小学时化工原理课程教学探索

张杰　李鹏　蒋苏毓

[摘 要] 化工原理作为化工类专业的核心课程，是学生了解化工生产的第一步，也是从理论到实际生产的重要过渡。尽管该课程在非化工类院系作为小学时课程，但在教学过程中仍存在诸多问题。以制药专业为例，就该门小学时课程并结合学生专业特点进行探讨，打破传统教学模式，引进新型教学手段，并取得了良好的教学效果，提高了课堂效率。

[关键词] 化工原理;教学探索;翻转课堂

[作者简介] 张 杰（1989—），男，河南新乡人，博士，郑州大学生态与环境学院讲师，研究方向：催化氧化水处理;蒋苏毓（通信作者）（1981—），女，江苏泰州人，博士，郑州大学化工学院讲师，研究方向：催化高级氧化。

[中图分类号] G423    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）25-0233-02    [收稿日期] 2020-02-04

一、背景

化工原理作为工科类专业的公共课程和化工类专业的核心主干课程，以高等数学、大学物理和物理化学为基础，以“三传一反”（质量传递、热量传递、动量传递和反应工程）相关理论为主要连接线，研究生产过程中涉及到的单元操作的基本原理、过程计算，设备选型设计，重点培养学生的工程思维，培养学生分析和解决实际工程问题的能力[1，2]。这门课程作为非化工类专业学生接触、了解化工生产的第一步，是他们从学习理科科学理论到工科实际生产的重要过渡。

在教学过程中，尽管本课程在非化工类院系作为小学时课程，教学内容也存在着理论概念多、公式计算多、生产单元设备多、系统性差的问题，加上这些学生在课程之前普遍对化工生产缺乏了解，大部分学生在学习过程中都会感觉化工原理课程内容枯燥，晦涩难懂。

比如化工原理课程中存在较多的数学公式，从一開始的流体流动内容中的伯努利定律，到最后一章干燥过程干燥空气量的计算，每一章内容都贯穿着计算过程。而这里面多数数学公式和相关参数的余量设定并非通过严密的数学推导得出，而是通过实际工程实践中的工程经验总结得出。对于我校药学院学生，该课程虽然被安排在大三第一学期，然而作为传统的理科院系，几乎所有学生都没有参加过生产认识实习，连工厂的基本生产装置都不曾见过，学生很难通过课本上的叙述在脑海中形成画面，再加上课程的小学时的客观设定，教师很难在授课过程中对于授课内容面面俱到，只能对于一部分内容做出介绍，直接给出结论，课堂内容逻辑性不强，导致学生课堂开小差、打瞌睡，课后作业拖延敷衍。

针对以上问题，作者认为必须对小学时化工原理教学进行改革，要针对学生的专业特色对教学内容进行调整，丰富教学手段以增加学生的学习兴趣，吸引他们听课的注意力，迅速理解记忆单元操作的相关概念和原理，降低学习难度。

二、探索路径

1.结合学生专业特点。小学时化工原理课程通常为一个学期，48个学时（课堂理论教学部分，不包含实验教学学时），安排在大二下半学期或者大三上半学期进行。制药专业主要研究的是药物机理、病理和新型药研发等，是一门偏理科内容的学科。在讲授化工单元操作、化工过程时，尽可能将制药方面相关生产实例与日常生活结合来讲解。比如化工原理第一章流体流动和第二章流体输送机械作为化工生产的基础，其中的伯努利方程、流体流动过程中阻力的近似、离心泵的选择等是化工原理的核心内容。在讲解这一部分时，可以和学生讨论这么一个问题：我们假设反应釜高度在教学楼二楼位置，同时我们的制药原料需要从地面由离心泵打入反应釜，在这样一个未加其他任何限定的开放性问题中，学生们回答问题就需要考虑影响流体流动和离心泵工作曲线的各个因素，例如选取的管径、假设的流速是否能够满足生产需求，如果存在同时向两个或多个反应釜供料，那么主管道和支管道管径该如何分配，物料输送过程中阻力和需要的离心泵扬程受到哪些因素影响，该如何近似确定等。这些内容可以在学生发言后分步引入，逐层深入，进一步引导学生对这些问题进行思考。由于客观因素比如反应釜的高度、生产原料选择为某种药物原料等比较接近学生日常学习生活，这个问题既可以活跃课堂气氛，又能激发学生课堂互动，过程中可以理解和掌握枯燥的理论和计算方法，从而取得良好的教学效果。

