化工原理课程建设与教学实践*

刘丽静，牟保畏，王 丽

(包头师范学院化学学院，内蒙古 包头 014030)

国家的发展需要人才，大学是培养人才的基地[1]。课堂是传授知识的殿堂，课程质量直接影响培养人才的质量，所以课程建设占据重要地位。《化工原理》课程是包头师范学院化学学院非师范专业(应用化学专业)的必修课，大三第一学期开设，48课时，相对于工科院校课时少，主要讲授化工中的三传(动量传递、热量传递、质量传递)，用物理的方法解决化学工艺流程中的原料前处理及反应产物分离提纯的单元操作，单元操作的特点都是物理操作、单元操作是化工生产过程中共有的操作、所用基本原理和设备是通用的。内容由浅入深，第一部分流体流动是动量传递，第二部分传热是热量传递，第三部分吸收是质量传递，第四部分精馏既有质量传递又有热量传递。每一部分都是先讲基本原理，然后根据物料衡算和能量衡算推导公式方程以及方程的应用，最后是化工生产的通用设备。这门课程起着由“理”到“工”的桥梁作用，区别于化学的四大基础课：无机化学、有机化学、分析化学和物理化学的纯理论课程，它是一门理论联系实际，培养学生工程意识的课程。配套的课程有《化工实验》32课时，《化工实训》32课时，以及大四的化工实习。本课程以《无机化学》、《物理化学》、《高等数学》等课程的理论知识和计算为指导，可为后续的《化学工艺学》等课程的学习打下基础。我院校属于地方院校，培养学生主要是应用型人才，所以理论课时相对于少，实践课程课时较多。

目前该课程主要是教师课堂讲授为主，由以前的72课时压缩为现在的48课时，课时少但任务重。该课程的特点是公式多，繁杂，有的概念较抽象，学生难于理解。所以造成课堂老师忙于讲解各种复杂公式原理，学生要认真听讲，还要花费大量时间复习，否则容易混淆公式原理[2]。时间一长，教师付出多，学生学得很辛苦，效果不佳。课堂上以教师讲授为主，学生参与程度不高，学习积极性较差，学生沉迷于手机的现象严重。教学方式的改革势在必行[3]，鉴于以上存在问题，本课程将在课程体系与教学内容建设、师资队伍的建设和课程实践教学建设三方面进行教学实践改革。

1 课程体系与教学内容建设

立足于我校培养目标是，应化专业培养模式为立德树人、知识与技能并举，突出技能训练，培养应用型人才。通过本课程的教学，要使学生系统地了解掌握工业生产中常用的单元操作的原理、设备的构造、设计计算及选型，单元操作的工业应用及操作条件对过程的影响，具备解决化工单元操作一般问题和探索强化过程途径及提高设备效能的初步能力。

(1)知识目标

能正确理解各操作单元的基本原理及过程的基本计算方法；掌握基本计算公式的物理意义、应用方法和适用范围；了解典型设备的构造、性能和操作原理，具有设备选型及校核的基本知识。

(2)能力目标

具有选择适宜操作条件、探索强化过程途径和提高设备效能的初步能力；具有运用工程技术观点分析和解决化工单元操作一般问题的初步能力。

(3)素质目标

立德树人，培养学生的社会责任感使命感，爱国爱党；培养学生终身学习的能力，逻辑思维能力，创新能力。

化工原理课程体系是从单一的工艺过程体系到化工过程原理与设备，再到以单元操作为主要内容的化工原理课程体系。在“三传”过程中，逻辑思维方式基本是一致的，从具体到抽象，从个别到一般，在化工生产过程中总结规律。培养学生在化工生产过程中能够分析问题解决问题，能够把所学知识应用实践，与目标达成度一致[4]。

