以化工设计竞赛为契机的化工原理课程教学改革研究

王海龙，陈 勇，2，苗鹏杰，陈自娇，张景梅

（1.新疆理工学院，新疆阿克苏 843100；2.浙江海洋大学，浙江舟山 316022）

“化工原理”是学习化工和其他化学专业前的一门基础课程，其中主要知识内容涉及到化工生产中“三传一反”的精馏、过滤、传热、流体流动、吸收等“单元操作”的基本原理及设计计算应用。在课程教学上，化工原理具有很强的操作性和工程实践性，不仅能够培养学生工程创新思维，又能提高学生实验实践能力，在化工专业基础课和专业课之间起到桥梁过渡 作用[1-2]。

化工设计竞赛是起始于2007年由中国化工学会、中国化工教育协会发起的，是一种面向全国高校大学生的专业设计竞赛。为满足行业发展对化工工程技术人才能力的要求，化工设计竞赛通过进行新产品技术、新工艺流程、新装置研发设计，新生产过程运行操作等途径，促进了大学生的创新思维能力、工程技术实践能力和团队协作精神的培养。竞赛中涉及到化工生产单元操作、设备计算选型、热量计算以及化工企业运行等内容均与化工原理课程息息相关[3-4]。可以说，化工原理课程对于提高学生化工设计能力具有明显的促进作用，综合培养学生化工单元操作能力和工程视野，为学生设计更加优秀的作品打下了专业基础。

本文结合历年全国大学生化工设计竞赛活动情况和近几年我校化工原理课程特点及实际教学存在的问题，从教学理念、教学方法、实践能力培养等方面，探索分析和思考通过化工设计竞赛对我校实施化工原理课程的教学改革[5]。

1 化工原理课程教学存在的问题

化工设计竞赛涉及到产品新工艺、新设备的设计计算，此外还需要完成厂址选择、仪表自动控制、车间及总厂设计布局、公用工程设计和经济分析评价等内容。竞赛对参赛学生化工知识综合运用能力提升、团队协作及创新拼搏意识增强、现代化工设计理念形成、工程实践和创新能力培养等具有积极的促进作用。围绕化工设计竞赛任务和能力要求，结合参赛经验以及我校化工原理课程的教学情况，深入剖析发现我校化工原理课程还存在一些实际的问题[6]，主要表现在以下几个方面：

1）课堂上以传统的教学模式为主，很难激发学生的学习主动性。在当下，大部分化工原理课堂上还采取多媒体教学，虽然从数据上显示教学手段有所增加，但因课程内容都是单元操作基本原理、设计型和操作型计算，公式繁多所以十分复杂枯燥。教师为了完成自己的教学任务，仍以课堂讲解的方式授课，却忽略了同学上课参与课堂中的积极性。因为积极性和独立思考的能力还有所欠缺，所以学生对课程知识了解仅停留在课堂和教材层面，难以将理论学习与工程实际相结合，缺乏解决工程实际问题能力。从上述分析可知，在化工原理被传授的过程中还存在着由于课堂教学模式单一导致的学生积极性的缺乏，所以对化工原理知识的吸收，并没有达到该有的预期结果和影响力。还需要加强老师在课堂上讲解知识的有趣性和吸引力，激发学生的学习主动性，发挥出化工原理在化工专业中的积极作用，并且明确它占据的重要地位。

2）理论联系实际不紧密，学生工程意识不强。化工原理课程是化工专业基础课和专业课程之前的一个桥梁或者纽带。学生在本科前期分别完成了高等数学、大学物理、有机化学、化学基础实验、物理化学等理论课程学习之后，要通过化工原理课程将理论与化工实际生产运行相结合。由于该课程在教学上还是以理论知识学习为主，并且化工原理实验教学环节占比课时量少、理论和实际之间的联系并不紧密，没有突出实验过程性的教学模式，学生仅仅锻炼了实验动手操作能力，而对学生个人工程意识没有形成，对化工各行业总体运行发展不了解。普遍存在着学生工程意识不强的现象。其中，他们还在意识中认为化工专业基础课是一个独立的个体，不能充分认识它在专业课程中起到的桥梁和纽带作用。

3）考核评价方法单一，学生专业综合素养不高。化工原理作为一门专业基础课程，在学生实践能力提升方面理应具有重要促进作用。反观在学生课程成绩评价体系方面，期末理论考试成绩占较大比重，实验的成绩总体占比较低，而教师对于新的教学方法手段例如雨课堂、智慧树、虚拟仿真实验等应用更少，更不用说在课堂教学上引入实际工程案例开展教学，从而导致学生在课程学习上注重期末背题型、做练习，对课程培养专业综合能力没有足够认识。因为教学方面比例不当，所以大部分学生的学习重心都放在了期末考试上，却在心理上对实践的要求不太明确，也不够重视，重心的偏移出现了当代学生专业综合素养不好的现象，学生只是更重视那个可以分出高低的专业成绩，着重于考试的重点题型，没有从心底重视上自己所选专业实践的影响。考核应该是对综合素养的评价，而不是单一地通过一次期末考试来评判，考核的方向直接影响着学生的学习重心，所以为了提升学生的实践能力，在学期末进行考核时，应该从多个方面考虑。只有明确存在的问题，做到对症下药，才能从根本上达到解决问题。

