基于工程认证背景的《化学反应工程》课程教学探索*

徐 英，王晓敏，吴春燕，翁艳英，蒙建成

(1.广西民族师范学院化学与生物工程学院，广西 崇左 532200; 2.广西民族师范学院数理与电子信息工程学院，广西 崇左 532200)

2016年6月，国际工程联盟组织一致通过中国成为《华盛顿协议》第18个正式会员，工程教育国际多边互认和工程师资格国际互认。工程专业认证已成为我国高等工程教育与世界接轨的有效途径[1]。随着我国发起的“一带一路”建设向纵深发展，工程专业认证对于我国工程技术领域与国际接轨具有重要意义[2]。

《华盛顿协议》作为当前最具影响力的国际工程教育本科专业认证互认协议，规定了对工程师专业能力和工程专业毕业生需达到的相关要求，以及评价工程师职业能力和工程专业教育的相关标准规定。教育部发布的《工程教育认证标准(2015)》，提出了12条工程教育本科专业基本的毕业要求[3]。

1 《化学反应工程》课程现状

《化学反应工程》作为化学工程与工艺专业的核心课程之一，兼具较强的专业综合性和工程实践性[4]，课程以质量、动量和热量传递相互作用及化学反应的宏观反应过程为研究对象，并以工程角度分析和设计反应装置，是典型的通过自然科学的原理解释、考察和处理工程实际问题的一门工程学科。它以应用理论和实验研究开展化学工业反应过程的研究，从而进一步进行数学模拟分析，将理论知识结合工程实践经验，应用于化学反应工程分析与设计[5]。课程内容涉及物理化学、化工原理、化工传递过程、化工热力学和化工单元操作等多门课程[6]，要求学生在掌握基本理论的定量分析和设计计算等基础上，具备一定的工程分析、工程思维和解决实际工程问题的能力素养[7]。因此，《化学反应工程》被认为是大学课程中最难学的课程之一，学生学习困难、学习效果差[4]。

综上，基于《化学反应工程》的课程特点，以及工程教育认证相关要求，对课程进行教学改革探索显得非常必要，以适应当前发展要求。

2 教学改革措施

工程教育本科专业毕业生应具备解决实际工程问题的能力。《工程教育认证标准(2015)》对工程师专业能力和工程专业毕业生需要达到的专业和素质，如工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、现代工具的使用、工程师和社会、环境与可持续发展、伦理、个人和团队工作、沟通、项目管理和财务、终身学习等方面提出12条培养要求[8]。

在《化学反应工程》课程教学过程中，对照《工程教育认证标准(2015)》提出的学生毕业要求达成度，有意识地培养学生的工程分析和工程设计等能力。

2.1 改革教学方法，突出工程实践教育

1)对照工程认证第1条要求，加强学生对工程原理和工程专业知识的掌握。

引导学生探索化学计量学、化学反应速率，进而探寻化学反应机理和动力学等相关知识，从而为设计和操作工业反应器奠定扎实的专业理论基础；掌握化学反应在不同尺度上的物料传递、动量传递和热量传递的计算和求解；通过对工业反应器分类、特点、加料方式和实用范围的学习，使学生了解反应器类型的选择和组合方式，掌握工业反应器相关指标的评价和优化方法。

2)对照工程认证第2条要求，培养学生在学习课程知识的同时进行复杂工程问题分析的能力。

在课程教学过程中引导学生掌握热物性，如比热CV、反应热ΔH、平衡常数K、黏度μ等化学热力学等的计算；熟悉反应机理，如速率方程、基元反应、传质与反应的控制步骤、活化能等相关化学动力学方面的工程理论和计算；通过对工程因素的分析，如返混、内扩散和外扩散等，使学生明确温度和浓度对化学反应和反应器中流体物料的影响；通过对不同反应器的学习，使学生了解和掌握不同工业反应器适用的化学反应范围，培养学生运用专业知识解决实际问题的工程思维能力。

3)对照工程认证第3条要求，课程教学过程注重培养学生进行实验设计、操作，以及对数据综合分析和处理能力。

例如，学生通过实验方案设计，在实验中对反应器中物料的停留时间进行测定，在数据分析和处理中确定反应器中流体的返混程度；进行实验数据分析，明确内外扩散对反应影响程度等，了解整个反应历程，从而理解并掌握化学反应的动力学特征并建立相关动力学模型方程等，从多方面培养学生对于课程专业知识的实验设计以及处理数据、分析数据的能力。

4)对照工程认证第4条要求，培养学生运用基于文献研究的知识，开展复杂问题调查研究的能力。

在固定床气-液相催化反应工程章节的学习过程中，要求学生通过查阅文献，了解该类型反应器的发展现状和发展趋势，讨论催化反应过程的一些新研究方向和实例，并根据文献结果，提交1篇相关综述报告。

5)对照工程认证第9条要求，培养学生个人和团队协助能力。

如在讲授气液固三相反应工程时，将班级学生分成4组，通过查阅资料分别对三相反应器，如三相滴流反应器、机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器、鼓泡淤浆床反应器和气-液并流向上三相流化床反应器，进行反应器特点、适用范围及目前发展现状和进展总结归纳，突出学生主体地位，各组讲解完后同学互相提问，使其深入理解课程知识点，也培养了学生个人和团队协助能力。

