基于提高学生综合工程素养的化工原理课程建设

张海鹏 李军 肖家治

摘  要：化工原理是化工与制药类专业重要的专业基础课程。为适应工程人才培养的新需要，化工原理课程组设计了“理论、实验、实践”三位一体的课程体系，探索了以“综合工程案例为主导，线上线下相结合”的教学模式，以期通过多种手段切实提高学生的综合工程素养。

关键词：化工原理;工程教育;课程建设

中图分类号：G640    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）39-0064-03

自从《国家中长期教育改革和发展规划纲要》颁布实施以来，国家对于工程人才的培养提出了更高的要求，特别是在本科生工程素养培养方面，要求提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力。在这样的背景下，国家先后启动了卓越工程师计划（2010年）和新工科建设（2017年）[1]，为工程人才的培养指明了方向。

为适应人才培养形势的需要，与工程能力培养有关的专业基础课和专业课的改革势在必行。作为化工与制药类专业培养人才重要的专业基础课程[2]，化工原理课程必须突破传统的教学模式，以强化学生的工程素养为核心[3]，以现代化教学手段为依托，重新打造适应人才培养新形式的课程体系。

一、课程特点

化工原理是化工与制药类专业学生的专业基础课与专业核心课[4]，承担着引领学生从基础课向专业课过渡的重要任务。化工原理课程的主要内容是研究化工生产过程中单元操作过程的基本原理与计算以及主要单元设备的工作原理、设计及操作。对于理工科学生的综合工程素质培养起着重要作用[5]。

（一）理论性强，对学生的数理基础要求高

化工原理研究的主要是化工生产过程中最基本的生产单元——单元操作。研究过程中需要学生熟练掌握高等数学、大学物理、物理化学等基础知识并加以综合运用。对学生的数理基础要求较高。

（二）与实际生产结合紧密，具有很高的实用性

化工原理所研究的单元操作都来自实际生产，经不断地完善总结后形成理论。所有的化工生产过程都是由不同的反应过程与单元操作过程组合而来，因此，单元操作的研究对于实际生产有很强的指导意义，课程也具有很高的实用性。

（三）解决问题的手段多样，灵活性高，对知识的综合运用能力要求高

由于实际生产的复杂性，生产中所遇到的问题往往有多种解决方法。这些复杂工程问题通常仅靠一种手段很难完全解决，因此需要综合运用所学知识，通过理论分析、实验验证、软件辅助等多种手段才能得到满意的结果

由于课程具有以上特点，因而传统的、仅仅依靠课堂理论授课的方式很难满足对学生综合工程能力和工程素养培养的目标和要求。这就需要课程建设不能只停留于课堂的理论教学，还要全方位、多手段的采取措施，使之更好地服务于教学内容和教学目标。

二、课程体系建设

为满足对学生综合工程能力和素质培养的要求，经多年实践，化工原理形成了以理论课程为核心，“理论、实验、实践”三位一体的课程体系。除理论教学外，课程体系中还包括化工原理实验课、认识实习和课程设计三门实践课程，使课程在工程能力培养方面得到了强化。

（一）认识实习

认识实习是化工原理理论课程进行之前的先修课程，主要内容是对化工生产的常见流程以及单元设备进行讲解和参观，使学生初步了解化工生产的特点以及单元设备的基本原理、结构和操作，并通过现场参观的形式获得感性认识，为后续化工原理理论学习打下基础。认识实习是学生与生产实际的第一次接触，也是工程素质培养的第一个步骤。

（二）化工原理实验

化工原理实验与化工原理课程同时进行，分两个学期。化工原理实验内容与理论课程内容紧密结合，分为综合性实验和验证性实验。验证性实验的主要目的是使学生通过实验对课堂理论加以验证，增强对课堂内容的理解。综合性实验的目的是提高学生对于课堂知识在实际中的运用能力以及实验设计和操作能力，在综合工程素质的培养中居于重要地位。

（三）课程设计

化工原理课程设计是在化工原理课程结束后开设的综合实践类课程。主要内容是进行板式精馏塔的设计，包括精馏塔的工艺计算、塔板设计与水力学校核、塔顶冷凝器的设计与选型、设备条件图和浮阀排列图的绘制。主要目的是使学生将理论知识应用于工程设计，提高学生的知识综合运用能力和解决复杂工程问题的能力。课程设计除了应用化工原理的基本理论之外，还要求学生具有一定的工程制图基础、了解工程设计规范以及利用现代工程软件解决问题的能力，通过综合训练使学生在实际应用中提高工程素养。

（四）“理论—实验—实践”三位一体的课程体系

在实际教学过程中，学生暴露出来的一个较大的问题是“重理论，轻实践”，对实验和实践课程不重视，人为割裂了课程体系中各门课程之间的联系。

为解决这一弊端，课程组设计了“理论—实验—实践”三位一体的课程体系，使各门课程之间环环相扣，形成一个整体，在一定程度上提高了学生对实验和实践环节的重视，取得了一定效果。

在认识实习开始时，就将认识实习与化工原理的关系告诉学生，简单介绍化工原理课程的基本内容与课程性质，提高学生的重视程度。

对于化工原理实验，则充分利用学科竞赛对学生的刺激作用[6]，鼓励学生参加“全国大学生化工实验大赛”和“山东省大学生实验技能大赛”等赛事，从侧面促使学生重视实验。

课程设计是整个课程体系中的最后一环，需要学生综合运用化工原理的知识解决问题，对学生的综合能力要求较高。在进行化工原理理论教学时，就将工程设计规范的概念传授给学生，使学生对工程设计形成初步认识。了解到工程设计的复杂性和所需知識的多样性，也能促使学生努力学习理论知识。

