工程化教育下《化工原理》教学的研究与实践

蔡立芳 ， 何领好 ， 李 臻 ， 梁 新 ， 尹志刚

(郑州轻工业学院 材料与化学工程学院 ， 河南 郑州 450002)

0 前言

工科院校作为高等院校的重要组成部分，主要担负着为工业部门或其他产业部门培养和造就工程技术人才和经营管理人才的重任。如何把学生培养为高质量的各类型工程技术人才？也就是如何进一步增强学生的工程意识和实践能力成了目前迫在眉睫的问题。

工程化教育是指在培养高级工程人才的全过程中，从培养目标、业务规格设计到教学环节安排、教学内容选择、教学方法选用，从教育决策到教育实施、教育模式，充分考虑工程的本质、工程工作的要求，体现工程教育的工程特色。核心是理论联系实际、教学联系工程实践培养创新精神和实践能力，提高大学生工程素质，提高毕业生工程工作的适应能力。

化工原理是高等院校中化工类专业重要的专业基础课，具有显著的工程性。但是目前工科院校的学生对该课程的学习主要停留在课本上，只会就题论题，不能够把理论与实践相结合，离开了实践，即使大脑里有再强的创新意识，有再多的疑惑问题，也不会形成现实的创新能力，更不可能具有工程意识。在校学生看不到该课程在实际生产中的作用，并且不同专业对该课程的重视程度大相径庭，比如精细化工、应用化学、环境工程、食品工程和烟草工程等专业的学生考研时，很多高校把化工原理作为专业课考试，而高分子和电化学等专业几乎没有考试，所以在学习的时候从思想上不够重视。此外，化工类的设计软件很多，但是我们的学生目前基本上是空白。因此，为了适应“高层次、多样化、创造性”的人才培养目标新要求、新标准，近几年来，我们一直在深化教育教学改革，积极探索培养学生的综合素质及创新能力的有效途径。本文从理论教学与实践教学、教学方法与教学手段、学科竞赛及教学语言等六个方面阐述了如何学好《化工原理》课程， 从而满足各相关专业人才培养的需要。

1 化工原理教学中的应用

教与学是相互促进的过程，为了使学生具备更好的自主学习的能力，在教学方法上把传统的以授为主的教学方式转变为以教师引导为主的教学方式，在每个知识点学习之前，先提出与教学内容有关的实际工程实例，使每个学生都能够真正融入到课程当中去，从而提高学习的兴趣。比如在进行管路计算时，我们可以以城市供水、供暖、供气等为例，怎么样铺设管路才能使每楼层之间以及每户之间在使用过程中不相互影响呢？对于不同的传热机理，也可以提出很多日常生活中的例子，比如保温杯或者暖水瓶里为什么要抽真空？暖水瓶里面为什么要镀银？化工企业的设备上为什么要用保温层？保温层的颜色如何选取呢？像以上的问题生活当中应有尽有，针对不同的教学意境，可以选用不同的相关问题进行讨论[1]。

案例分析法在化工原理教学中能够很好的帮助学生理解抽象的和难以理解的知识。比如，离心泵安装高度为何要受限制呢？可以通过农村的灌溉问题帮助理解；如何提高干燥速率？可以通过夏季和冬季晾晒衣服的例子来理解；对于离心机的学习，可以通过洗衣机的脱水过程来理解；传热器的强化传热措施，可以选择不同的传热壁面，比如化学反应的搅拌问题，蛇形冷凝管和直管的区别，通过恰当合理的实际例子可以很好地提高课堂学习效果，能够很好地把所学知识指导解决实际问题。

此外，利用不同单元操作之间的异同点进行对比。动量传递的牛顿黏性定律、热量传递的傅立叶定量和质量传递的费克定律，他们之间既有共同点又有不同之处；解决间壁式传热速率和相界面之间的传质速率时可以用串联电阻、电压和电流的关系帮助理解。不同的是质量传递过程中质点本身要占据一定的空间，而热量传递只是能量的传递，但是能量本身不占据空间。

通过问题讨论法、案例分析法和分析比较法三种教学方法在化工原理教学过程中的应用，使课程更具生活化、兴趣化、工程化的特征，在很大程度上增加了学生学习的积极性。

2 实施分层次、工程化的实验教学模式

培养综合素质高、创新能力强的学生就要对实验内容进行适当的调整，实验内容的单一、枯燥不能满足创造性人才培养的需要，应改变以验证课堂教学内容为宗旨的教法，合理安排工程性实验内容[2]。根据人才培养的要求，将实验划分为三大类：

①基本教学型实验。以传统的验证性实验为主， 教学目标重在训练学生基本实验方法、实验技术和实验技能， 掌握典型单元操作过程的机理和规律，使学生加深对理论的理解， 同时在教学中我们强调单元操作过程的机理和规律在工程实践中的应用，激发学生学习兴趣。

②提高型实验。包括综合性、设计性、应用性等实验， 教学目标包括典型单元操作过程的深入研究及操作优化。要求学生根据自己的兴趣自行选择工程实际问题，自拟实验方案，优化操作条件，对实验结果进行技术经济评价等。注重培养学生查阅资料、调查研究、设计实验方案，对实验过程及结果有自己的分析和结论。培养学生综合学科知识，独立自主工作的能力，加深学生对工程问题的认识。

