地方高校“化工原理”课程的教学改革探究

李志洲，刘军海，王伟，邵先钊，郑楠，王俊宏

（陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西汉中723000）

工程教育认证二十世纪30年代起源并发展于美国，是目前国际通行的高等工程教育质量保障制度，其中心教育理念主要涉及三个层面：①以学生为中心；②以学生的学习产出为导向；③坚持持续改进。我国自2016年正式加入《华盛顿协议》以来，截至2019年已有数百所高校的近1 000余个专业提出专业认证申请并通过认证；在教育部双一流建设的背景下，工程教育认证不仅提高了我国工程教育质量，推动工程教育改革进程，使我国适应并与国际工程教育接轨，成为我国结构转型培养优秀的工程技术人才和有力推动新时代中国特色社会主义经济发展中新工科改革与建设的有力举措，更是打造我国高等教育“质量中国”品牌的重要途径。

“化工原理”是化工学科体系中的核心课程，是一门从自然学科过渡到工程学科的课程，是化工及其他化学加工过程类专业的一门重要的技术基础课；该课程以“三传”理论与工程方法论为主线，研究化工生产中典型的物理单元操作过程的基础知识、基本理论及其过程分析与计算，其计算与分析基础是物料衡算、热量衡算、过程速率、过程强化与经济性分析；课程承担着工程科学与工程技术的双重教育功能，在培养学生综合技能素质、工程能力和创新意识方面发挥着不可替代的作用，对培养以创新驱动的新经济形势下的应用型化工技术人才具有重要的意义。

对多数化工及其相近专业而言，课程体系包括理论、实验和课程设计等多重教学环节，其中“化工原理”课程理论教学既是课程体系的核心，更是高级应用型化工人才培养的重要环节；为此对理论课程进行改革，不仅满足工程认证的要求，更能培养符合国际要求、市场需求的高级应用型人才。

本文针对地方高校“化工原理”理论教学现状，主要从理论课程教学目标的确定、教学方法改革和教学过程监控三个方面进行探究，取得一定成效。

1 地方高校“化工原理”课程教学现状分析

目前，地方高校的“化工原理”课程教学主要存在以下问题：①教师资源有限。笔者曾对陕西省内设有化学工程与工艺及其相近工科专业的多个地方学校进行调查，发现专业师资较为匮乏，教师中每人承担2门甚至更多课程的教学任务，课程组助教、主讲教师梯队无法建设，更谈不上竞争授课；②以学生为中心、因人施教方式难以开展，主要表现为：其一，课程教学大纲修订中大多以重点高校的大纲为蓝本，对受教者的学习状况、学习能力了解不彻底，课时设置偏少；其二，授课教师对课程教学内容体系理解不够完善，教学方法、方式过于单一；其三，课程反馈不真实，考核体系有待提高、完善；③学生自身因素。笔者曾做过统计，地方高校化工专业录取学生中有80%以上高考理综和数学成绩处于中等偏下，学生的理科基础相对薄弱；学生入校后自主学习意识淡薄，多数学生的学习目标不明确，难以制定符合自身特点的学业规划，缺乏良好的自我管理、自我约束能力；④师生沟通不畅，学生的依赖性强；课堂学习纪律懒散，态度不端正；学生工程意识、安全意识缺乏，创新能力不足。这些问题的存在导致学生对理论知识的理解较模糊，理论综合运用能力、创新能力等较差，无法满足当前工程认证的要求。

2 “化工原理”理论教学改革

2.1 OBE理念下“化工原理”课程目标的确定

成果导向教育（outcome-based education，OBE）是一种以学生的学习产出为导向的教育理念，其核心在于学生的学习成果，保证学生具备工作后所需要的知识、能力和素质。

“化工原理”是化工及相近专业学生在专业学习中从理向工的转化课程，是化学工程最重要的基础课程。课程兼有化学工程与技术的双重属性，它既是学生学习和研究化学工程科学的基础学科，更是依托化工单元设备培养学生利用工程理论进行单元设备设计和解决化工单元设备过程问题的重要课程，技术特色显著；工科专业的培养方案中毕业要求是响应专业培养目标的必要条件，而课程目标又是支持专业培养毕业要求的充分条件；对照化学工程与工艺专业工程认证标准中的基本培养要求，OBE理念以学生的学习成果为导向，注重以学生为本和教学效果与课程目标的达成度。我们在OBE理念下针对学生特点进行课程目标的分析与确定。

如何合理制定课程目标？首先应明确课程在化工专业教育中的地位、课时要求、内容设置等，确定课程学习的基础目标；其次根据授课对象的学习能力、教学资源等确定课程学习的提升目标；再次应以专业培养课程体系设置综合性、系统性分析并明确各课程、实践环节对毕业要求的必须支撑，进而明确毕业要求与“化工原理”课程教学达成目标的一一对应关系，再确定课程目标。“化工原理”课程以“三传”理论与工程方法论为主线，以化工生产中典型的物理单元操作过程的基础知识、基本理论及其过程分析与计算、过程强化及其简易的经济性分析为知识要点，为此针对化工专业学生制定如下课程目标，其中目标1、2、3为基础目标，4、5为提升目标。

目标1：了解化工生产工艺中以“动量传递、热量传递和质量传递”（即“三传”）为基础基本规律的内涵；掌握以“动量传递”为基础的流体流动与输送、流体通过颗粒层流动、颗粒沉降与流态化单元操作的基本原理和变化规律，正确理解其操作方法，熟悉其构造、性能和操作原理，具有正确查阅和使用常见工程计算图表、手册和资料，具备对化工单元操作进行选型及工程设计的能力。

目标2：掌握以“热量传递”为基础的传热和蒸发操作的基本原理和变化规律，正确理解其操作方法，熟悉其构造、性能和操作原理，具有正确查阅和使用常见工程计算图表、手册和资料，具备对传热与蒸发设备进行选型及工程设计的能力。

