“化学反应工程” 课程中引入技改内容的教学改革与探索

黄艳芳，张海滨，聂 莹，王健伟

（南通职业大学 药品与环境工程学院， 江苏 南通 226007）

“化学反应工程” 是化工类专业的一门专业核心课。该课程以化学反应动力学为基础，以化学反应器的计算和设计为主要内容，讲授与化学反应过程相关的理论知识和工程技术问题，涉及化工热力学、反应动力学、化工传递过程等知识领域，对培养学生的科学理论思维、工程意识、创新能力和工程分析能力具有十分重要的作用[1-2]。技术改造（简称技改）是指结合生产实际，采用新技术、新工艺、新设备、新材料对现有设备、设施及生产环境等环节进行改造，以达到消除产业发展瓶颈制约、提高生产效率、提升产品质量、节能减排等目的的行为[3]。为适应日益进步的科学技术发展，同时也为满足高职院校“双高” 建设中高素质复合型人才的培养需求，在“化学反应工程” 课程中，引入体现新技术、新工艺、新规范的技改项目，开发融入技改内容的新教材，成为目前“化学反应工程” 课程改革的当务之急。

1 在“化学反应工程” 课程中引入技改内容的必要性

《教育部关于职业院校专业人才培养方案制订与实施工作的指导意见》（教职成〔2019〕13 号）提出，高职院校要明确课程目标，优化课程内容，规范教学过程，通过校企深度融合及时将新技术、新工艺、新规范纳入课程标准和教学内容，同时，编写或选用体现新技术、新工艺、新规范的高质量教材，通过引典型的生产案例或技术改造案例入教材、进课堂，让教材内容、课程内容、教学内容紧密联系生产劳动实际和社会实践，突出应用性和实践性。这就迫切需要高职院校通过校企深度合作，采取一系列措施将企业体现新技术、新工艺、新规范的技改项目纳入课程内容，将技改内容融入教材、进入课堂，以培养新型技能人才。

引入技改内容是化工产业升级和岗位需求变化背景下对传统课程内容调整的新趋势。在传统教学过程中，教师往往非常重视基本概念、基本理论、传统设备和工程分析方法的传授，会重点讨论化学反应工程中的共性问题，会集中介绍已经非常成熟的典型反应设备。但“化学反应工程” 是一个不断发展的领域，特别是近些年来，随着新材料、新设备的大量涌现，实验技术和检测手段不断更新换代，“化学反应工程” 逐渐演化成一门以新反应技术的开发、反应过程的优化和新型反应器设计为主要目的的新兴工程学科。为适应日益进步的科学技术发展和产业升级带来的岗位变化，有必要在“化学反应工程” 课程中，引入体现新技术、新工艺、新规范的技改项目。

2 在“化学反应工程” 课程中引入技改元素的可行性

理论上，虽然传统“化学反应工程” 理论体系的框架已基本成熟，但随着现代测量技术和现代计算技术的发展，“化学反应工程” 的服务对象已由最初的化学工业扩展到冶金、材料、能源、环境、生物等诸多进行化学或生物反应而实现物质转化的过程工业。因此，大量适应新情况的理论阐述不断涌现。反应工程体系的不断完善为引入技改元素提供了理论可行性保证。

技术上，开发了大量新型结构的反应装置和技术。例如，为了强化反应装置内的反应过程，可通过两种技改途径实现：一种是通过强化反应装置内的传递和混合过程，改善反应装置内的流体流动情况，如微反应装置和规整填料反应装置的技改；另一种途径是在反应装置内实现过程耦合，即通常所讲的多功能反应装置的技改。目前，已有大量这些新型反应装置和工艺被成功应用于实际生产的案例。这些技术创新，及其在工业实际中的成功应用为课程改革的实施提供了技术可行性保证。

3 在“化学反应工程” 课程中引入技改元素的改革探索

“化学反应工程” 课程是化工专业基础课程与工程类课程的链接桥梁，课程性质同时具有理论性和实践性，易于挖掘技改元素。经过多年“化学反应工程” 课程教学实践，发现与时俱进地引进技改内容能有效维持课堂教学活力，激发教师教改热情，提升教学效果。