2.丰富教学内容。本课程的理论知识点纷杂、内容过于抽象，因此课堂中引入多媒体课件不仅可以帮助同学们将理论知识形成画面，还可以帮助同学们理解设备的工作过程，更好地理解单元操作过程。在课堂上，课程内容中的公式、设备原理、数据图等可以通过形象的动画演示得以表达，可以让学生们集中注意力，避免因为内容的枯燥放弃听课。由于了解了设备的工作过程，对其工作原理的理解和掌握也更有信心和目的性。

3.新型教学手段。为了进一步提高学生的学习积极性，一些新型的教学手段被尝试使用在化工原理教学过程，比如源自美国的翻转课堂[3，4]。在翻转课堂的教学过程中，首先需要授课教师将知识点录制成微视频通过网络平台向学生公开，学生提前进行观看学习，之后在课堂上由教师进行引导，提出课程内容相关问题，与学生讨论解决，最后由教师对未能解决的问题进行集中讲解[5]。

在传统教学模式中，大部分学生进入课堂之前都没有经过预习这一重要过程，因此在公式繁多、内容难懂的课堂上学生难以集中注意力全心学习，而通过翻转课堂，教师可以通过网络督学的功能督促学生进行课前预习，在课堂上可以对教学内容有一个初步的认识和了解，带着问题进入课堂讨论，既增加了学生与老师的互动，又能避免学生在课堂上开小差，做其他与课堂无关的事情，以提高课堂效率。

但是，在使用新型教学手段教学中需要注意，让学生预习时，不能简单要求学生只是看课本、记公式，而应该提出一个比较有意思的话题交给学生，吸引学生的学习兴趣。另外在微课视频上的讲解也需要生动形象，不能枯燥陈述知识点，而要通过课前设定的话题引导学生逐渐理解各章节中的重点难点，达到事半功倍的效果。

三、总结

教师在教学过程中，要根据小学时化工原理课程的知识特点进行教学大纲的编制，结合课堂上讲解过程中的重点内容，关注学生们听课后的反馈，积极采取讲授结合问答的教学方法。传统的填鸭式教学方法只会让课堂死气沉沉，学生们或跑神睡觉，或缺席逃课。化工原理在小学时的限定下容易让学生感到复杂枯燥，如果教师不对教学方式方法进行改进，则难以提高学生们的学习质量。总而言之，授课需要互动，需要教学交互评价，互动的授课不仅可以增强学生注意力，更可以达到提高授课质量的目标。

参考文献

[1]余国琮，李士雨，张凤宝，等.化工类专业创新型人才的培养[J].化工高等教育，2006，（1）：8-11.

[2]郑冀鲁，武海棠，张军华，等.提高学生学习化工原理课程积极性的一些探索[J].化工高等教育，2013，（6）：99-101.

[3]李雪.翻转课堂在高校散打课教学中的应用研究[J].体育科技文献通报，2019，27（5）：40-41，96.

[4]李遠婷，马晓林，田永芝，等.翻转课堂在免疫学教学中的探索与实践[J].微生物学通报，2017，44（5）：1442-1448.

[5]车玉红.“翻转课堂”教学法在食品检测技术课堂教学中的应用[J].安徽农业科学，2019，47（6）：279-282.

Abstract：Principles of Chemical Engineering，as a core course for chemical engineering majors，is the first step for students to understand chemical production，and it is also an important transition from theory to actual production.This course is regarded as a short-period course in non-chemical engineering colleges，and there are still many problems in the teaching process.Therefore，this article takes the pharmaceutical specialty as an example，discusses this course and the characteristics of the pharmaceutical specialty，breaks the traditional teaching model，proposes new teaching methods，and has achieved good teaching results and improved classroom efficiency.

Key words：Principles of Chemical Engineering;teaching exploration;Flipped Classroom