化工工艺学的案例教学改革探索

李国培 ， 金听祥 ， 张芳芳 ， 张 波

(郑州轻工业大学 能源与动力工程学院 ， 河南 郑州 450002)

0 前言

化工工艺学是包括化学工程与工艺、过程装备与控制工程等工科专业的专业基础课。培养化工行业相关工程技术人员，具备化工工艺理论、仪器设备和控制等专业知识及工程实践能力。化工工艺学的传统教学模式以教师课堂讲授式教学为主，这种教学方式虽然能快速地使学生学习并掌握即有知识，但因缺乏思考、分析、讨论等过程性环节而无法达到能力型人才培养目标。即学生只是具有一定量的知识储备，却不具备灵活运用知识并分析和解决实际工程问题的能力。因此，传统课程教学过程中学生的有限参与以及理论知识联系工业实际方面的不足，导致专业人才的实际培养结果与工程应用能力的培养目标之间产生较大差距。上述问题的解决则依赖于化工工艺学课程教学方法的改革探索。

案例式教学法是一种以案例为核心的教学方法，通过设定工程背景下的工程问题作为案例，还原真实的工作情景，让学生站在主事人的角度，对问题进行分析与讨论，进而提出符合实际情境的解决方案。如何将案例教学法真正在化工工艺学的教学过程中实施，如何推进化工工艺学的案例教学改革，最终提高化工行业应用型工程技术人才培养质量，成为高等院校亟需探索和解决的问题。

1 化工工艺学教学现状及存在问题

化工工艺学是郑州轻工业大学四年制过程装备与控制工程本科专业的专业选修课。通过本课程的学习，使学生了解化工过程领域产品的制备原理、生产特点、工艺过程和关键设备；了解现代国内外化学工业的发展面貌和一些新的化工行业进展；培养学生化工过程技术经济的观念、环境化工和绿色化学的追求。

化工工艺学课程教学主要采用典型的“课件PPT+板书+讲解”的讲授式教学方法。课堂理论教学基本上都是按照某一典型化工产品的反应原理、生产工艺、工艺条件、生产设备以及相关工艺生产过程的安全与环保等理论知识构架来安排教学计划，并对学生进行灌输型知识讲解。但是，化工工艺学是一门工程性、实用性很强的专业课，其重点不在于公式或原理的数理推导，而是强调原理知识的工艺化和设备化应用。而且化工过程的工艺流程复杂、管线交错、设备繁多，很难通过几张幻灯片详细剖析具体工艺流程和设备结构。尽管近年以动画、短视频等为媒介的多媒体教学方式的课堂引入丰富了教学信息的传递展示方式，一定程度地激发了学生的学习兴趣；但是无论是动画，还是短视频都是一种表象演示，没有根本改变讲授式教学的学生参与度低和被动接收知识灌输的本质[1]。知识讲解型的教学模式无法让学生主动参与课堂教学，学生普遍感觉课堂教学内容抽象、枯燥、难理解，不知道所学课堂知识对工程实践有何用以及如何用，有些学生甚至在该课程全部结束后无法表述出课程的核心内容和学习目标。另外，课程考核方式以作业或期末笔试考试为主，缺乏过程性评价。这种考核方式的课程培养目标重在知识目标，而非能力目标，不利于形成学生积极参与的生动课堂氛围，也不能有效提升学生运用基础理论知识去分析、讨论和解决实际化工生产过程工程问题的能力。

2 案例教学实施探讨

案例教学法是一种以实际生产案例为基础的教学方法。案例教学，学生是案例教学过程的主角，教师在教学中扮演着设计者和激励者的角色，鼓励学生积极参与课堂讨论，激发学生思考和分析，从而提高学生的课堂参与度和工程应用能力。教师可以根据授课内容需要以及学生基础知识掌握情况，设计生成一些典型案例并适时引入课堂教学，引导学生运用课堂所学的专业理论知识进行问题解析与讨论，寻求解决方案，从而实现理论与实际的紧密衔接，提高学生课堂参与度，提升学生工程应用能力。并且案例教学过程中可以充分体现学生的基础专业知识掌握情况及分析解决问题能力，为学生课程成绩的过程性评价提供了可能[2-3]。但如何具体实施化工工艺学的案例教学还需进一步研究探讨。下面就化工工艺学案例教学的案例开发路径、案例教学的具体推进方式探讨如下：