目标3：掌握以“质量传递”为基础的气体吸收、液体精馏、液液萃取和固体干燥的基本原理和变化规律，掌握典型化工传质设备的构造、性能和操作原理，具有正确查阅和使用常见工程计算图表、手册和资料，具备对传质过程进行设备选型及工程设计的能力。

目标4：理解并熟悉化学工程研究中的方法论，能从过程的基本原理出发，观察、分析、综合、归纳众多影响生产的因素，初步具备解决化工生产实际问题的能力。

目标5：正确理解各单元操作的基本原理，初步具备对化工单元进行选择适宜操作条件、寻求强化过程途径和提高设备效能的能力；理解化工单元设计中的经济性观点，初步具备单元设计的优化能力。

课程目标与其对化工专业学生培养毕业要求的支撑点及其强度如表1所示。

表1 课程目标对培养计划的支撑点汇总表

2.2 项目式教学法在课程教学改革中的探究

项目教学法（Project Method）是以项目为中心的一种课堂学习模式，其特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，是师生共同完成项目、共同进步的教学方法；即通过与教学内容密切相关的任务为载体，学习者在完成项目的过程中充分得到锻炼并获得知识与技能。

“化工原理”中流体流动规律是影响化学工程“三传”规律的最基本、最重要的单元操作。笔者以“化工原理”第一章“流体流动”为例，在课程目标引导下，进行项目式教学法教学探究，教学中所引用的项目如图1所示。

图1 生产任务流体流动示意图

这是某个反应前混合装置的反应流体流动示意图，要求将反应物60%的乙醇溶液在一定时间内由高位槽导入常压混合罐。项目要求：在10 min内将反应物引入混合罐的量为1 500 m，问高位槽与流体流动管路出口截面间的垂直距离为多少方能满足要求？

2.2.1 项目分析

设计项目的编写既要突出工程实用性、代表性，更应根据课程目标要求，系统分析学生在章节内容学习后须掌握的知识、具备的能力及达到的素养，即课程学习的产出导向，完成项目任务的编写。结合图1的项目任务，引导学生明白完成设计任务需掌握如下核心知识及技能要素：①流体流动管路结构；②流体性质；③流体流动内在规律；④管道直径与流速选择。

在完成项目所要求的基本知识、理论分析的基础上，结合本章的教学目标，将知识构架汇总如表2。

表2 流体流动知识点汇总

章节知识构架的汇总，有利于学生及时了解所学内容的要素组成；同时使学生结合项目任务，对章节学习内容的重要性有更为深刻的认识，激发学习兴趣；最后，章节知识构架汇总，为学生学完章节内容后进行基本知识、理论的梳理、总结奠定良好基础。

2.2.2 课程教学过程的实施

以项目任务为核心、为抓手，以章节知识点的逻辑顺序设计教学计划，进行课程讲解，逐层推进，抽丝剥茧，不断扩充学生的知识结构、知识面和理论应用。对学生进行分组，针对相关内容组内采取翻转课堂、小论文、小组交叉自我命题测验等形式强化学生对章节知识点、理论的理解、掌握、应用。如讲到流动阻力，可通过减阻剂研究拓展学生的知识面；讲到静止流体动力学，要求学生设计静力学试验及其模型；讲到管路分析，可直接通过实验装置要求学生进行分析对比等等。

2.2.3 单元知识总结

知识总结既是强化认知的过程，更是提高学生学习效率的有效方式。在课程章节知识学完后要求学生及时对所学知识进行归纳、总结；引导学生建立符合自身学习特点的总结方式，如采取知识结构框架式的总结模式，或采取分段式总结模式（如流体流动章节中的知识段落为流体基本知识、静止流体动力学、流动流体动力学、管路分析与设计），并体现章节内容的核心知识点、次核心知识点、普通知识点等，充分体现个性发展；禁止学生按照章节内容摘抄式的总结。

2.3 过程性评价与终结性评价相结合的考核模式

学生对课程知识的掌控能否达到课程目标要求，需要进行考核评价。笔者所在的教学团队将原来“平时考核+期末考核”的评价模式变为“过程性评价+期末考核”的评价模式，其中“过程性评价”在总成绩构成中所占比例在40%～50%。过程性评价包括单元测试、单元总结与展示、平时作业、课堂讨论等内容；单元测试主要考查学生对章节基本知识点、基本理论的理解、掌握程度；单元总结与展示主要考查学生对章节知识的归纳、梳理情况以及针对章节核心知识、理论及其应用的思考、知识的延展等；平时作业以课后习题、思考题为主，考查学生对基本知识与理论的应用程度；课堂讨论以章节项目任务为主，采取小组自我考评方式，每个小组可通过超星直播课堂、腾讯课堂、钉钉课堂、QQ直播等网络媒体进行组内考核等等。总之，过程性评价始终贯穿整个教学过程，不仅对学生的学习状态、存在的问题能及时了解，更有助于教师及时复习、强化相关知识，并据此在后期教学过程中进行调整和改进。

3 结束语

“化工原理”课程内容丰富，涉及的知识面广，学生要熟练掌握具有一定的难度。基于工程认证的要求，笔者以OBE模式进行课程教学改革，以课程目标为核心，以学生对工程知识的熟练掌控、工程设计能力的训练、工程素养的锻造与提升为抓手，采取灵活多样的教学改革与评价方式，充分体现以学生为中心，“授之以渔”的教育教学理念，并使之落地、落实，有效激发学生学习的积极性，使学生在实践与反思中掌握扎实的知识、技能，提高学生分析、解决化工工程问题的能力及素养，为培养应用型高级化工技术人才奠定牢固基础。