工程教育认证背景下《化学反应工程》课程改革

张 爽，高华晶，张吉波，金朝辉，孙立昊，王 迪

(吉林化工学院 石油化工学院，吉林 吉林132022)

为实现工程教育国际互认以及工程师资格国际互认，国内很多高校和专业致力于以工程认证为标准来提升办学水平和高素质工程技术人才的培养质量[1-3]。“以学生为中心(SC)”“产出导向(OBE)”“持续改进(CQI)”是认证的核心理念[4]。同时，随着移动互联网技术的飞速发展，教育观念和教学方式在转变，学生获取知识的方式和学习习惯也在改变。因此，传统课堂向互联网信息化课堂转变是大势所趋[5]。

在新时代的高等教育背景下，需要改变传统课堂教学中知识枯燥、乏味、无感官认识，以及学生主体地位被忽视、学习主动性不强等现象，替代为以学生学习和体验为主的教学模式，可以更好地诠释“以学生为主体”的教育理念。《化学反应工程》课程是化工专业必修的专业核心课程，我校《化学反应工程》课程在2014年被评为省级精品课。《化学反应工程》课程是一门研究化学反应的工程问题的科学，以《物理化学》《化工原理》等课程为基础，运用动力学和热力学等知识，结合反应器中流体流动、传热与传质的传递过程，进行反应过程的解析、反应技术的开发、反应器的分析与设计[6]。该课程为后续理论课程和实践课程的学习提供专业基础支撑，对于培养学生的工程意识、分析和解决化工及相关领域复杂工程问题的能力具有十分重要的作用[7]。该课程理论知识抽象、数学模型复杂、与工程实践联系紧密，学生普遍学习积极性有待提高。鉴于此，在“互联网+工程认证”背景下，根据我校化工专业实际教学情况对化学反应工程课程进行改革探索势在必行。

一、修订课程目标

教学大纲是教学实施的指导性文件，其中课程目标是教学大纲中最重要的内容。在对《化学反应工程》课程教学大纲修订中，遵循反向设计原则，课程组邀请企业工程师参与讨论研究，充分结合企业最需要的知识和技术能力要求纳入课程目标，实现专业人才培养与企业需求有效对接。在教学大纲中明确课程目标，建立课程目标与毕业要求指标点对应关系。使学生通过本课程的学习具备以下能力，即掌握化学反应工程的基本理论和方法、以动力学为基础，掌握常用反应器的原理、设计方法和设计过程，使学生对化工生产中常用的反应器有一个深层次的认知和理解；能够将化学反应工程的基本原理和方法应用到复杂化学工程问题的识别、分析，进行反应器的设计、优化和工艺参数的选择，并能分析和解决化工生产中出现的相关问题；具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力，为将来从事反应技术的开发、反应器的分析与设计、反应器的操作管理等工作奠定基础。这样将课程目标与学生获得的知识能力要求紧密对应，并以此为目的构建起能够解决复杂反应工程问题的知识体系。

二、优化教学内容

基于教学大纲，围绕课程目标中对学生知识、能力等具体要求，结合用人单位和毕业生的反馈意见以及学生的实际情况，以成果为导向对教学内容进行调整与优化。一方面，在教学中引入企业实际工程案例，将教师在企业实践锻炼收获的工程案例讲授给学生，并聘请企业高级工程师来校做工程师讲座。从化工过程开发、反应器的选型、工程放大案例、项目研发实例、科研工作感悟等方面讲授，以釜式反应器、管式反应器、固定床反应器的中试放大过程为案例，帮助学生将理论与工程实际联系起来，引导学生应用所学知识解决反应工程的实际问题。另一方面，结合教师科研，将典型科研案例融入教学[8]，比如在讲授催化及固体催化剂时，举例说明合成硫酸、合成硝酸、合成氨、合成甲醇等反应由于研制了新的催化剂而发生了根本性的变革，引出当今新型催化剂的开发与应用使产品的投资、原料消耗等技术经济指标不断优化，同时环境污染也不断减少。在讲授固定床反应器和流化床反应器时，引出超重力反应器和磁稳定床反应器等新型反应器的开发与设计，使学生认识到新技术的应用对国家经济发展的重要性。科研案例的融入丰富了课程内容，使学生知晓反应工程新方向、新进展，学习反应工程的研究方法与思路，提高创新能力以及分析和解决工程问题的能力。