1.1 改变教学理念

树立以学生为本的观念，调动学生学习的主动性和积极性，改变教师以往填鸭式的教学理念，以学生为本，让学生成为课堂的主人。这就需要教师不仅知识渊博还能掌控课堂，把学生的学习积极性带动起来。不光是该门课程学习成绩的提高，更重要的是学习能力的培养，素质教育。有研究表明[5]，学生的参与程度越高知识掌握越好，教学不再是简单的复制粘贴，而是通过设计教学过程，教学的目的提高学生的学习积极性和参与度，让学生成为课堂的主人，自主参与教学活动，而教师只是教学活动的组织者和合作者。

把传授知识和传授方法结合起来，提高学生的创新意识。《化工原理》是一门应用化学基础理论来解决化工生产理论及生产实际的应用科学。化学专业的同学在学习这门课程时，具有一定的基础性优势，即他们具有比较扎实的无机、有机、物化等化学基础知识，但他们也有比较薄弱的环节，即现场实践经验和工程意识较弱。为此，本课程在构建教学理念时，主要以充分调动学生观察生活现象、反思实验操作过程的方法，来强化学生应用理论知识解决实际问题的意识和能力。

在课堂上教师不光传授本课程的知识点，更重要的是培养学生的逻辑思维能力，树立正确的人生观、价值观，培养社会责任感、使命感，润物细无声地将课程思政融入教学。

1.2 教学方法的改革

针对不断崛起的化工企业，2003年我校化学学院设立了应用化学专业，开设了《化工原理》课程。经过十八年的课程建设，现在主要运用幻灯片、动画、flash、计算机仿真、实物等提高教学效果，在教学中配合一定的实验和实训、课堂讨论、案例教学、课外作业、典型例题讲解等，做到理论联系实际，为学生后续专业课程和将来从事工程技术工作，实施常规工艺、常规管理和常规业务打好基础。目前已经取得一定成绩，2016年评为校级优秀课程，2019年评为校级重点课程，2021年申报为校级一流课程。社会不断进步发展，教学方法也需要不断地改革与创新，这是提高教学质量的关键。为了有效地提高化工原理教学质量和效果，我们需要不断地优化教学方法，灵活运用多种教学方法，引入新的教学手段，强化教学效果[6]。

(1)根据原有的多媒体课件资源基础上，完成课程录制工作，每一章节都由任课教师录制并传到学校的教学平台，学生可以随时打开观看，不受时间空间的限制，为学生提供更加便利的学习条件。重新编写PPT，开发一套内容齐全的高水平多媒体课件，根据化工原理课程的特点，原理多、公式多、设备多。在制作过程中减少文字描述、增加图像、视频、动画等元素，在每个单元操作相关知识点中插入一些工艺流程的动图、视频或仿真流程，丰富教学内容，提高课程的趣味性。

(2)翻转课堂，以学生为本，让学生成为课堂的主人，留5次小组活动，每次每组派1名代表课堂讲解。教师根据学生所讲内容、表达能力、创新能力给出成绩，小组之间互评，培养学生的团队合作意识。每章结束都要进行思维导图训练，更加注意素质能力培养。在学习中，教师不仅是知识的灌输者，也是学生的引导者[7]。

(3)应用现代信息网络化教学，充分利用学校提供的超星学习通教学网络平台[8]，开展线上教学活动，教师提前将下节课讨论的问题放到超星学习平台，让学生查阅文献，课堂上启发式教学，互动式教学，问题提出，进而小组讨论分析问题，由教师组织教学得出结论。这样能够做到翻转课堂，让学生积极主动参与到课堂，真正做到以学生为本。每节课结束，留5 min，在线上学习通上做些简单题，检测学生对本节课知识点的掌握程度。根据学生的反馈，及时调节课程内容。共享国家精品课、慕课资源，不仅学生观看，教师也要学习，学习名校名师的教学风范，进而提高地方院校的教学质量。

1.3 教学内容的改革

产出导向、学生为中心、持续改进。修订教学大纲，明确课程目标，从教学内容上体现其对毕业要求达成度的支撑情况，并制定一个合理的方案计算毕业要求达成度。以前授课时花费大量的时间在公式推导上，耗时耗力，避重就轻，没能很好的理解课程目标。我校主要培养应用型人才，不是科研人才。应该把重点放在原理方程式的应用上，所以今后重点讲解公式的应用，简化推导过程，更加注重原理公式的应用。应用理论分析化工问题，设计化工方案，解决化工生产的问题，培养工程理念。

