应用型高校化学工艺学课程教学方法的探讨与分析

＊施达 晏金灿 蔺华林 王宸宸 熊力堃 韩生

（上海应用技术大学化学与环境工程学院 上海 200014）

引言

化学工艺学是高校化学工程与工艺专业的一门重要的基础课程。课程涉及的内容需要化工原理，化工热力学，化学反应工程和分离工程等一系列化工专业的基础课程作为基础，在此基础上，通过对于实际案例的设计和分析讲解，让学生具有从理论出发，通过课程所学知识，合理应用并去解决实际问题的能力。所以，化学工艺学的课程内容更偏向于实际综合应用。针对于课程目标，需要学生在课程学习过程中，可以掌握化工生产工艺流程整体设计的基本方法和思路，分析复杂流程的单程转化率、全程转化率、选择性等效率指标，建立初步的工程概念。同时，学会运用化学工艺学的基本原理对化工产品的工艺流程进行设计、对工艺流程中遇到的复杂工程问题提出有效的解决方案。并且，认识化工生产中发国家有关的经济、环境、法律、安全、健康等政策和制约因素。培养学生可持续发展的理念。除此之外，培养学生能够运用工艺流程图对化工生产中的复杂工程问题及解决方案，通过专业的术语进行描述。与此同时，了解影响产品成本的工艺技术因素，理解工艺技术路线的经济性。综上，化学工艺学不仅是要求学生对于课本知识的理解，同时要求学生掌握对于实际化工流程中设计，计算等一系列问题的分析能力。针对课程本身的属性以及目标，目前的教学方法还可以进一步改善。

1.教学方法的现状

针对于目前化学工艺学课程的教学方法而言，主要的教学手段还是通过课堂讲述和PPT结合的方法进行传授。而且，一般高校对于课程的设计为32个课时左右，但是课程涉及到大量知识点和内容，所以无法在课堂上对所有知识点进行详细讲解。同时，对于目前的教师队伍而言，由于青年教师的大量引入，大部分新引入的教师，对于实际化工流程的设计操作等理解较为薄弱。

具体而言，首先对于教学手段，课上主要通过PPT和讲解的方式进行教学，对于需要与实际案例相结合的化学工艺学课程，这样的讲解不仅较为枯燥，学生的兴趣不高，难以接受，导致上课的效率较低，通常学生对于课堂内容的接受比例非常低；与此同时，绝大多数流程的讲解都遵循化工流程设计的原则，意味着动力学和热力学分析在整个教学过程中不断重复，一定程度上也导致了内容枯燥，难以调动学生的积极性。而且，知识点的理解在没有现场实际观察和操作的条件下较难理解，一般需要学生在其他例如化工原理，化工热力学等化工基础课程有较为扎实的基础，可以在基本的知识点理解的基础上，进行活学活用，从而达到化学工艺学课程的教学目的。但是实际情况，学生通常对于知识的理解以死记硬背为主，无法活学活用和真正的培养分析解决问题的能力。

其次，对于课时而言，化学工艺学一般都为32个课时，但是需要讲述的内容多，其中涉及到热力学、动力学对于设备流程影响的知识点较难，需要较多的时间去讲解，特别针对于原理方面的知识点，需要学生回忆已经学习过的内容，从而达到课程中学生理解操作单元的设计，反应流程的温度、压力选择以及流程分离操作方法等问题的目的。除此之外，课程对于知识要求的广度，也大于其他化工专业基础课程，例如一氧化碳变换反应过程中，对于最佳反应温度低于平衡反应温度的现象，通过理论分析结合工业实际操作，提出解决方法，本知识点的讲授，需要学生具有扎实的热力学背景，同时，对于化工原理中换热的知识有深入的理解，才可以构建出直接冷却式反应器的设计思路。所以，较短的课时造成了教学过程中出现教学内容涵盖广，无法在有限的时间内完成所有内容的讲解，或者在涉及所有方向和知识点的条件下，涵盖内容不足，深度不够，很多知识点都是一笔带过等等一系列问题，导致授课的效果并不理想，学生对于化学工艺学课程的知识掌握程度较差，所以需要调整以及研究更为合适的教学方法，从而达到更好的平衡。