在学习专业知识、提高能力的同时将思政教育融入教学[9]，起到与价值引领相结合的作用。教学中引入我国科学家中国制碱工业开拓者侯德榜、中国催化剂之父闵恩泽等研究学者在化学反应工程领域的成就案例，不仅能激发学生的学习热情，同时能培养学生的爱国主义精神和民族自豪感；教学中通过对化学反应工程发展历程与前沿的介绍，使学生自觉遵守化学工程师的职业道德，培养学生的家国情怀、艰苦奋斗的敬业精神和精益求精的科学品质；通过对化学反应工程学内容的学习，使学生能综合经济、环境、安全、健康等因素合理评定反应工程实践及其对社会环境和社会可持续发展可能造成的影响，能够树立高度的社会责任感。

三、探索教学方式方法

(一) 运用网络教学平台，组织和实施教学

本课程全面采用了线上线下混合式教学模式，开课前教师利用互联网进一步完善教学内容(视频、PPT、动画及其他素材等)，在超星学习通网络教学平台上传教学文件材料，包括教学大纲、授课计划、教案、教材等，及时更新在线课程建设内容。每节课前在蓝墨或超星学习通等平台发布学习任务，学生进行自主课前预习。课上利用平台进行签到考勤、抢答、课堂讨论、随机选人、限时随堂测验、问卷等活动。课后教师在平台发布相应课后作业，来检验学习效果和巩固学习成果，通过平台的数据统计分析可时刻关注学生的学习情况。除了课后线下的面对面答疑，还建立QQ课程交流群，结合视频通话的分享屏幕与白板展示功能随时与学生进行线上互动，完成线上线下的课后答疑与交流讨论。为满足不同层次学生学习的需要，鼓励学生课后查询文献或自主观看慕课(MOOC)上的相关教学视频。针对存在自主学习惰性的学生，教师会持续关注自主学习意识弱的学生，在课堂上经常提问，课外时间进行单独线上线下辅导，提升其学习能力。

(二) 组织学科设计竞赛，提高学生实践能力

为提高学生对课程的参与程度和学习热情，加强对所学知识理解的同时提高创新能力，能够将反应工程的基本原理和方法应用到分析和解决化工生产中的有关问题中。课上教师针对相关授课内容将往届“互联网+化学反应工程”课模设计大赛获奖作品作为教学素材展示给学生。在每章学习结束后，把学生分成小组按照大赛的形式制作作品(课件、教学动画和动漫、工程案例3D等)，让学生走上讲台动态讲解与展示，能充分调动学生的视觉、听觉，加强对该课程中抽象理论与过程的理解，增强教学的直观性。以大赛为依托，将翻转课堂贯穿于日常教学，创造一种有利于学生自主学习的氛围，提供学生展示自我的机会，有效提升教学效果。选出其中的优秀作品参加全国“互联网+化学反应工程”课模设计大赛。其中我校“气液反应特点及气液反应器类型”作品在全国第三届全国“互联网+化学反应工程”课模设计大赛中获三等奖。

(三) 建立虚拟仿真实践平台，培养学生综合专业素质

本课程理论和实践联系紧密，为培养学生的工程实践能力，在理论教学与生产实习、化工过程模拟实践、专业实验、反应器设计等实践环节相结合的同时，建立互联网虚拟仿真实验教学平台。对于有毒有害、易燃易爆、投入大的实验，利用互联网虚拟仿真平台来构建虚拟的实验场景，给学生提供一个安全、可靠的绿色实验环境，在线学习模拟《化学反应工程》课程章节相关内容，得到实验结果，进行数据处理与分析。学生通过互联网虚拟仿真平台的学习，能够将反应动力学的基本原理和反应过程与实际的反应器联系在一起，能更加直观并深刻地理解所学知识，进而有助于提高学习效果。

四、改革考核评价

引入多元化的考核方式，评价学生能力的达成。将课堂表现、课堂测验、专题讨论、课模设计作品与课后作业等贯穿于平时过程考核中。在期末考试中增加主观讨论题、案例分析题、工程实践应用题等以考查学生解决工程问题的能力。改变过去注重学生知识点掌握的考核评价[10]，围绕课程目标，将考核内容和课程目标相对应，给出各课程目标对应的分值，以课程考核结果对学生具备的能力进行评价。根据《化学反应工程》课程平时成绩和期末考试成绩评价各课程目标达成度，来分析学生通过课程学习，是否具备相应的能力，并给出今后课程持续改进的措施。该课程教学过程示意图见图1。

图1 教学过程示意图

五、结 语

《化学反应工程》课程与工程实践联系紧密，理论知识抽象、数学模型复杂，具有一定的难度，传统课堂教学中学生学习积极性不高。针对以上问题，在工程教育认证理念的引领下，明确了课程目标、优化了教学内容、更新了教学方式方法和考核方法等内容，并且依据严谨的课程教学设计，在课程教学中充分运用网络平台来实现工程素质教育实践，发挥线上教学和线下教学的优势，显著提升了学生学习动力，取得了较好的学习效果，为专业课程教学改革提供示范。