2.1 教学案例的开发路径

案例教学的基础在教学案例。与课堂适配的教学案例能紧紧抓住授课对象的注意力，并直接引起大家的思考、分析、讨论等过程学习环节。适配的教学案例缘何而来，即教学案例的生成源头与开发路径是否得当就成了能否成功实施案例教学的前提和关键所在。根据教学案例的素材来源和素材加工过程，可将化工工艺学的教学案例分为原创型、引入型、改进型三种开发路径。

2.1.1原创型路径

案例教学团队在整体把握课程教学大纲和培养目标的基础上，统筹课程教学内容、教学计划、化学工业前沿动态以及化工企业生产实际，选定课程内容紧密相关的若干教学案例主题，通过对最新文献资料查阅、化工企业实地探访调研、化工领域工程专家访谈等手段获得相关教学案例的一手原始资料。在此基础上，案例教学团队搭建案例框架，构思逻辑链条，筛选素材资料，从而形成主题鲜明、结构完整、逻辑清晰、内容充实的教学案例。在适当教学场景中进行初步探索式应用，及时发现初创案例的瑕疵和不足进而进行修正调整，最终形成完善化的高质量教学案例。原创型教学案例在主题设计、架构搭建和内容提炼等方面有更主动的课程背景贴合和更强的专业工程应用针对性，因而能在充实化工工艺学课程教学案例库的同时，更有效保障案例教学的课堂实施效果，提升整体工程化教育质量。不过，对于原创型路径而言，与高质量、高针对性等优势相伴而生的则为精力投入大、耗时长等不利因素。

2.1.2引入型路径

实施了化工工艺学相关课程案例教学的单位和组织均会有一定数量的教学案例储备，案例教学团队可以在综合考虑己方学生的理论知识结构和背景知识掌握情况后，对其他单位已有的教学案例进行选择性引入，在不加修改或稍加修改后即可直接应用于案例教学过程，这就是教学案例的引入型路径。这类引入型案例在引入前已经过筛选，其主题和内容基本符合课程要求，并且其在长期教学应用中已基本拥有非常完善的逻辑架构和内容材料。因此，相比于原创型案例，引入型案例在实际的课堂实施过程中更容易，也能更快地产生较好的实施效果。但真正适合己方学生学情，并贴合授课主题内容的已有化工工艺学教学案例数量和来源范围均有限，限制了引入型路径的发展。

2.1.3改进型路径

因原创型案例费时费力，而直接引入型案例来源有限，将以上两种案例开发路径进行交织结合即为改进型路径。改进型路径具体是指案例教学团队查找并筛选已有的院校课程案例成果或工业企业案例培训资料，以此为基材融入自己化工工艺学课程的教学目标和内容，并通过剔除、重整、凝练等再加工过程，形成自己特色的教学案例。与前两种路径相比，改进型路径一方面无需理论框架和思路逻辑的源头搭建，节省了时间成本和资源投入，另一方面对直接引入型案例进行了贴合实际的改造整合，大大扩宽了案例的来源范围。因此，改进型路径平衡了上述前两种路径的主要弊端，是一种更容易被推广的教学案例开发路径。

