《化工过程分析与合成》课程教学中的几点体会

【摘 要】《化工过程的分析与合成》课程是国内外化学工程与工艺专业学生的主干课程之一，是一门综合性和应用性很强的专业基础课程，因而提高《化工过程分析与合成》课程的教学质量和效果对化学工程与工艺专业的学生的培养至关重要。文章针对目前《化工过程分析与合成》课程的教学特点和现状，结合作者自身的一些教学实践体会，讨论了从课程内容、学习评价、课程思政及教学手段等方面提高课程教学质量并调动学生学习积极性的措施。

【关键词】化工过程分析与合成;教学;体会

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】

《化工过程的分析与合成》课程是国内外高等学校针对化学工程与工艺学生开设的一门专业基础课程。该课程需要一定的高等数学、物理化学、化工原理、化学反应工程、分离工程和化工工艺学等课程的基础知识，是一门综合性和应用性很强的主干课程。由于涉及大量学科交叉知识，教学难度较大。在传统的以教材为主导的教学模式中，教师通常先讲授课程需要的数学和化工预备知识，然后讲授单元设备模型的建立，最后逐渐过渡到包含多个单元设备的流程分析、合成及优化。这种教学模式虽然条理性强，但由于教学内容枯燥、教学模式单一，导致不能很好地调动学生的积极性，进而教学质量和教学效果不能得到很好的保证。而且，在有限的课时内，理论知识讲授偏多，对于应用性较强的课程来说也会导致实践性环节不足。所以为提高课程教学质量并调动学生学习积极性，我们需要对本课程进行课程建设，以培养专业素质高、实践能力强的新型化工人才[1-3]。

1 课程体系内容改革

为提升教学效果，我们尝试教学内容进行改革，将化工过程系统的稳态模拟、化工过程系统的动态模拟、换热网络合成、分离序列综合、过程系统优化五部分内容都按照“基本理论＋工程案例”两个环节进行设置。“基本理论”环节将课本内容进行重点讲解，但同时将讲授学时进行压缩。“工程案例”环节采取从实际工业化生产中提取的方式[4]，以工业需求为背景，然后把课程知识与所用到的交叉学科知识都贯穿在案例中，引导学生与老师共同从研究工程实际问题的角度进行探讨、互动，实现多学科知识融会贯通[5，6]，同时培养学生运用系统工程的观点和方法研究化工过程系统模拟、分析、优化和合成的基本能力，达到本课程的教学目的。为使两个环节都达到最佳的教学效果，教师和学生都需要课前、课中和课后投入时间和精力。首先教师课前需要对每节课进行知识目标分析和知识网络构建以便于课上可以有计划、有目标的进行基础知识教学，同时需要基于课程目标和知识网络进行案例收集，之后形成教学资源；随后教师课前将基础教学资源推出给学生，并进行预习任务布置，学生需要课前明确学习任务，依据教师给的资源进行课前自学；之后在课堂教学中，教师需要根据每节课的案例进行综合分析，学生则需分组讨论，保证课堂内容得到很好的理解、消化和吸收；最后教师需要对课堂案例及教学内容进行分析总结，同时通过作业和课堂测试进行定量评价。

通过课程体系内容改革丰富课程资源；通过学生课前自学，培养学生独立探索未知的精神；通过课堂讲授内化知识，强化重点知识和概念理解；通过课后作业及总结帮助学生查缺补漏。

课前学情分析助力教学内容设计。化工过程的分析与合成》是一门综合性课程，内容涉及到很多其他课程所学习的知识。根据培养计划的设定，很多课程是大二所学，而本门课程基本都是安排在大四第二学期，这样设置的初衷是想使学生充分了解相关基础知识之后，再开始综合性课程的学习，这样带来学生对所学过久的知识遗忘的现象。因而，为了使学生学习过程中更加从容和提升教学效果，我们一般会对与本门课程密切相关的知识点进行梳理，再逐步加深到本课程的知识。例如，在进行序贯模块法的学习时，对于《化工过程的分析与合成》课程来说，研究对象针对的是化工过程或过程系统，而单元操作在本课程中可以简单的理解为一个黑箱子，对于其内部结构和内部规律可不予理会，只需要着眼于由这样一个又一个单元操作拼接在一起形成的过程系统，我们会直接把它当成一个小模块来进行处理。但是，如果课程上来就这么讲述将会增加学生理解难度，此外，单元操作是《化工原理》课程详细学习过的内容，然而，对于单元操作的建模过程涉及较少，因为课堂上我们对单元操作的建模过程需要做详细讲解，从而使学生很自然的过渡到化工系统的学习中来。因而通过课前学情分析和合理的教学设计，我们能够很好的掌握课堂上每个知识点的讲解，使教学效果提升。