(1)电子教案

更加合理调节各章节知识的内容，侧重应用型人才的培养，简化繁琐公式的推导过程，每章节后都有知识总结。挖掘日常生活中的化学现象，进而引出问题，更加合理设计每一节课。

(2)网络教学

最大限度地实现了资源共享，同学们不仅可以在课堂上学习课件，还可以在课下自主安排时间学习。任课教师与学生建立微信群、QQ群随时和学生沟通，线上答疑解惑。

(3)知识拓展

将最新的化工科研动态，科研热点，融入课堂。收集的教材中出现的科学家素材，讲述科学家的成长经历，培养学生严谨的科学态度，激发学习兴趣。

(4)课程思政

将思政元素润物细无声地融入教学过程，培养学生爱国爱党，具有社会责任感使命感，严谨的科学态度等等。

1.4 线上线下混合教学

充分利用学校提供的超星网络学习平台，将课件，视频，共享国家精品课的教育资源。大学慕课有名校名师授课，不仅学生能够观看，教师也能从中启发教学方法。我院为地方院校，师资和教育硬件相对较弱，这时候我们鼓励学生共享国家精品课资源，化工实验课程采用线上预习仿真，线下实操，达到非常好的效果[9]。网上授课可以不受时间空间的限制，但是检测手段有待提高，对于自觉的学生学习成绩飞跃提高，对于自我松懈的学生成绩没有变化，主要还是课堂是所学知识，拓展方面有待提高。针对这样的问题，我们将采取因材施教，不同的学生留的作业不同，这样可以避免学生之间抄袭，教师需要花更多的精力在学习态度不端正的学生上，争取不让学生掉队。

2 师资队伍的建设

为了满足今后教学、科研等全方位的需要，要改革教师培养和使用机制，加强教师队伍建设。经过十八年的努力，应化专业已成为我校师资力量较雄厚、科研成果突出、具有良好教风、学风的非师范专业。由于历史原因，我院六十年代出生的教师很多，近几年平均每年退休教师达3～5人，另外我校加大人才引进政策，化学学院近两年引进博士十多位，学院现有教职工47人，其中35岁以下的37人，是一支年轻教师占主导的充满生机活力的队伍。其中专任教师34人，教授4人，副教授9人，高级实验师1人，硕士生导师3人。具有博士学位的21人，硕士学位的20人，在读博士4人。由于人才引进政策影响，要求新入职的博士三年内有科研成绩，很多年轻教师把很大精力投入到科研中，教学上花费的时间相对不足。对于目前存在的问题，我们采取以下措施：

(1)实行青年教师导师制，每一位青年教师都有一位教学经验丰富，并取得一定教学成果责任心强的老教师指导。年轻教师听课，老教师听年轻教师授课。每周听课不少于4次，每次听课后评课，指出授课过程中存在的问题。

(2)教研室教师集体备课，每月举办一次集体备课，每学期集体听课，评课3次。由教学经验丰富的老教师讲解如何备课和设计课程，青年教师进一步修改课件，加入新的视频、科研动态，挖掘生活中的化工现象，潜移默化地引入知识点，提高教师的教学能力。作为一名合格的大学教师不光是能够把课讲好讲明白，更主要的是在教学上投入大量的精力，在课程设计上需要花费长时间的琢磨，怎么能够把枯燥无味的工科繁琐公式变得灵动起来。

(3)鼓励教师参加讲课大赛，观摩优秀课程。

(4)共享网络资源，在国家精品课程网站和学习强国上学习名校名师的教学风范。

(5)采取内培外引的方式，在原有基础上努力建设一支了解社会需求、教学经验丰富、热爱教学工作、结构合理、相对稳定的教师队伍。建立教师培训、交流、提高和深造的常规机制，选派教师到全国有关知名院校进修、学习和调研。引进高学历，有经验的相关学科带头人，在教学和科研方面更好、更快地促进课程的建设与发展。聘请国内知名学者到学校兼职授课，做到高水平专兼结合，增强本课程群的教育力量。