2.2 案例教学的实施推进

2.2.1宏观多主体协同

化工工艺学案例教学的实施推进应当是多主体参与的，即课程开设主体院校、合作联培企业单位和案例教学团队这三个案例教学推进主体应当在宏观上相互协同并制定案例教学的推进策略。①课程开设主体院校要积极围绕学生工程应用能力提高的课程目标，制定课堂改革政策以推进案例教学在化工工艺学课堂上的实施，提供针对化工工艺学的教学案例库建设资助，鼓励教师到化工行业企业交流学习，为优秀教学案例开发创造条件。对开发出优秀案例的团队和教师采用从高计算教学工作量和业绩的方式提高广大教师参与案例教学的积极性。②案例教学的合作联培企业要为案例教学提供实际工程应用场景和环境，定期与化工工艺学课程开设院校举行交流探讨活动。比如，共同组织课程案例教学比赛，由化工行业企业专家和院校学者共同组成评选小组，评选优秀案例进入教学案例库。此外，可以为课程开设院校建立驻企案例教学实践基地，为常态化提高未来化工行业从业者的理论联系实际能力和工程应用能力夯实基础，同时也为企业的工程实践经验进院校、进课堂、进教材提供条件。③案例教学团队要持续加强自身教学案例开发、案例教学场景应用等方面的能力建设，充分利用院校理论知识扎实的优势和企业实际工程应用条件的优势，主动走出去和引进来，去企业进行挂职实践并将企业优秀培训案例引入课堂教学，拓宽教学案例开发路径，严把优秀案例入库质量关，主动投身案例教学的推广实施过程，总结案例教学的实施经验，进而形成案例教学的持续完善和改进机制。

2.2.2微观分步骤实施

化工工艺学具体的案例教学实施应分为课前案例导入、课中案例分析和课后案例总结等三个主要步骤。①在进行课堂案例分析之前，提前在前一次课后将拟进行的教学案例主题及简介性资料发放给学生，要求学生提前分组并查阅主题相关文献资料，了解案例背景及相关理论知识，为课中的案例分析讨论打下基础。以河南新乡心连心化肥有限公司的三塔双效精馏甲醇工艺装置为例，让学生先行调研该三塔精馏甲醇工艺及其装置，并提前给学生设下几个相关问题，如原料粗甲醇的来源及组分构成，三塔精馏装置的三塔布置顺序及其用途，最终产品纯度及其对应国家/行业标准等级等，从而让学生逐步进入案例情景。②课中案例分析过程，引导学生讨论分析如何改进工艺路线提高甲醇产品纯度以达到更高工业品标准等级，从而在原三塔基础上引出四塔、五塔精馏装置，然后设问在三塔精馏的常压塔后增加汽提塔以回收常压塔侧线或釜液中甲醇，即采用四塔精馏的优势是什么，劣势又是什么，从而激发学生的探索性思考，鼓励小组内和小组间的讨论。③课后进行案例教学总结。案例讨论、分析和点评之后，案例教学老师要求各小组整理课堂讨论过程的思路、观点、措施或方案，形成并提交案例讨论报告。这些课堂发言情况记录以及提交的案例讨论报告，为案例教学的过程性评价提供了材料基础。同时，案例教学老师对案例教学实施过程进行全面总结，梳理案例教学过程中具体理论知识点的贯穿引入量以及理论知识的工程化应用情况，反思课堂上案例教学的问题和不足，给出进一步完善案例教学的措施建议。

3 结语

工程应用能力提升是工程教育背景下培养创新型工程技术人才的关键，也是新时代高等院校能力型培养目标的重要内容。化工工艺学作为面向化工行业专业技术人员教育的核心课程，是理论知识和实际应用结合非常紧密的工科课程。向化工工艺学课堂教学过程引入教学案例，实施化工工艺学的案例教学改革探索，能在有效提高学生课堂参与度的同时，激发学生独立思考和主动学习，提升化工行业未来从业者的理论联系实际能力和工程应用能力。通过分析教学案例的开发路径，统筹化工工艺学案例教学开设院校、联培企业单位和案例教学团队的三主体协作，细化实施课前案例导入、课中案例分析和课后案例总结，从而探索构建完善的化工工艺学案例教学实施架构和过程性评价机制，为培养工程特色鲜明、工程应用能力突出的化工类人才奠定基础。