此外，广西大学化学化工学院《化工过程的分析与合成》课程建设拥有一支富有活力、高素质、充满干劲且积极向上的教学团队，现有教授1人，副教授2人，讲师1人。一流的师资队伍是课程建设的强有力支撑。此外，本课程建设依托的广西大学化学工程与技术专业属于国家“双一流”建设学科群，具有良好的建设平台。

2 多维度学习评价及反馈

基于知识传授、能力培养和价值塑造“三位一体”的人才培养模式[7-9]，课程采用多维度评价体系，基本过程包括：

①《化工过程分析与合成》课程教学目标的确定

通过对广西大学化学化工学院化学工程与工艺专业的人才培养目标的梳理和基于产出导向（OBE）的工程能力毕业要求，本课程的教学目标分别对应了毕业能力要求中工程知识、设计/开发解决方案和项目管理能力。主要包含三个目标，首先是知识目标，要求掌握化工过程分析和合成的基本概念和基本内容，掌握化工过程系统模拟与分析的基本原理和方法。其次是能力目标，要求能运用数学、自然科学和工程科学的基本原理对给定的化工过程系统进行结构优化设计。最后是思政与素质目标，要求能够在化工系统设计过程中，综合考虑投资和收益之间的权衡，设计具有全局最优的流程方案。培养学生作为化工人的责任与使命，将工程师价值观寓于实践之中。

②《化工过程分析与合成》多维度评价过程

针对本课程的教学目标和相关教学活动，本课程主要通过课前预习、课堂测试、课堂互动讨论、课后作业、期末闭卷考试等形式，对学习效果进行全方位评价。

③《化工过程分析与合成》多维度评价效果评估

针对课程目标达成评价，我们对课程学习过程中的教学活动赋予一定的权重来评价课程目标达成情况，课程总评成绩由平时成绩和期末考试成绩组成，课程总评成绩=平时成绩*40%+期末考试成绩*60%，其中平时成绩=课堂考勤0.1+课堂测试*0.3+课后作业*0.6。通过计算学生个体成绩，判断其相关能力是否达成预期目标。

④《化工过程分析与合成》多维度评价的反馈机制与持续改进

课程目标达成度评价包括课程分目标达成度评价和课程总目标达成度评价，具体计算方法如下：课程目标评价值低于0.6的，需要对得分较低的学生进行警示，并通过辅导和答疑等途径，对学生的学习和课程目标达成进行重新评估和考核，直到达到标准要求。

3 课程思政融入教学助力全方位人才培养

基于本课程的思政教学目标，即培养学生作为化工人的责任与使命，将工程师价值观寓于实践之中，《化工过程的分析与合成》课程坚持立德树人与育人育才有机结合，显性教育与隐性教育相统一，将课程思政以潜移默化的形式融入到《化工过程的分析与合成》课程的教学内容中，积极引导学生树立正确的国家观、民族观、历史观、文化观，从而为社会培养更多德智体美劳全面发展的人才。主要从以几个方面开展：

①树立文化自信。

在《化工过程的分析与合成》课程中，在分离序列综合章节，讲到分离技术时，引入最悠久的分离技术——中国的海水制盐，提升学生的学习兴趣，激发文化自信；在讲解序贯模块法时，以乙醇发酵为例讲解，通过发酵法制备乙醇引出能源问题及整个世界的环境问题，同时分析发酵法制备乙醇对中国农业发展的利处；在讲解分离序列综合的方法时，介绍北京化工大学施宝昌教授提出的相对费用函数法以及该方法对化工过程系统发展带来的贡献，培养学生的民族自豪感。