综上所述，化工原理课程专业知识复杂，学生仅仅掌握了理论知识，但专业综合素养、工程实践应用能力还有所欠缺，缺乏综合运用化工原理知识解决实际问题能力。在指导学生参加化工设计竞赛过程中也发现学生化工原理知识掌握不牢固，单元操作设计计算及设备选型等能力薄弱。因此，针对化工设计竞赛的化工原理课程教学改革势在必行。

2 化工设计竞赛活动对化工原理课程教学促进作用

2.1 理论联系实际，注重工程思维培养

化工设计竞赛锻炼学生综合运用化工专业基础知识解决实际工程问题的能力，这就要求任课教师在化工原理教学过程中注重学生工程技能和工程思维 培养[7]。教学理念要从以“教师为中心”向“以学生为中心”转变，更加注重的是学生对化工单元操作知识理解掌握以及实际工程的运用。例如，传热是重要的单元操作，化工企业换热器设备占设备投资的30%左右，而在化工生产中传热载体是流体，这又涉及到流体流动单元操作知识内容。因此，从化工企业生产实际可以看出，化工原理各单元操作是紧密联系又具有各自的特点，通过课程学习让学生将理论知识与化工企业生产联系起来，培养学生工程意识和实践创新能力。

2.2 优化教学方法，提高学习积极性

化工原理课程内容复杂、教学难度高，课堂枯燥无味，学生对传统讲授教学方法早已疲惫，因此在教学中要注重教学方法，急需进行一定的改进和优化，来提高学生的积极性。主要方法可以结合化工设计竞赛经验，将雨课堂和智慧树网络智慧教学方法融入化工原理课堂教学中，通过分析讨论课程专业问题提高学生课堂学习积极性和利用现代学习方法能力；开展互动式翻转课堂教学方法，促进学生创新思维培养、提升对问题的分析能力和团队合作能力；利用案例教学法，将化工设计竞赛设计任务引入课堂教学，理论联系实际解决企业实际工程问题，促进学生工程意识培养，提高学生解决实际问题能力[8]。还可以从教师方面入手，比如对教师进行定期培训，培训内容主要包括授予教师如何带动课堂的气氛，吸引学生的积极性以及怎么以一种幽默的方式传授知识。化工设计竞赛对化工原理教学改革的具体促进作用见图1，从各个方面进行突破，强调化工设计竞赛对化工原理教学改革的促进作用，解决实际性的问题。

图1 化工设计竞赛对化工原理教学改革促进作用分析图

2.3 注重过程教学，增强实践创新能力

化工设计竞赛设计内容包括可行性分析报告撰写、工艺技术及设备设计、平面三维制图、经济分析与评价等内容，对学生过程性和实践能力要求较高。在课程教学设计中为了应避免“学完就忘”的重复性问题，应切实通过过程性教学提高学生实践创新 能力[9]。例如，在化工原理实验教学中类比化工厂设备开停车进行模拟实验，让学生通过实验掌握每个仪表装置作用原理及操作顺序，把握对设备整体运行的掌握，切实增强学生学习领悟力和解决实际问题能力；在实践教学中将虚拟仿真实验模拟和开放式实验室相结合，让学生在课前利用虚拟仿真掌握单元操作基本流程，再利用实验室设备仪器开展实际操作，拓展学生实践创新能力。

2.4 考核机制多元化，提高专业综合素养

化工原理课程教学在具体考核评价方式上，不仅要注重过程性考核，提高学生专业实践教学能力培养，更需要运用多元化实践考核方式，避免“一考定输赢”问题[10]。化工原理多元化课程考核汇总情况见表1，在课程教学中，为充分体现对学生综合能力的培养，将期末考试成绩占比由70%降低到为60%。提高实验教学成绩占比，同时将雨课堂和智慧树单元测试内容纳入平时成绩，多元化考核，让真正对专业知识理解掌握的学生获得最佳成绩，提高学生专业综合素养。还能采取化工课程设计的方式，对学生的综合基础知识进行一次考核，这种课程设计还能锻炼学生的思维能力，以及自身对了课程的思考，是一种综合的设计训练，培养了学生的设计能力，通过团队的设计还能提高学生的团队合作能力。

表1 化工原理多元化课程考核汇总表

3 结语

以首次参加化工设计竞赛为例，竞赛对学生综合素质培养的角度思考分析我校化工原理课程教学特点及存在的问题。从培养工程创新理念、优化课程教学方法、改进教学考核方式、提高实践能力等方面提出化工设计竞赛对化工原理课程改革的启示和促进作用。以化工设计竞赛对学生综合素质能力要求作为基本目标，进而提出化工原理课程的改进方向，对培养化工类及相近专业学生的综合实践能力、创新思维意识具有重要意义。