针对我校生物工程专业化工原理理论教学改革的探索

刘保雷，计海峰，杨 梅，王卫东

(吉林化工学院化工与生物技术学院，吉林吉林132022)

化工原理是我校生物工程专业的一门重要的主干基础学科，以高等数学、物理化学等学科为基础知识，阐述了“动量传递”、“热量传递”以及“质量传递”(即三传)的基本原理，解释了流体流动、过滤、沉降、传热、气体吸收、精馏、干燥等单元操作的基本规律，介绍典型工业设备以及灌输实际工程观念，从而为后续生物工程专业其他主干专业学科(生化工艺学、生物分离工程、发酵工程、生物工程设备等)的学习打下基础，从而实现知识体系由“理”到“工”的转型，架起基础理论课和程专业课之间的“知识桥梁”。因此化工原理在生物工程专业的知识培养体系中占据重要一环。

但是，尽管化工原理涉及知识面较大，计算公式多而复杂，且工程概念强，而相比于化学工程与工艺、轻化工程等化工类专业，生物工程专业的化工原理学时安排却较少，我校仅为单学期64学时。因此，如何在有限的学时安排中在贴近专业特色的前提下，帮助学生建立工程观点，培养工程思维和解决程实际问题的能力，为后续专业课学习打下坚实基础，进而满足髙素质、创新型生物工程专业人才培养目标的要求，是该项课程教学改革的关键。结合生物工程的专业特点和本校的办学特色，对化工原理课程的教学内容和教学方法进行了一些改革探索和实践，为培养具有创新精神和实践能力的生物工程专业高素质专门人才打下基础。

一、教学内容的设计

我校生物工程专业现行的化工原理教学大纲中规定的授课内容有流体流动、流体输送机械、传热、气体吸收和蒸馏。很明显，这些教学内容在专业匹配上有些问题，如气体吸收这一单元操作在后续专业教育中基本没有体现，无论是生物化工方向还是生物发酵方向在专业素质教学以及培养目标的需求上“气体吸收”这一单元操作的必要性都不强，相反“萃取”、“干燥”和“结晶”这些单元操作对学生知识体系的培养多有补益［1］。因此，应该打破原有按学时数量安排教学内容的传统方式，对现有教学内容进行重新设计，需要对传统单元操作的讲授进行精简和更新。

(一)教学内容的方向性设计

教学重新设计的原则既要照顾专业需求也要照顾学校实际情况，在设计内容时要有特色不能照搬其他院校，我校旨在培养现代工程师，毕业的出口面相企业一线技术员，而一些985院校则面相科研领域，所以，在学习其他院校提升自身办学实力的同时也要切忌照抄照搬。以上海交通大学为例，上海交大生物工程专业的毕业生大多面相科学技术研发和生物科学技术的科研领域，所以，在这种方向的指引下，授课内容理论层次较深，在传统化工原理精华的基础上增加了较为深层次的理论细节，比如:萃取内容部分，反胶束萃取和双水相萃取［2］等都有详细的讲解，而我校目前的办学的实际尚不能匹配。我们是要以突出解决工程问题的能力培养为目标，应用现成结论解决设计型或者操作型的实际问题，辅以化工典型设备的讲解［3］，在传统化工原理精华框架范围内，简化理论细节，培养工程素质。

(二)教学内容的细节性设计

我校现行生物工程专业化工原理理论教学教学大纲的制定原则是以64学时为基础，选择传统化工原理主要章节进行制定，没有充分考虑到专业的特殊性。因此，有必要对教学内容的细节进行合理化调整，进一步提高教学质量，增强我校生物工程专业输出人才的综合素质。根据专业需求以及专业本身所授课程，建议对生物工程专业化工原理教学大纲作合理化调整。“流体流动”、“流体输送机械”、“传热”以及“蒸馏”作为最基本的单元操作是很必要的，尤其是“蒸馏”这一单元操作紧贴生物工程专业知识体系的主干，与生物发酵、生物化工、生物制药、食品等方向息息相关，因此无论是简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏还是特殊精馏都是重点要求部分，连续精馏的计算与分析、精馏塔设计的操作原理与现象以及塔设备的分类与计算等内容都非常符合专业要求，考虑到生物工程专业课中讲解“气液传质设备”［4］，因此化工原理课程中可以将该部分简化;而由于“气体吸收”基本不具专业需求性［5］，建议取消该单元操作的讲解;建议引入的单元操作则有“萃取”、“干燥”和“结晶”等内容，这些单元操作与生物工程专业息息相关，该部分内容必能对后续专业教育提供充分其必要的支持。如此一来，我们取消了“气体吸收”，增加了“萃取”、“干燥”和“结晶”，在这一基础上，现行的64学时显然不能完成教学内容，因此，建议增加至80学时分两个学期来完成，这是保证教学效果以及为专业建设提供助力必要前提。