2.2 优化教学内容，重视工程知识

化学工程与工艺专业需要培养专业基础厚、专业技术宽、专业能力强、专业素质高，具有工程创新精神的化工类专业人才，因此，采用朱炳辰主编的《化学反应工程》(第三版)为主讲教材，以气-液、气-固和液-固等多相反应及反应器为主线，便于学生认知多相反应器，为解决工程问题奠定理论基础。该教材内容章节层次分明，易于学生理解。以李少芬主编的《反应工程》(第三版)为补充教材，穿插聚合反应工程、生化反应工程、电化学反应工程等领域的教学知识，拓展学生的课程知识[9]。

根据教学经验，结合教学内容，除教材外，利用视听演示、多媒体演示、学习通和慕课等开放教育资源，紧跟学科前沿，优化和丰富教学内容，拓宽学生的知识面。将课程的教学内容划分为三部分，首先是引言部分，在该部分的课堂教学中，以当地企业产品为例，从产品引入反应流程的讨论，进而引导探讨相关反应器和物料的特点，让学生了解《化学反应工程》的课程任务、应用方法和研究对象，认识到课程在实际生产中的重要性，从而提高学生对于课程的学习积极性；第二部分教学内容选取化学反应工程、化学反应动力学、反应过程传热传质、反应器热稳定性等基本原理和理论，授课时，对于反应结果的工程因素影响加以重点强调，促进学生对于化学反应器和化学反应过程等方面的专业理论知识的掌握；第三部分教学重点内容选择化学反应器设计及其数学模型和化学反应器内传递过程的影响等，这部分以工程分析为主，比较晦涩难懂，故利用网络资源等教育资源，利用智慧课堂教学工具，寻找间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器等的工程应用实例；利用不同类型反应器内部流体物料流动的动画资料，使学生了解反应器类型、特点及其设计和整合优化，深入了解反应器类型和反应器内部物料传递对于特定化学反应的放大效应。

此外，根据新工程教育认证建设的要求，将超临界反应工程、生化反应工程、聚合反应工程、微反应工程、电化学反应工程、新材料合成反应工程、环境反应工程、超重力反应工程等科技前沿动态融入课程教学过程中；结合课程特点，将科研成果嵌入教学过程，丰富和优化教学内容，拓展学生的课程知识，提升课程教学的深度和质量[10]。

2.3 加强课程见习，培养工程实践能力

工程教育认证要求高校对学生工程设计、工艺研发和解决工程技术问题的能力培养。在《化学反应工程》授课过程中，将知识点与工程实例有效结合，重点培养学生通过专业基础知识分析和解决化工企业生产中的工程实际问题的能力。比如，在化学反应器类型、特点和物料流动及传递对于反应转化率影响的内容教学时，通过全混流和平推流反应器举例，假设平推流反应器进行某一个等温一级反应时反应器转化率是0.9，将其中的反应器类型更换为相同体积的全混流反应器时，保持其他操作条件完全相同的状况，让学生计算并讨论反应器出口的转化率，并综合比较两种反应器的生产能力和生产效率，从而使学生了解不同的反应器特点。

另外，通过让学生去相关企业见习，使学生对教材上设计的相关反应器和工艺具备直观的认识。如课程讲授到第五章固定床气-固催化反应过程时，带领学生去当地华林松香企业见习，了解了松香氢化车间的固定床气-固催化反应，不仅更加牢固地掌握了这类反应器的特点，即催化剂位于反应器底部，气体从反应器底部进入反应器与反应物料进行反应，提高了学生对课程的学习兴趣，训练学生将课程理论知识与生产实际有机结合，重点培养学生将工程思维贯穿于工艺流程设计、工艺装备研发和使用等全过程以解决工程实际技术问题的能力。

2.4 完善考核方式，注重体现工程素质

课程教学考核是检验学生对专业知识掌握和考察是否具备工程应用能力的直接手段，也是检验当前教学成果以及提高后续教学质量的一个重要环节[11]。目前，一些高校已经摒弃了单纯以期末考试去评判学生学习情况的考核方式，尝试采用跟踪考核体系进行综合性考核[12]。为了综合考察和体现学生在学习《化学反应工程》课程中的专业理论和工程素质与能力，我们对课程考核方式进行了探索。在期末考试的基础上，还增加了翻转课堂、课程知识相关前沿专题论文、见习报告、问题导向法和分组汇报表现等方面贯穿于整个学习过程中。在考察学生对所学理论知识掌握程度的基础上，尽可能侧重专业知识的理解能力的考核，重点加强学生通过所学专业基础理论知识应用于工程实际问题的分析与解决能力的考核。同时考核学生专业基础理论知识的掌握程度和所具备的分析解决工程实际问题等综合能力。

3 结语

随着我国高等工程教育的发展，以及我国发起的“一带一路”建设向纵深发展，工程专业认证对我国工程技术专业人才与国际接轨发挥着越来越重要的现实意义。《化学反应工程》作为化工类专业的一门专业核心课程，课程的工程特点使其备受重视。突破现有教学模式，通过突出工程实践教育、优化教学内容、加强课程见习实践和改善考核方式等方法，提高了课程教学效果，让学生不仅学习到了课程理论基础知识，更培养了其工程知识和工程素质。