《分离工程》教学改革初探

吴宇琼

（江汉大学 化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056）

《分离工程》是化学工程与工艺及相近化工类专业的一门专业必修课。分离在化学、石油、冶金、食品、轻工、医药、生化和原子能等工业领域都被广泛应用，尤其是石油化工生产过程，分离装置的费用占总投资的50%～90%［1］。当前，高等教育应注重培养学生以不变应万变的能力，具有专业特有的思维方式，教会学生能够像专业职业者思考问题。笔者结合课程特色和学生自身特点，对《分离工程》课程进行了教学改革的初步探讨。

1 课堂教学

1.1 采用计算机辅助教学

以往教学课件多以文字为主，制作形式枯燥乏味，不能生动表达分离过程及作用原理，也不能很好地调动学生的听课积极性。教学改革过程中，笔者在现有课件的基础上，配以自制或网上下载了大量工厂视频录像、关键设备的Flash动画演示（如图1所示）、图片、音频等素材，制作出CAI课件。本课件包括大量分离设备的基本结构、作用原理；气液、液液间的相互作用过程和各种操作状态，采用计算机多媒体技术的活动视频、二维和三维动画、图像等方式来表达，在课堂上给学生以很强的实物感，增加了课堂的信息量，形象、逼真地重现了分离工程设备中的操作现象和内部结构，使课堂内容既丰富又生动，大大增强了学生们对抽象事物与过程的理解与感受。

图1 自制电渗析法淡化海水的Flash动画

由于视觉是一种处于优势的“信息接收器”，通常情况下，大脑对视觉输入的信息吸收率最高可达80%［2］。因此，教学除采用CAI课件为主外，需再辅以板书。本着多看有助于学生理解和记忆的原则，重点、难点内容适时地借以板书，利于师生之间的直接交流，便于控制教学节奏，使学生能跟上教师的教学思路；教学内容的重现力强，随写随看，并可长时间保留在黑板上以示强调；还可灵活删减，利于发挥教师在教学过程中突发的灵感。

1.2 紧跟分离动态，调整教学内容

本课程选用刘家琪主编的面向21世纪教材——《分离过程》，根据以往的教学大纲，只重点讲解了与多组分精馏及多组分吸收相关的章节，知识结构有待拓宽。

为了紧跟分离技术发展动态，拓宽基础，强化能力培养，体现创新精神，在教学内容上重新作了调整，注重基础性与先进性、经典与现代等方面的衔接，以应用为目的进行理论教学，精简理论推导和理论验证内容，用直观形象化的解释直接给出公式。同时在理论教学中及时增加先进、合理、经过实践检验且有充分依据的新内容及最新分离动态，比如新型的绿色化工分离技术：膜分离、超临界萃取、等离子体技术等。这样可以开拓学生视野，使之及时把握化工相关学科领域的最新发展方向和前沿，为开拓专业思维、加强对分离工程发展的认知提供帮助。教学内容调整前后的讲授章节学时比较见表1。

表1 教学内容调整前后讲授章节学时的比较 /学时

1.3 采用引导式、案例式、探讨式等教学方式

过去的《分离工程》的教学方式是以教师为中心，教师优先占有教育资源，主导着教学的全过程。从教学形式到教学内容的选择，学生始终处于被动地位，无法培养学习的自主性，再加之师道尊严的权威和约束，更难以形成教学过程中师生之间的平等交流、沟通、协商、对话［3］。教学质量是高等教育发展的核心，一套切合实际、适应时代发展需求、科学完善的教学质量体系对于激励教师努力教学起到了重要作用［4］。

信息背景下的课堂教学更加重视学生的作用、强调学生与教师的互动，强调学生能力的提升，强调教学设计与教学反馈。教学过程中，通过提问和逐步启发的方式将课程内容逐渐展示给学生，使课堂教学从传统的单向传授变为双向共同的活动过程，如图2所示。在课堂上鼓励学生畅所欲言，注重课堂气氛的调节，学生在讨论中可以学到许多知识，同时也强化了学生的主观能动性。为使学生更容易理解所学的知识，针对一些较繁杂的概念，采用案例式教学可以达到事半功倍的效果。比如在讲述“共沸精馏”时，通过甲酸—水共沸精馏案例理解什么是正、负系统？如何通过共沸点判断正、负系统？等等，使学生在了解具体实验案例的过程中掌握学习的知识点，避免了死记硬背的学习方式。

图2 一张教学内容引入的PPT课件

为增强学生的动手能力，提升学生分析问题、解决问题的能力，采用让学生充分参与的探讨式教学方式。全班分成若干小组，模拟研究小组运行，围绕某一问题开展教学，具体流程由5个环节构成，即小组分工、问题设计、自主学习与探究、小组汇报和学习评价（见图3）。比如讲解新型分离技术时，教师给出几个小专题，若干研究小组去查阅、分析、消化资料，并把相关观点总结成科技论文，进行课堂讨论，最后老师归纳总结。这样就避免了学生上课易疲劳，课堂教学效果差、满堂灌的教学现象。同时，对讨论过程和撰写的科技论文进行评分，计入课程总评成绩。这样既增强了学生参与课程学习的积极性和主动性，还扩充了学生的知识面，提高了学生学习的兴趣，进一步活跃了学生的思维，促进了学生创新能力的培养。