3.1 专兼结合，组建课程建设团队

“化学反应工程” 课程的特点是教学内容既涉及化学反应理论基础知识，又涵盖反应工程实践经验总结。因此，要求授课教师不仅要具有深厚的理论知识水平，还要具有丰富的工程实践经验。目前，高职院校专业教师普遍存在学历、职称高，但实践经验不足的特点，而企业兼职教师虽缺乏教学经验，但在长期工作实践中积累了丰富的工程经验，专兼结合可以优势互补，扬长避短。课程团队的建设主要包括以下三个方面。

一要培养“硬核” 课程负责人。课程负责人是团队建设的关键，课程负责人应具有开阔的视野，能站在专业的角度把控课程，有丰富的实践经验，能制定出切合岗位需求的课程标准，还要有敏锐的洞察力，能捕捉到课程发展的新趋势，熟悉化工反应领域的新技术、新工艺、新设备、新规范。

二要打造理论能力扎实、实践技能精湛的专业教师队伍。专业教师是核心力量，其中经验丰富的老教师是支柱，思维活跃的年轻教师是主力。青年教师的培养可从三个方面着手。第一，提升教师信息技术应用能力。在“化学反应工程” 课程教学中采用各种信息化技术手段，有助于学生对课程知识的理解和消化。信息技术应用能力的提升，可使教师得心应手地运用各种教学方法，更好地传授教学内容，实现教学目标。高职院校可通过考核信息技术应用能力，为教师量身组织信息化建设培训班，加强学校信息化硬件建设等手段，帮助青年教师提升信息技术应用能力。第二，提升教师实践能力。为强化教师的工程实践能力，可有计划地组织授课教师到化工类企业开展下厂实践研修，鼓励专业教师参与企业的技术设备改造、新产品研发。授课教师通过下厂实践，能更加系统地了解化工生产实际过程，熟悉各种典型反应器的工业操作方法，了解工业反应器的升级改造方向。教师将在实践过程中积累的知识和经验回馈课堂，可使“化学反应工程” 课程教学更接近生产实际，教学内容更加契合企业需求，教学形式更加丰富有趣。第三，提升教师国际化素养。以促进教师的学术视野国际化、人才教育目标国际化、课程教学内容国际化、教学方法国际化为目标，组织专业教师赴国（境）外培训研修或参加国际会议。也可邀请国际学者到校讲学，使青年教师不出国门也能感受国内外高水平的教学与研究成果。同时，线上国际合作与交流也是提升教师国际化素养的重要手段，特别在当前疫情防控常态化的大背景下，云访学、云会议、云教学、云交流等各种线上模式更是成为国际合作交流的新手段。

三要重视兼职教师队伍的建设。兼职教师是专职教师的重要补充和师资力量不可或缺的重要组成部分。目前，高职院校兼职教师队伍的建设可从三个方面着手。一是从学校、学院层面建立和完善兼职教师管理和聘任制度。成立专门的兼职教师监管机构，加强对兼职教师的管理和考核。二是加强对兼职教师的培训。通过组织专题讲座、专项技能培训、定期听课评课等方式，对兼职教师的教书育人能力进行培养和提升。三是建立兼职教师激励机制，提高兼职教师队伍的稳定性。通过合理的分配制度和激励制度，最大限度地调动兼职教师的积极性，保障兼职教师的合法权利，提高兼职教师队伍的稳定性。

3.2 合理整合，精心筛选课程内容

“化学反应工程” 课程具有两大特点：一是课程内容涉及多个交叉学科，基本概念和理论多，且理论知识抽象难懂；二是课程内容既涉及理论知识，又涵盖工程实际，学习过程中需要把理论知识和实际工业应用联系起来。鉴于上述特点，采用传统的教学方法很难达到理想的教学效果，而课程课时又有限，因此，需精心筛选课程内容，科学设计教学过程。根据多年的教学实践，可从以下三个方面入手。

一是将传统课程内容项目化。在实际工作中，完成特定工作任务需要的知识、能力和素质很难严格区分，因此，将知识传授和技能训练分开进行的传统教学方式不利于培养学生的综合技能。若能将教学内容整合设计为理实一体化项目内容，则可以将知识传授、技能训练、素质培养有机融合。针对“化学反应工程” 课程内容，可设置三个项目模块，分别对应均相反应器、气固相反应器和气液相反应器三种类型。每个项目均通过化工生产中反应器的选择、设计、操作和控制过程揭示反应器的共同规律，并以实际工业案例详细讲解相关内容。