③研究创新型实验。以扩大知识面，启发创新意识为目的，培养学生创新能力， 可供有科研兴趣的同学选作。学生可尽早接触工程或科研实际，参加实验室建设，培养他们灵活运用所学知识解决实际问题的能力。目前已经由学生组装改造的实验装置有2套阻力实验装置、2套吸收实验装置、8套雷诺实验装置。实践表明，研究创新型实验由于其鲜明的背景及实用性，特别能激发学生的研究兴趣和探索热情。

实验教学内容的分层次、工程化，既注重了基础， 又强化了创新； 既保证了基本训练， 又注重独立分析、解决工程实际问题；既考虑到循序渐进， 又激励因材施教。

3 多媒体与板书相结合的课堂教学模式

化工原理课程涉及的单元操作较多、内容庞杂、原理较难、公式繁琐、课程任务重以及每个单元操作都有一定的典型设备等特点，在课堂教学中一直采用的是多媒体与板书相结合的教学模式，大量的设备制作成了FLASH动画，公式均采用板书推导，受到了很好的教学效果。

4 课下学习

课下学习针对难点和重点，为了提高课堂的教学效果，采用制作微课和建设精品课网站等多方位的进行。

微课作为在线学习和移动学习的重要数字化学习资源，因具有以下特征而备受关注：①短小精悍的微型教学视频；②知识精细化，教学解析化；③教学设计完整性，内容全面性。④形式灵活多样，应用广泛[3]。

在新的培养方案下，学生的课程体系多样化，学习任务繁重，并且目前的学生面对外界各种各样的诱惑和吸引，学生心里呈现出浮躁，不善于思考等问题，加上大班上课，课堂效率低下，为了更好地配合课堂教学，微课的制作在化工原理教学中起到了举足轻重的作用。针对难点和重点，每一个完整的知识点通过微视频的方式呈现给学生，学生可以随时随地进行自主学习。

同时化工原理是省级精品课程，网站的维护也是至关重要的。往年的期末卷子和每章节的习题需要及时更新，每年不同学校的考研情况等需要给学生及时反馈。

5 鼓励学生参加全国化工设计大赛

为了提高学生的工程设计能力和软件的应用能力，鼓励学生参加全国化工设计大赛进而实现了化工原理课程设计与毕业设计题目的多样化。“三井杯”全国化工设计大赛设计的内容包括：项目可行性的论证、工艺流程的设计、设备选型及典型设备设计、车间设备布置设计、工厂总体布置设计和经济分析与评价六个方面，涉及到过程控制、设备设计、化工工艺、计算机、安全评价及环境评价等多个相关专业知识，尤其对软件的应用能力要求很高[4]。学生往往对实际的应用要比对单纯理论学习兴趣大，积极性高涨，通过在不同专业之间的组队参赛，学生相互取长补短，实现学科交叉，熟练应用了多种软件的操作，比如Aspen plus、AutoCAD、3D Max、SW6等多个化工设计软件；通过对生产流程的设计及优化，工艺过程的安全性及经济分析等实现了理论与实践的完美结合，通过以课程教学为基础，竞赛项目为载体，技术训练为手段的“三位一体”的创新能力培养模式，多方面培养了大学生的创新思维和工程技能，培养团队协作精神，增强大学生的工程设计与实践能力，实践“卓越工程师教育培养计划”。

另外，通过大三期间对软件的学习，把化工原理课程设计有过去单一的设计题目及手工制图，转变成了多样化的设计题目，灵活地运用了计算机对工艺流程的设计和计算机绘图的技能，从而使大四的本科毕业设计的题目也多样化了。

6 教师语言

教学语言是教师传授知识、启迪智慧、塑造心灵的最基本工具，也是教师最基本的教学技能。在课堂上，教师主要通过自己的教学语言实现对学生的教育。英国教育家威廉亚瑟曾说过：“平庸的教师只是讲述，较好的教师是讲解，优秀的教师是示范，伟大的教师是启发。”所以，教师要根据教学内容、学科特点及教学阶段，首先要做到教学语言的规范科学，力求做到精炼准确。其次，用生动幽默、激发思维的教学语言启迪学生思维，促使学生产生联想并有所感悟，促使学生深度思考、产生新的思维点，为他们的终身学习和未来发展奠定坚实基础。

通过以上教学内容的研究与实践，目的在于教会学生做事情的方法和思想，激发学生上进的欲望，让学生树立自己的职业目标，并在团队中成长、学习、发展的机遇，成就人生。

[1] 李 敏,凌长明,谢爱霞.三种教学法在“传热学”教学中的应用和实践[J].中国电力教育:2011(2):93-94.

[2] 孙 德,李 然,杜长海.工程化观念在化工原理实验教学中培养学生综合素质及创新能力的研究与实践[J].长春工业大学学报:社会科学版,2010,22(6):125-126.

[3] 何 博,兰国帅,王祖源,等.基于混合学习的微课教学应用研究[J].中国教育信息化,2014(20):15-17.

[4] 李国锋,张世英,李 彬.论基于学科竞赛的大学生创新能力培养模式[J].实验技术与管理,2013,30(3):24-26.