图3 学生实践教学模式

为了让学生学以致用，并为后续开设的化工工艺课程设计及毕业设计等课程打下基础，结合实际工艺给出关于分离工艺部分的课程设计专题，让研究小组内部自主学习和探究，引导学生充分利用信息资源，运用自行建构知识体系去解决现实问题，完成课程设计说明书，成绩计入总评成绩。这样不仅提升了学生的工程意识，同时也锻炼了他们的团队协调、合作、创新能力。

2 实验教学

以往分离工程的实验教学是上机实验，即采用计算机语言编程计算求解泡、露点及塔板。因此，学生计算机语言学的好坏直接影响到分离上机实验完成情况。本来计算机语言应该是分离上机实验的辅助工具，现在却由于学生计算机语言掌握不好，成了分离上机实验的障碍，导致分离工程上机实验达不到预期的实验目的。

目前国际上有代表性且应用较好的化工流程模拟软件有 Aspen Plus、PROII和HYSYS［5］。其中Aspen Plus是一款功能强大的动态模拟、化工设计及各类计算的软件，被广泛应用于化工、石油工业等领域，在过程开发、设计及老厂改造中发挥着重要的作用。鉴于Aspen Plus化工流程模拟软件的功能和特点，将其引入《分离工程》课程及实验教学中。采用演示视频文件学习、模拟典型实例等方法（见图4），使学生能快速掌握和运用Aspen Plus化工模拟软件，并借此解决化工分离工程的一些基本问题。Aspen Plus应用于《分离工程》课程及实验教学，明显提高了学生的学习兴趣，加深了其对课程内容的理解，从而提高学生分析和解决实际工程问题的能力。掌握此类软件也有助于增加学生的就业机会。

图4 Aspen Plus化工流程模拟软件演示视频

我们新开设了化工专业实验仿真软件中关于分离工程的仿真实验，如共沸精馏、膜分离等（见图5）。仿真实验弥补了实践实验的不足，以高度仿真技术提供与实际实验操作一致的线上模拟实验，培养学生仿真实验进行探究性学习能力。该仿真实验环节的设置，发挥了仿真实验在创设问题情境、验证假设或猜想等环节中的作用，引导学生通过实验去发现和探究解决问题的方法，让学生的学习方式由被动接受式向主动探究式转变，实现了理论与实践的有机结合。

图5 化工专业实验仿真项目

3 全面评价体系

以往评定学生成绩是以考核学生掌握知识为主，平时成绩（占30%）和期末考试成绩（占70%）成为教学全过程的最终形式。这种考核机制虽然能在一定程度上反映出教和学的情况，但不足以全面评价学生的能力和素质，容易使教师重知识的传授而忽略能力和素质的培养，使学生陷于平时闲散，考前突击学习，靠死记硬背通过考试的恶性循环中，导致学生为了及格而应付考试，而不是真正理解掌握应用知识，达不到考核的目的。这种现象的长期存在，与现行的考核机制的不完善有着密切的联系，只有改革考核机制，施行综合素质的评价，变知识考核为知识、能力、素质的综合性考核，才能引导学生关注学习过程，而非最终试卷成绩。

课程成绩评定采用全面考核方式，全面考核的信息来源包括：最终试卷成绩；知识性作业成绩；研究小组中表现成绩（包括来自教师、小组长、小组组员和本人的反馈等多个维度）；分离工艺课程设计、科技论文成绩；Aspen Plus上机实验、化工专业实验（分离工程部分）仿真实验成绩。具体分配比例见表2。

表2 课程成绩分配比例/%

引入全面课程考核体系能全面、真实的反映学生的能力水平，及时通过评估和反馈使学生知晓自己能力和知识方面的不足，促使他们自己主动的去充电以完善提高自己，帮助他们与学习团队进行融洽的协作互动，真正高效、愉悦地学习。

4 教学改革效果调查

为了考察本次教学改革情况，我们针对本学院化工专业的学生进行调查，其中参与教改课及未参与教改课的学生各45人，共发放调查问卷90份，回收的有效答卷90份，有效率100%。鉴于样本空间不大，我们还进行了选择性的访谈，对问卷所收集信息进行进一步验证。调查结果如表3所示。

表3 教学改革效果调查表/%

5 结语

经过多年的教学经验，分别在课堂教学、实验教学、考核体系3方面对《分离工程》课程进行了教学改革。通过教学内容的调整，采用CAI课件与板书相结合，运用引导式、案例式、探讨式等教学方式，引入Aspen Plus化工流程模拟软件、化工专业实验（分离工程部分）仿真软件进行实验教学，采用全面考核方式，加强了分离工程的实践教学，增强了学生的工程能力，加深了学生对理论知识的理解和应用，使学生由被动听讲变为积极主动思考，学生的综合思维和分析解决实际问题的能力显著提高。分离工程是一门不断发展的应用型学科，在今后的教学中我们将继续加深对《分离工程》课程的研究，不断地吸收众长，丰富教学方法、手段和形式，提高教学质量，培养与时俱进、适应社会发展的高级化工专业人才。

［1］刘家祺.分离过程［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［2］刘国柱，王庆法，王莅.分离工程课堂教学中多媒体应用之我见［J］.化工高等教育，2011，119（3）：56-58.

［3］杜睿哲，左宇思.信息技术对大学法学教育的影响［J］.电化教育研究，2011（6）：85-89.

［4］徐薇薇，吴建成，蒋必彪，等.高校教师教学质量评价体系的研究与实践［J］.高等教育研究，2011（1）：100-103.

［5］卢泽湘，范立维，廖益强.Aspen Plus在《分离工程》教学中的应用［J］.福建农林大学学报：哲学社会科学版，2010，13（5）：106-108.