新工科视角下应用型本科高校化学反应工程教学探索*

张峻炜，王保玉，王少鹏，付长亮，郭 林，郑丽萍，王宇飞

(郑州工程技术学院化工食品学院，河南省优秀基层教学组织，河南 郑州 450044)

我国是工业制造大国，对工科人才有大量的需求。然而，目前我国高校工科专业教育存在培养目标定位不够清晰、重理论、轻实践等问题，工科毕业生的综合素质不能很好的满足社会需求，在这样的背景下，教育部启动了新工科研究与实践。新工科倡导重实践，将理论课程导入实践课堂，不断完善课程体系和教学要求，新工科建设科技人才的综合素质提出了更高要求[1]。化工专业作为传统的工科专业，为社会的发展做出了突出的贡献，在以后较长一个时期内，化工将继续为人类的进步提供支撑，探索化工专业新的教学方式，以更好的适应社会对化工人才的需要是尤为重要的。而专业课教学是工科人才培养的关键，因此探索化工专业课的教学新方法，以满足新工科人才培养的需要，是十分紧迫的任务。应用型本科是为了满足中国经济社会发展，对高层次应用型人才需要，课程教学应紧密联系社会经济及产业技术的新发展，整合教学内容，注重培养学生的实践能力与创新能力。本文以化工专业核心课程化学反应工程为例，以期对应用型本科高校培养适应于新工科要求的、具备国际竞争力的高素质化工人才进行探索。

1 化学反应工程在化学工业中的地位

化学反应工程知识是将化学科研成果转化为工业产品的重要工具，在整个化工知识体系中占有十分重要的位置。反应工程课程的主要内容为反应动力学和反应器设计与优化，是化工行业工程放大、工艺设计、工艺优化的基础，是化工专业的学生必备的专业知识。

工程放大要以反应动力学为基础，完成从小试反应器到工业反应器的逐级放大，以满足生产的需要。工艺设计中，化学反应工程知识是反应器类型选取、反应器体积确定等关键步骤的基础。在工艺优化中，化学反应工程知识是至关重要的。比如精细化工生产多以反应釜作为反应器，采用单釜往往能使操作较为简单，但是要满足生产需要，如果单釜体积过大，物质传递、热量传递可能不充分；再者，大体积反应釜的制造也较为困难。采用多个体积较小间歇反应釜并联可满足生产的需要，但是操作较为繁琐。而某些适合在较低浓度下进行的化学反应可采用反应釜串联进行连续生产，大大简化了反应器的辅助操作并有利于产品质量的稳定。但不是所有的反应都适合于采用反应釜的串联进行生产，因此要进行工艺的优化，必须具备相关的反应工程知识，这就要求工艺优化实施者具有一定的反应工程理论基础与实践经验。

2 应用型本科高校化学反应工程教学存在的问题

应用型本科教育的特殊性，决定了其教学方式即有别于普通本科教育又有别于高职高专教育，教学内容既要有一定理论深度，又要注重实践能力的培养。然而，由于我国应用型本科教育发展时间还不够长，教育教学方式还不够完善，课程教学仍存在很多问题。应用型本科高校化学反应工程课程教学存在重理论轻实践、师资队伍建设不平衡、课程体系不完善等诸多方面的问题，以下几方面表现得较为突出。

2.1 教学过程重理论轻实践

首先，应用型本科高校多采用双一流高校出版的教材及课程体系，化学反应工程课程内容理论性强，对数学、物理等基础知识要求较高[2]。但是很多应用型本科高校学生数学等基础知识不够扎实，学习理论性强、模型抽象、推导过程复杂的内容感觉比较吃力。学生对化学反应工程知识难以消化吸收、学习积极性差[3]，以致引发对化学反应工程课程学习不自信，从而导致厌学情绪的产生，如此恶性循环，慢慢对化学反应工程的学习失去兴趣，造成了应用型本科高校很多学生化学反应工程知识掌握的不牢，难以学以致用。

再者，由于化学反应工程实验一般耗时较长、实验难度较大，对设备的要求较高。有的还牵涉到高温高压实验，有一定的安全隐患，本着对学生安全负责的态度，一些实验未能开展，从而造成化学反应工程实验课开课率较低或课时量较少，且已开设的实验以验证性内容为主，对学生的工程实践能力的培养存在很大不足。

2.2 实践教学设备不足

应用型本科高校来源主要有两部分，一部分是高职高专院校升格，一部分是普通高校转型。由于化学反应工程课程难度较大，多数的高职高专院校在升格前对化学反应工程教学重视不足，甚至很多学校没有开设反应工程理论课与实践课。传统的普通高校也多重视理论教学，在转型之前对反应工程实践课程重视不够。因此，应用型本科高校化学反应工程实践教学设备存在不同程度的短缺现象和老化现象，实践教学设备严重不足，直接影响实践教学的开展。

2.3 教学内容与行业企业需求脱节严重

随着科技的发展，特别是智能技术的进步，工艺设计、工业生产也发生着巨大的变化。工艺设计已不是传统的手工计算、手工绘图，计算机技术在设计中的应用越来越广泛。在工业生产中，从化工仪表到智能控制，都在发生着重大的变化。在以后新建的工厂中，科技含量会越来越高，对从业人员的科学素养与技术水平的要求也会越来越高。传统的教学内容不能紧跟技术发展步伐，一些教学内容较为陈旧，甚至是十几年前甚至几十年前的技术，与现在的企业需求明显脱节[4]，导致企业对应用型本科毕业生综合素养的认可度不高，直接影响应用型本科高校的发展。