二是合理融入技改内容。结合化工行业发展趋势，选择新技术、新工艺、新规范等技改内容融入课堂教学，提高学生学习兴趣。引入的技改内容应能和现有课程的三个模块内容（均相反应器、气固相反应器和气液相反应器）有机耦合，同时能够体现三个任务环节：反应设备的选型，反应设备的设计与优化，反应设备的操作与控制。例如，在介绍均相反应器时，针对均相反应体系存在分离困难的特点，介绍反应—分离耦合过程新工艺，如反应精馏耦合技术[4]；在讲授气固反应器时，引入新型气固反应装置相关内容，如膜反应器[5]等；在讲授反应器内部结构及流动现象时，鉴于反应器和流体内部无法直接观测，介绍利用AI 机器视觉技术实现视镜内反应体系的自动化检测与控制技术。另外，还可以有针对性地讲解新型催化材料和技术带来的新工艺，如光催化设备和工艺等。

三是科学设计教学过程。在教学内容的安排上，教师应明晰各部分内容之间的逻辑性和系统性，使学生明确各部分内容之间的关系。教学过程遵循认知规律，按照由浅入深、由简到繁、由经典到新型的规律逐步推进。例如，在学习反应动力学理论时，可先学习模型简化后的反应本征动力学，再学习考虑传递过程影响的宏观动力学内容；在学习反应器的设计和优化内容时，可先学习理想反应器模型，再学习反映实际流动状态的复杂体系反应器模型；在讲授反应装置和技术时，先讲授传统经典工艺技术，再讲授工业实践中涌现的新技术、新工艺、新规范等技改内容。

3.3 强化实践，培养创新型人才

目前，高职学生普遍存在工程实践能力薄弱的问题，在“化学反应工程” 的教学过程中，可采取相应措施，强化实践，加强学生工程实践能力的培养。具体措施包括以下三个方面。

一是加强实训操作环节。实训环节又分实际操作实训和虚拟仿真实训。实际操作实训不仅有助于加深学生对理论知识的理解，还能增强学生分析和解决问题的能力及实际操作能力，培养学生的工程意识。“化学反应工程” 作为一门高职化工类专业的专业核心课，操作实训应尽量做到实训现场与企业生产现场一致，实训装置与企业生产一线装置一致，实训要求及操作规范与企业操作规程一致。而对于难以在实际操作环境下实现的实训内容，则可采用虚拟仿真实训的方式。例如，为让学生对工业反应器设备的真实状况有感性认识，可采用仿真、动画、视频等方式进行模拟，使学生直观感知与了解反应器结构、操作状态，以及反应器内部的流速、温度和浓度分布状况。仿真实训室应体现虚拟化、仿真化、课程的技术特色和行业应用及发展的趋势。

二是设置工厂实习环节。配合课程内容，安排学生到工厂参观或顶岗实习。例如，在学习釜式、列管式等反应器的结构形式、操作要求时，可安排学生到校外实训基地进行现场见习或实习，使学生真正走入生产一线，体验生产氛围，加深对学习内容的消化理解。

三是鼓励学有余力的学生参与教师的科研项目。跟传统课堂教学内容相比，教师科研项目更多地涉及新工艺、新技术、新材料、新设备。因此，将教师科研项目融入教学，是引入技改内容的有效途径。学生通过参与教师科研项目，不仅能拓展学术视野、提高学习兴趣和热情，还能增强对专业知识的理解，同时又能提高自主分析问题能力、创造性解决实际问题的能力，进一步提高创新能力。

4 结束语

“化学反应工程” 课程是高职化工及相关专业的专业核心课程。在“化学反应工程” 课程中，引入新技术、新工艺、新规范等技改内容是适应日益进步的科学技术发展的需要，也是高职院校培养创新型技能人才的新要求。在“双高” 背景下，“化学反应工程” 课程教学改革虽取得了一定的进展，但仍需进一步解放思想、突破创新、不断完善、持续推进。