通过这样三位一体的课程体系设计，课程体系中所有的内容都有一定程度的交叉，不再是单独一门课程的学习，而是整体、系列地学习，大大提高了学生学习的整体性，对学生的综合工程素质的养成提供了有利的支撑。

三、课程内容及教学方法建设

化工原理课程内容多、学时长，涉及的数理知识及方法多。传统的课堂教学模式的弊端是学生无法通过课堂学习获取更多的工程实践知识。由于课程理论性强，学习难度较大，造成学生学习兴趣下降，课堂气氛也比较沉闷。为了改变这一状况，切实提高学生的学习效果和综合工程素养，课程组对课程内容进行了重新规划并改进了教学手段，取得了一定成效。

（一）重新规划课程内容，明确知识点，加强课程前后内容的联系

为使课程重点突出，便于学生主动学习，课程组重新规划原先以章节划分的课程内容，划分为157个知识点，以知识点为核心重构教学内容。这样一方面使学生能够很快地抓住重点，与以章节为单位组织教学相比，知识点的范围更小，学生学习时间缩短，学生更容易集中精力进行学习，提高学习效果。另一方面，通过不同知识点的组合，可对有不同要求的专业采用同一套知识体系进行教学。对于短学时的专业，只要将所需的知识点提出并教授给学生即可，无须重新组织教学内容，从而减轻教师的备课压力，提高教学质量和学生的能力。

（二）采用综合工程案例为主导，强化学生的工程意识和工程素养

案例教学一直是化工原理教学中提高学生工程意识的重要手段之一，但以往的案例通常仅局限于某个知识点或者某个单元操作，学生在学习过程中难以把握工程问题的实质和精髓，对问题的分析也不够深入。为进一步提高学生的工程素养，增强学生分析和解决问题的能力，课程组设计了综合工程案例，通过对实际问题的分析，提高学生对复杂工程問题的认识，提高他们综合运用知识、解决问题的能力。

（三）扩展教学资源，创新教学手段

教学资源是教学工作的基础，资源建设一直是课程建设的重要组成部分。为促进学生工程素养的提高，课程组在资源建设方面做了大量工作。首先，组织教师编写了《化工原理案例库》，收集整理了几十个工程案例，通过对案例的详实分析和细致研究，将其中包含的工程问题进行分解，使学生在案例的学习中巩固基础知识，提高他们分析问题和解决问题的能力，强化其工程意识和工程思维能力。其次，上线了化工原理慕课。化工原理慕课的上线运行，大大丰富了课程的教学资源，为新的教学手段的实施打下了良好的基础。最后，编写配套习题集，给学生提供课外练习的资源。习题中除了大量考研题外，还选择了部分工程案例进行操作型问题分析，增强学生对实际问题进行分析处理的能力，强化其工程思维和科学思维能力。

有了丰富的教学资源做基础，就可以在传统教学方法上进行大胆创新，采用新的教学手段提高学生的各方面能力。在化工原理的教学中，课程组进行了问题导向的线上线下混合式教学模式的探索。具体实施方案是在每一章课前提出本章需要解决的一个工程问题，引导学生利用慕课等线上资源进行自主学习，教师进行线上答疑与指导。线下授课阶段分为两种模式。其一是教师要求学生根据线上学习的结果对某一知识点进行讲解，并接受来自其他学生和老师的质疑;其二是教师对重点问题进行适当讲解并回答学生提出的问题。还可以采取分组作业、课外综合大作业等形式促使学生查阅资料，完成任务，提高学生主动获取知识的能力，并拓展其视野，加深其对工程问题的认识。

化工原理的资源建设及线上线下混合式教学的总体设计如图1。

四、结语

提高本科生的工程素养是工程教育的核心问题之一，关系到国家各项重大工程项目建设的后备人才培养和国家未来发展的人才规划，应当引起人才培养部门的足够重视。文章以这一出发点为基础，对作为本科生从基础走向专业重要桥梁和纽带的化工原理课程从课程体系、课程资源以及教学手段等方面进行了重新规划。通过“理论-实验-实践”三位一体的课程体系设计，“知识点划分与整合”的教学内容重组，“综合工程案例为主导，线上线下结合”的教学模式改革，充分调动学生的学习积极性，提高其工程能力与工程素养，为综合型人才的培养模式提供了积极的探索和有益的借鉴。

参考文献：

[1] 成忠，诸爱士，刘宝鉴，等. 面向新工科建设的化工原理课程教学改革与实践[J]. 化工高等教育，2021（38）：40-46.

[2] 郝世雄，杜怀明，于海莲. 工程教育认证背景下西部地区地方高校化工原理课程设计教学浅议[J]. 广东化工，2020（47）：226-227.

[3] 张海鹏. 论提高工科大学生的工程意识[J]. 中国石油大学学报（社会科学版），2016（32）：103-107.

[4] 王筠，毛中旭，赵辉. 工程教育专业认证背景下化工原理课程的教学改革与实践[J]. 天津化工，2020（34）：90-91.

[5] 陶彩虹，张玉洁，盛丽，等. 改革考核方式，激发学习兴趣——化工原理教学方法探索[J]. 化工高等教育，2020（02）：137-140.

[6] 汤雁婷，马新起，郭泉辉. 全国大学生化工实验大赛对化工专业人才培养的启发[J]. 河南化工，2019（36）：63-64.

（责任编辑：汪旦旦）