再次，目前国内青年人才引进的力度大，所以高校很多课程目前由刚入职或者入职3～5年之内的青年教师进行授课。部分青年教师在教学方面已经具备一些经验，但是大多学青年教师在教学方面的基础相对薄弱，同时，青年教师普遍存在没有较为系统的化工业界实习或者实践经验，对于成果转化以及落地的经验相对有限。特别是对于化学工艺学需要和实际化工流程联系紧密的课程，多数青年教师在实际流程的设计，运行，开车等方面，并不具备充分的了解和长期的经验。虽然，青年教师上课比较有活力，课堂气氛活跃，但是这种情况依赖于教师自身性格，本身和课程的关联程度较低，而且也不能成为一个可以广泛学习的方法去实践应用。上述情况导致了青年教师在授课中课本内容和实际案例的脱节，教学内容和实际流程的衔接较为生硬，难以达到让学生真正理解，学以致用的目的。而且，加重了传统教学模式所带来的问题。

2.教学方法的探讨

针对目前高校对于化学工艺学课程的所遇到的问题，可以采用一些更为先进以及合适的教学方法以及更为完善的培养体系，可以进一步优化我们目前对于化学工艺学课程的教学体系，从而更好地让学生去理解和掌握课程内容，达到学以致用的目的。具体而言分为以下几个方面。

首先，对于化学工艺学课程的教学手段而言，在目前现代技术飞速发展的时代，教学的手段和方法，以及平台得到了很大的拓展和开发。特别是以来，由于教学全部转为线上，进一步刺激了线上教学方法和平台的开发。所以，除了传统的讲授以及PPT之外，还可以通过更多的软件和平台来进行辅助教学，例如：微课，超星学习通等一系列学习平台[1]。

具体而言，在课程的不同阶段可以通过不同的教学方法，例如相关软件和平台的辅助，设置相对应的内容以及任务，从而达到对应的教学目的（如图1），通过多种教学方法的混合运用，更好的完成教学任务。具体而言，在课前，对于课程中将要涉及到的知识点，通过微课或者微视频的形式，提前预习，例如吸放热反应温度和平衡常数间的关系，传热系数等的理解，对于本身基础不扎实，或者知识点印象不深刻的情况下，学生可以提前进行自主学习，在课前先巩固基础知识。因为就目前的教学现状而言，学生通常在理解化学工艺学课程的内容之前，需要去回想之前学过的知识点，这样造成了学生课堂中效率较低，无法及时跟上上课的内容和流程，从而导致学习内容不扎实。所以，通过课前在平台用5～10分钟的时间提前复习知识点的方法，不但可以让化学工艺学课程内容的讲授更为流畅，学生更容易跟上教师的教学节奏，同时，可以保证在课堂中有限的时间内将时间更多的分配到化学工艺学本课程需要去重点讲解的内容上，例如流程的确定，温度和压力的选择等等。

图1 课程教授过程的目的和方法

同时，在课堂上，可以穿插一系列的互动的问题，通过互动的方式[2]，调动学生的学习积极性和热情，同时启发学生可去思考，通过思考解决问题的过程，进一步加深对于化学工艺学知识的理解，达到事倍功半的效果。例如，在氨合成的讲解过程中，通过课前氨对于人类的重要意义，让学生理解课程目的。在课堂中，通过氨合成的反应方程式，让学生思考氮气和氢气的来源，进一步巩固化学工艺学中原材料需要来源广泛，廉价等一系列要求。在探索氢气的来源时，通过引导，引出甲烷制氢气的方法。然后通过相关流程、热力学和动力学的分析，理解流程过程中反应器压力和温度的确定，同时对于反应原料的处理，以及产物的分离提纯步骤的合理设计。

除此之外，在课堂上，可以通过翻转课堂等先进的教学方法，增加小组活动，通过课前给出化学品制备的方程式，让学生以5人左右为小组，进行资料的查阅，通过从原料，反应和分离三个步骤，热力学和动力学等理论分析，设计一个生产流程。然后，让学生展示设计的流程以及生产方法，通过对于自己设计的流程和其他流程以及现有实际流程的对比，分析各个流程的优劣点，提出进一步提升改动意见。这样的方法更有利于学生对于知识的理解以及掌握，更容易明白化学工艺学课程的目标以及实现方法。与此同时，在课后，可以通过超星学习通等平台给学生布置相关的问题和设计，通过一些开放性问题，使得学生在课后对于课堂讲解的内容进行进一步的分析和探讨。例如上述提及的氨合成过程中，如果甲烷制氢过程中带来二氧化碳作为温室气体，面对国家“十四五”提出的“碳达峰”和“碳中和”的要求，需要减排二氧化碳，那我们需要对于流程进行改进和优化，学生可以进一步去查阅资料，设计出满足要求的流程。通过课后的相关问题，可以对课堂的知识点，特别是化学工艺学中流程设计的方法和原则进行进一步的巩固和理解，有助于学生对于化学工艺学整体设计思路和方法的活学活用。