3 课程实践教学建设

我院课程实践教学，为化工见习、化工实验、化工实训、化工实习四大部分。

(1)化工见习

应化专业的学生在第3、4、5、6学期分别有一周的见习时间，目前主要是带领学生去周边地区的化工企业和科研院所参观性见习，大部分学生是走马观花效果不佳。化工见习改革措施是，首先拓展更多的化工企业和科研院所，有针对性的见习。这项任务比较艰巨，因为很多化工企业处于安全考虑不接收见习学生，这需要学院领导和相关企业进一步的沟通；其次，不同学期的见习应该是循序渐进的，第一次走进化工企业和科研院所，学生思想上感到震撼，简单的感性认识；第二次见习过程中要求学生写见习报告，要求学生能够大体描述出企业的概貌；第三次，要求学生根据所学到的知识，画出工艺流程图。第四次提出化工工艺流程改进方案，培养工程意识和创新能力。

(2)化工实验

我校化学学院于2008年设立了化工实验室，投入近40万购买了11套实验仪器，包括流体流动、传热、精馏、干燥、萃取四大部分。与之前的化学实验不同，这些仪器设备仿照化工厂模型，仪表与电脑相联，学生在电脑上操作即可控制设备，达到自动化仪表操作的练习。2013年出版了与仪器配套的《化工实验》教材，由内蒙古大学出版社出版，目前应用较好。目前是要求学生预习、实验操作、实验报告三部分，发现学生预习实验时候只是单纯的抄课本，没有认真思考。在操作实验过程中，阀门多、设备复杂还会出现很多错误。对于化工实验改革措施是，采用线上线下混合教学，教师将化工仿真实验发放到学院的超星教学平台，学生在预习报告的同时还要做仿真实验，仿真实验是和实操实验设备相匹配的，学生把正常运行的仿真实验截屏发给教师，这样在实操实验过程中效率提高，出错减少。

(3)化工实训

2019年学院投入100万购置了，六套化工实训装置，为学生实践能力的加强提供有力的支持，化工实训可以模拟工厂情景，大大提高学生的工程意识。通过化工实训操作使学生掌握化工生产的基本操作技能；使学生认识实习、实训操作的要求。现在存在的问题是学生多教师少，每套实训设备没能充分利用，比如传热实训，可以分解为8个实验，但现在只做其中的一个，存在资源没能充分利用，其他的实训实验都存在这种现象。今后开拓更多的化工实训，体现工厂情景化、操作实际化、控制网络化(DCS)、故障模拟真实化等。培养学生自主学习能力，以学生作为学习的主体，通过学生独立的分析、探索、实践、质疑、创造等方法来实现学习目标。

(4)化工实习

经过多年与周边化工企业的不断联系与交流沟通，我院建立了汇能、乌海化工厂、金蒙稀土股份公司等化工实习基地，为学生提供了丰富的实践教学场地。同时在近几年的实践过程中，我院与杭州统一和江苏昆山的统一及江苏的科晟公司建立了合作关系，目前合作关系进展顺利。有很多学生在化工实习过程中顶岗实习，工厂给开工资，极大鼓励学生积极参加化工实习，部分学生实习后直接和厂家签订就业协议，为学生就业搭建平台，应化专业的就业率位居我校第一，取得一定成绩。今后，需要开拓更多更广泛的实习基地，为学生搭建就业平台。

4 结 语

迄今为止，“化工原理”课程已经成为本院开设面最广，开设层次最齐全的课程之一，也是教学水平和教学效果深得师生好评的课程之一。作为应用化学专业的专业基础课之一，本课程课程建设不断完善，课程教学将继续开拓创新，在不断探索完善教学方法的同时，加强对前沿学术研究成果的汲取，努力把本课程建设成为既有学科沉淀，又有教学创新、教学效果良好的一流本科课程。