②培养探索求知的精神

在讲授单纯形法时，介绍单纯形法的诞生历程，丹齐克通过在研究中通过“加工”和“挖掘共性”而提出了线性规划的重要理论，通过分析和观察很多类似特征的现象，去探索这些现象背后的本质和规律，进而培养学生的探索求知精神。

③培养工程伦理意识

在换热网络合成章节中，课堂上为同学们介绍一些利用换热网络设计进行老厂改造的案例，设计能量更优的方案，以提高经济效益。与此同时，进行生产过程的优化集成时，废物再利用与资源化，从而降低了成本与消耗，减少废弃物的排放和毒性，减少产品全生命周期对环境的不良影响，即逐步实现绿色化工。课堂上与学生讨论绿色化工及相关政策，让学生思考专业课知识点，更深入思考着作为一个化工人的责任与使命，将工程师价值观和工程伦理教育寓于实践之中。

4 多样化教学提高学生学习热情

《化工过程的分析与合成》是一门工程实践性很强的课程[10，11]，涉及大量优化理论、软件模拟理论和计算公式，为了生动的讲解这些内容，采用多样性的辅助教学手段非常重要。我们通过制作课件PPT、黑板板书和一些商业软件的讲解视频用以辅助教学。此外，关于一些优化算法的学习，我们在课堂讲解完理论知识之后，再进行课堂模拟，让学生深切体会到模拟算法的魅力。例如，在讲解求解线性规划问题的单纯形法时，我们首先进行单纯形法的基础理论介绍，随后以一个具体的实例进行黑板板书，详细介绍这种算法的求解过程，最后通过Excel中三维线性迭代进行计算，因为此种方法对应的模型就是单纯形法，通过实际操作让学生看到采用计算机比手工计算快的多。通过这种方式告诉学生由于优化方法所涉及的数学问题较为复杂，且难度较大，为了避免使学生过多的陷入到优化过程的数学细节，而忽略对过程系统本质的关注，希望大家在学习的过程中，要抓住优化方法的思想。因此，计算机这一辅助工具，尤其是常用的Excel软件可以发挥较大的用处。希望大家在后面遇到问题时优先选择软件来解决。正是由于这些软件包的存在，使我们可以淡化对优化问题的求解的数学细节。那么在学习本门课程中更多的关注于它的基本原理和思路，更多的关注于优化技术本身在化工过程系统中的应用问题。

除此之外，我们上课过程中充分利用网络和多媒体资源，与课堂教学同步，丰富教学资源，加大课程信息量。如选择使用雨课堂、微助教等新型教学工具进行课堂抢答、课堂测验等，使课堂教学更加灵活，这也极大的提高了学生的学习兴趣。

5 结论与展望

《化工过程的分析与合成》课程从2020年首次在广西大学化学化工学院化学工程与工艺专业开设，是化学工程与工艺创培班专业核心课程及普通本科专业学生的一门专业选修课，根据学院人才培养目标及培养方案，以学生为中心，以新工科人才培养为目的，总结了近三年来作者根据上课经验对该课程的一些心得体会。通过课程内容体系改革、“基本理论＋工程案例”的授课模式、学情分析助力教学设计、多维度评价体系保证教学效果持续提升、课程思政融入课堂保证全方位人才培养和多样化教学提升学习激情等手段，最终多方面协作提升教学质量，这些方法也可以推广到应用性较强的其他理论课程中去。

【参考文献】

[1]邓人杰，兰东辉，邓继勇，“卓越计划2.0”背景下“化工过程分析与合成”课程教学设计探讨，广东化工，2020，47（21）：158+169.

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[10]张恒，王婷婷，丁养军.以工程实践能力培养为目标的化工过程分析与合成教学改革实践[J].化工高等教育，2017，34（04）：77-80.

[11]黎小辉，牛梦龙，丁亮，等.专业认证背景下化工过程分析与合成课程针对复杂工程问题的教学设计、构建及实施[J].化工高等教育，2019，36（04）：48-52.

资助项目：广西大学2023年优质课程倍增计划项目的资助（YZKC2023047）；2024年广西大学校级本科教学改革工程项目

作者简介：王艳丽（1989—），女，山东聊城人，博士，副教授，从事化工过程的分析与合成的教学工作。