其次，面对化学工艺学课程课时短的问题，可以通过如下几种方式进行优化解决。首先，基于化学工艺学课程本身与实践连接紧密的特点，可以在教学环节中增加实践环节，实践环节主要内容为去相关化工厂进行流程的参观[3]，比如油品的裂解流程，以及甲醇的制备流程等等。实践环节的流程参观可以对应化学工艺学中较为成熟的化学品制备工艺流程，这样学生在字面知识的基础上，通过对于现场流程的观察以及认知，有助于加深对于工艺流程的理解。同时，通过化工工程师对于流程的讲解以及实际操作，让学生加深对于书本知识的理解，从而使得课堂上有限的时间可以进行高效的讲解以及授课。同时，实践实习的安排采取了类似于化工原理课程理论和实践课程相结合的方法，这样的方法实际上给予了化学工艺学课程更多的教学时间，也有助于知识的讲授和学生的理解。其次，结合教学方法的探索，适当的在课前，课中和课后采用一种或多种教学方法进行混合教学的模式[4]，通过实践环节的引入和教学方法的开拓，可以在有限的课堂时间内，对于化学工艺学课程的教学重点和内容进行深入浅出的讲解，不但提高了本身教学的效率，同时也有助于加深学生对于工艺学内容的理解和掌握。

考虑到目前教师队伍中，青年教师的比例逐渐增加，对于化学工艺学这样需要广泛的实践基础以及认识的课程而言，青年教师对于课本知识的理解都很扎实深刻，特别对于热力学和动力学的公式推导和分析，以及流体力学和化学反应工程等理论知识的掌握非常扎实，可以根据设计的要求，进行分析计算，设计满足条件的流程和反应器，但是对于理论和实际之间的衔接较弱，面对开车，停车或者遇到的一些实际故障，不清楚如何解决。这样理论和实践之间的脱节是青年教师需要解决的首要问题。面对这样的问题，可以组织化学工艺学授课的青年教师，进行短期的化工企业实地培训，由富有经验的老教师以及化工厂的工程师带队，去进行实地的考察以及学习，特别是书中出现的部分工艺流程，重点了解实际化工流程存在的问题，改进的方法以及流程的发展，同时，面对国情，了解实际情况下，我们国家对于高附加值化学品生产过程中，原材料的选择以及其对整体流程温度压力的影响，以及对于整体流程能耗以及经济成本的影响等一系列问题的系统学习以及了解，真正的做到了解一个流程和其中设备设计的相关方法，通过实际流程的认知和课本内容相结合，加深自己对于知识的理解。这样也更有助于青年教师本人，对于化学工艺学课程理论和实际的链接，从而在之后授课过程中，进行更有深度的讲解。

3.应用型高校教学特点

应用型高校相比较研究型高校而言，更加注重知识的利用以及与实际流程的结合，换言之，对于知识的理解的深度要求较低，但是更注重学生学以致用的能力。对于化学工艺学课程而言，应用型高校的教学目标更注重如何通过热力学和动力学的分析，去合理的设定反应的温度，根据原料和反应的过程，设计后续分离过程的方法，从而达到对应产物流程的整体合理设计的目的。在课程的讲解过程中，应该更侧重设计的过程，以及对于流程的优化等一些内容。所以需要在化学工艺学课程的教学过程中，更多的侧重于实际流程的设计和理解，以及后续的调控等知识内容的掌握。使得化学工艺学课程的学习可以增强其对于实际流程的设计以及理解，弱化推理和演算的过程。同时，对于应用型大学而言，可以通过更多校企合作的方式，通过企业教师对于行业的理解和丰富的经验，在化学工艺学课程之外，进行一到两次行业相关的讲座活动，一方面让学生更能清楚的认识到现在国内和国际工艺学发展的现状，同时，另一方面让学生了解自己所学的化学工艺学知识的应用，进一步增强学生的学习意愿，加深学生对于知识的理解和学习的效率。

4.结论

本文探讨和分析了目前高校所出现的一些在化学工艺学课程教学方面的现状，面对教学方法单一，教学时间有限，青年教师实践经验缺乏等现状，提出了相对应的解决方法。比如，通过合理应用各种线上教学平台和设备，适当增加学生和青年教师的实践活动以及培训等方法，拓宽了教学的方法，增强了教学的趣味性以及效率，锻炼了学生利用化学工艺学知识处理实际问题的能力，增强了青年教师理论和实践衔接的能力。特别对于应用新高校化学工艺学课程的授课以及目标，作为更面向实际的教学体系，如何进一步完善和提升教学方法，从而达到满足应用型大学独特的化学工艺学教学目的做了清楚的表达。