2.4 教学评价方式单一

教学评价是教学活动的重要组成部分，是促进学生学习的重要手段。根据对20余所应用型本科高校的调查，现有的化学反应工程课程评价体系，沿用综合性本科院校的评价方式，多以期末考试成绩为主，以课堂表现、作业情况等过程性评价为辅助手段。由于化学反应工程课程难度较大，期末考试考察内容又以理论性的内容为主，题目中包含大量的理论分析与数学计算，对学生的实践能力的考察较为片面甚至是缺失，造成了在很多应用型本科高校，化学反应工程课程的不及格率较高。在对学生评价过程中，未能充分结合学情，建立符合应用型本科高校的特点的课程评价体系。

2.5 学生学习积极性不高

化学反应工程课程一般在第三学年开设，目前很多本科学生考研积极性高涨，在第三学年投入大量精力进行考研科目的学习，而大多数的高校在研究生招生中初试不考化学反应工程，此外，部分化学工程与工艺专业的学生在研究生考试中选择理科，因此，部分学生对化学反应工程课程学习的重要性认识不足，学习时间投入较少，学习的积极性不高，从而导致学习效果不理想。

3 应用型本科高校化学反应工程教学改革思考

3.1 注重实践，基于工程教育的新理念，构建实践教学新策略

工程思维、工程实践能力是工科人才培养的关键。但是传统的工科本科实践教学多以验证性实验为载体，教师讲解实验原理与实验步骤，学生甚至在没有良好预习的基础上进行实验操作，完成实验报告，这种教学模式不能真正体现工程实践性。新的工程教育理念，是要培养学生工程基础知识、创新能力、团队协作精神及工程系统能力，要使学生能在理论知识的指导下完成不同层次要求的实践教学。教学内容宜根据学生的认知特点由浅入深，基础性实验、设计性实践、研究开发性试验层层递进，让学生主动参与，真正实现课堂以学生为主体。以工程教育的新理念，切实培养学生工程思维与工程实践能力。

3.2 加强实验室建设，完善硬件设施

实验实训设备是实践教学的基本保障，在国家重视应用型人才培养的大背景下，为了培养更多的综合素质强的大国工匠，应用型本科高校应承担起时代使命。实践教学设备的完善是实践教学开展的基本保障，因此加强实验室建设，完善实验设备与实验设施是学校发展的需要，是提高应用型人才培养水平的必由之路。

传统的化学反应工程实验设备以小型化的装置为主，而应用型本科高校可以建设中试级别的综合性实训装置，这既能增强学生对工业生产的认识，又能培养学生工程化的概念，能让学生认识到实验室小试与中试的区别，更能体现应用型本科的特点。

3.3 开展行业企业调研，教学内容紧扣实际应用

为了更好地实现应用型本科人才的培养目标，使毕业生能胜任工作岗位，应注重对行业企业的调研，使教学内容与工作实际需求无缝对接。

对生产企业进行调研，分别了解大化工企业与精细化工企业生产过程中与技术改造过程中所需要的反应工程知识，有针对性的设计教学内容与实际应用需求相契合。比如，对医药研发企业进行调研，了解小试、放大等环节所运用反应工程知识。工程放大过程中需要反应动力学作为基础，反应动力学方程的拟合可以采用传统的数据处理方法，也可以采用计算机进行拟合，而在实际应用中企业倾向于采用什么方式进行数据处理，应作为重点内容进行教学。对设计单位进行调研，了解工艺设计与反应器设计对反应工程知识的广度与深度的要求，了解反应器设计所使用的软件及对软件操作所需要的基础知识，有针对性的设计教学内容与教学方式。教学内容与实际应用无缝对接，突出应用性。对于理论性强、对数理等知识要求较高的知识点，可以简化讲解，或者让学有余力的同学课下自学，即有利于大多数同学掌握应用型的知识与技能，又有利于满足个别学生的个性化需求。

3.4 完善评价体系，注重学以致用

反应器的设计与操作是化学反应工程课程要解决的工程问题，团队协作能力也是工程教育的重要内容，因此可以探索以团队合作来解决实际问题的方式作为对学生考核的手段，改变考核方式对化学反应工程的学习有一定的促进作用[5]。在具体操作中，可以与设计院或化工企业联合育人，以工程实践中反应器的设计、反应器操作或有关反应器的工艺优化为背景，在教师和工程师的联合指导下，分小组完成特定的任务，综合考查学生的基础知识以及知识的运用能力，真正实现学以致用。在这样的评价体系下，既能提高学生解决实际问题的能力，又能实现学生的综合能力与企业的实际需求相适应，实现以评促教、以评促学的目的，从而培养合格的高素质应用型人才。

3.5 注重课程思政，激发学习兴趣

化学反应工程课程内容难度大且较为枯燥，采用适合的方式激发学生学习兴趣对教学效果的提升具有重要的作用，挖掘课程的思政元素，提升学生做为化工人的自豪感与使命感；向学生展示化工工程师对社会做出的突出贡献，以及社会对化工工程师的认可与回报，激发学生学习化工专业的热情应成为教学的重要环节。比如将关系到国计民生的粮食安全、医药生产、以及与国计民生联系紧密的新材料制造与课程内容相联系，以实际的例子说明化工的重要性，说明化学反应工程的重要性，使学生真正热爱化工专业，热爱化学反应工程课程，使学生从心底愿意学习化学反应工程课程，能对促进课程教学起到事半功倍的作用。

4 结 语

在新工科建设的要求下，培养满足用人单位需要的高素质新工科人才是对教育的要求，作为应用型本科高校，培养综合能力强的新工科人才是时代赋予的崇高使命，化学反应工程作为化工专业的核心课程，对培养高素质的化工人才具有重要的作用，认真分析应用型本科高校化工专业化学反应工程课程教学存在的问题，直面问题从而解决问题，探索具有应用型本科高校特点的化学反应工程课程教学新策略是十分必要的。