二、理论教学方式的合理运用

(一)理论联系生活实际，将理论浅表化

从专业培养方案的安排上看，在化工原理之前，学生基础的几乎完全是纯理科课程，化工原理是第一门工程技术学科。学习习惯上的各种不适应，使得学生对该门课程产生一些错觉，诸如:“公式过多”、“推理复杂”、“各种指代符号繁杂”等等，总之，化工原理晦涩难懂，学起来实在吃力，进而产生厌学心理，严重偏离了教学的初衷。那么，理论形象化，浅表化则是解决上述问题的一剂良药，利用生活实例导入理论，然后再将理论去靠近工业设备，之后在工业和生活实际之间构建相似性，如此循环，理论不再晦涩难懂，工程教育不再抽象生僻［6］。举例来讲，在讲授“传热”这一单元操作时，暖瓶则是学生天天接触的东西，几乎每位同学都见过瓶胆是什么样子，围绕瓶胆的设计规则对“热传导”、“对流”和“热辐射”三种基本传热方式逐一解释，那么学生就可以利用自己熟知的常识对“传热”这一单元操作产生了熟悉感和亲近感，同时也对该单元操作重要工业应用之一“保热/保冷”形成了一些整体意识，在贴近工程素质教育的时候，学生在理解供热管道外保温层的材料以及结构时自然不会感觉“离自己太远”，同时也会总结出保温采用的一些常规性和一致性的方式方法。再比方说，生活中的暖气片与工业用的换热器，尽管从器型设计上有巨大偏差，但是也不难发现原理上相似的地方［7］，这种差异性和共性上的联系和对比有助于学生对理论的掌握，因此化工原理才不会那么“难学”。

(二)灵活多样的教学手段有助于提高教学质量

不得不承认数字化教学引入的十多年来，的的确确的大幅改善的教学环节存在的一些问题［3］，但是，随着知识量的逐年增长等等一些问题的相继出现，课堂教学效果的提升一定要找到新的出路。灵活多变的教学手段有助于塑就“新鲜有趣”的教学风格，也有利于培养“清新”、“活力”的课堂气氛。首先，必须把“老师的课堂”变成“学生和老师的课堂”，增加学生在课堂上的“戏份”，上课除了听课之余，一定要有足够量的“师生讨论部分”，老师在抛出问题后，供学生分组讨论，然后学生分别总结陈述，老师在依据讨论结果进行总结归纳。这样可以充分调动学生的主观能动性，促使学生的思维跟上授课的节奏，同时还能促进学生的自学意识和习惯的养成。其次，教师授课过程中要善于总结，无论是阶段性总结，还是跨章节的联系性总结都能有助于学生对知识体系的整体性把握。如可以通过伯努利方程进行展开，把“流体流动”和“流体输送机械”两章整合到一起，阐述各节知识点编排顺序的合理性，这样学生在理解知识结构事会比较容易;再比如，通过“牛顿粘性定律”、“傅里叶定律”以及“菲克定律”相似的“长相”，灌输化工原理分析解决问题的一些相似性做法，同样有助于学生自学能力和解决创新性问题能力的培养［8］。当然，教师自身也要刻意培养自身授课风格，让学生喜欢上老师，以爱屋及乌的方式努力培养学生对这门学科的兴趣，这方面的方法方式多种多样，比如新时代的网络语言引进课堂无疑更能攫住90后的心;亦或者课间休息时间讨论一下体育赛事、娱乐八卦这类;当然，作为教师，脑袋里要有足够的励志故事的储备等。这些都能拉近师生距离，增进“教”与“学”之间的情感。

三、结 语

少学时化工原理教学在整个化工原理教学任务中所占份额教学相对较小，长期以来依附于化学工程与工艺以及轻化工程等长学时专业的教学模式，只依据学时数量对教学内容简单“做减法”;再者，现在教室的受众群体也就是学生的综合素质以及过往的教育经历也在悄悄的发生变化。作为教育工作者，必须顺应时代发展，适应时代需求，自我完善，积极探索教学改革，培养更加适应社会需求的毕业生，为社会发展注入更富活力的新鲜动力。

［1］ 胡红波，王威，彭华松，等．面向生物工程专业的化工原理教学改革探索［J］．化工高等教育，2013(1):42-44．

［2］ 胡晓芬，万海同，项海．具有生物工程专业针对性的化工原理教学改革［M］．高教论坛，2013(12):72-73．

［3］ 王志萍，王英龙，王晓红．少学时《化工原理》课程教学探讨［J］．化工时刊，2012(5):68-70．

［4］ 张淮浩，赵 静，王雅琼．少学时《化工原理》课程建设的改革与实践［J］．化工时刊，2011，25(4):53-55．

［5］ 柴诚敬．化工原理上册［M］．2版．北京:高等教育出版社，2009:250-257．

［6］ 陈 勇，杨和民．日本的化工原理教学及其联想［J］．国外高等教育，2013(2):72-74．．

［7］ 王志奎．化工原理［M］．北京:化学工业出版社，2010:167-180．

［8］ 潘鹤林，齐鸣斋，陈敏恒．少学时《化工原理》教材内容简介和教学法初探［J］．化工高等教育，2009，(2):77-78．