立“绿水青山就是金山银山”以及“环境保护就是保护生产力”的绿色发展理念。化工原理课程中蕴含着丰富的哲学观点(比如： “三传类比”体现了“认识事物，要透过现象看本质”的哲学观点；三传过程体现了“物质是运动的，运动是有规律的，规律是可以认识的”哲学观点；精馏计算过程中的理论板假定和恒摩尔流假定体现了“解决问题要抓住主要矛盾”的哲学观点；雷诺实验中流体流动型态由层流发展为湍流过程以及填料塔内填料层的持液量随气速不断增加出现液泛现象等，体现了“量变到质变”的哲学观点)，在本课程授课过程中，运用哲学观点剖析所需知识点，培养和提高学生的哲学思维和逻辑思辨能力。

2.5 课程学习资源和学习支持

围绕上述设计思路，本课程为学生提供了丰富的学习资源，包括课件资料、学习视频、学习动画以及网络在线学习资源(学习通、学堂在线、精品课、中国大学MOOC、高等学校教学资源网等，比如通过学习通平台提供作业库、题库、课后拓展资料等)，并指导学生充分利用这些资源进行自主学习；为确保学生到达学习目标和完成学习成果，本课程为学生提供了多方位的学习支持，包括课堂讲授：对关键知识点、学习重点和难点及学习方法等进行课堂讲解；课堂师生研讨：对主要知识点采用课堂师生互问互答方式加深理解；课后学习支持：推送课堂教学课件、视频等学习资源，支持课后学习；课后学习指导：采用班级微信群或QQ群进行实时互动交流，实现全天性在线答疑解惑；阶段性成果反馈：通过学生课堂表现、作业完成情况、章节测验成绩等及时整理学生学习效果，反馈学生并对存在的共性问题进行补充讲解；帮扶学习困难学生：对学习困难学生采用单独指导，加强监控等方式帮助他们度过困难期并顺利完成该课程的学习。

2.6 课程考核方式

本课程根据教学目标实施过程性考核，采取以下5种考核方式(见表1)对教学效果进行评价。

表1 课程考核方式及分值所占比例

2.7 课程教学方法

针对不同的授课内容，采用不同的教学方法。比如对于气体吸收、蒸馏章节，多采用案例教学法，结合工程实际，精心选择工程案例，增强学生的工程观念；通过分析案例中揭示的有关问题，引导学生思考、讨论和归纳总结，提高学生分析和解决复杂问题的能力；对于气液传质设备章节，采用趣味教学法，课前让学生到实验室参观板式塔和填料塔，激发学生的学习兴趣；对于液液萃取章节，采用翻转课堂的方式进行授课，锻炼学生的语言表达以及团队协作能力；采用适当播放教学动画模拟视频的方式，吸引学生注意力，解释教学难点；同时采用师生研讨方式，对学生进行思维拓展训练。

2.8 课程特色与改革创新点

课程特色是以动引实：以形象生动的动画视频和实验演示，展示化工设备内的传递现象或工作原理，使学生感受身临其境的体验。

与以往课程相比，本课程的教学改革创新点：

(1) 教学内容上的创新：在原有内容基础上，时刻融入工程上的新方法、新工艺等内容，以典型化工单元操作为导向，结合工程实际，精心选择工程案例，突出课堂所授知识与工程紧密结合，增强学生的工程观念，提高学生分析和解决实际复杂问题的能力。

(2) 教学方式上的创新：由以教师为中心的单一教学，转变为强调学生是教学的主体，以学生的发展为中心，采取灵活多样的教法。

(3) 考核方式上的创新：除了常规的期末卷面考试测评之外，根据教学目标实施过程性考核对教学效果进行评价；增加了平时的课堂表现，调研报告，单元测试，作业的过程性考核；对学生的学习全过程进行动态、实时评价和反馈，为教师施教提供及时、准确信息，实现教学的持续改进。

(4) 思政教育的融入：充分挖掘课程中的思政元素，融入课程教学之中；适时鼓励引导学生，传播正能量，实现专业课程“知识传授”与“价值引领”的相统一。

2.9 教学效果比较

与以往课程相比，本课程从以传授知识为主改为以解决实际问题、能力培养为主，学生的学习兴趣得到提升，学习效果显著提高。本课程改革后(2019-2020-1学年)与以往同课程(2017-2018-1学年)相比，学生成绩分布如图2所示。

图2 课程改革前和改革后学生成绩分布

3 结束语

化工原理课程“金课”建设教学改革探索是一流本科课程建设背景下面向新工科培养学生实践能力、创新能力、综合素质以及核心竞争力的内在组成部分。课程质量和学习成效是“金课”的关键要素。化工原理“金课”建设以培养高素质应用型工程技术人才为目标，通过混合式教学、信息化教学、自主探究式学习深度融合，深化了高等教育改革，提高了教学效果。化工原理“金课”教学探索的初步实践表明，本课程教学设计思路对于建设高质量和高成效的“金课”有重要意义，希望本文的研究能为应用型本科的“金课”教学和“金课”建设提供有益的参考。