工程视角下化工原理课程改革

李 燕，刘淑芝

（广东石油化工学院，广东茂名 525000）

工程教育在我国高等教育中有着重要地位，我国当前高校工科规模位居世界第一[1]。工程教育专业认证的核心是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价[2]。工程教育是以学生为中心的成果导向教育，是由毕业出口要求决定课程的设计与教学过程，注重学生工程能力和专业素养培养，尽可能最大程度达成教育与企业需求的一致性。工程教育要求转变传统的教学观念，改变以往的教学手段与方法，从灌输知识向互动传授转变、从重学轻思向学思结合转变、从重教轻学向教主于学转变，教学过程中树立以学生为中心的观点，重视学生的工程能力与创新思维的培养。化工原理系列课程是为培养高等化工创新人才的学科基础教育课程，学习过程中要综合运用物理化学、数学等基础知识去分析解决生产过程中遇到的复杂的工程问题，具有典型的工程实践性和创新性，是化工、应化、高分子、食品等专业的必修课程，目的在于培养学生的工程观念、创新能力和分析、解决工程实际问题的能力[3-4]。华南地区有多家大型的石化企业，广东石油化工学院是华南地区的一所应用型本科院校，为促进地方经济发展培养高素质应用型工程技术人才。我校开设了应用化学、精细化工、化学工程与工艺、高分子材料、食品与生物工程、过程装备与控制、环境工程和能源化工等工科专业。2011年我校化学工程与工艺、过程装备与控制专业获批教育部“卓越工程师培养计划”的试点专业，从2014年起我校各个专业就开始着手准备工程教育专业认证，前后投资上百万元，购买化工原理实验新设备与实验室安全与防护设施，完善实验室各项规章制度，同时构建了以链式教育为特征的、基于全面训练和提升学生工程实践能力、创新能力为目标的化工原理课程改革（1-2-3-3模式），即优化过程、提高质量，实现了传授、学习、实践、考核等教学全过程的改革模式，达到夯实学生化工原理理论知识，锻炼学生实践能力和创新能力，培养解决复杂工程问题能力的目的[5-6]。

1 教学改革内容

在工程认证教育背景下，化工、材料类专业化工原理系列课程需达成的目标如下。

1）掌握化工单元操作的基本概念、基本原理，并能运用到复杂化工过程的理解及表述中；

2）能够利用化工单元操作的基本原理，对化工生产过程的操作单元进行工艺设计、优化与改进的计算。掌握主要单元操作的典型设备结构、操作原理、过程计算、设备选型，对设备费、操作费和总费用进行分析评价，以确定最经济、合理的设计方案，实现对化工生产过程中工艺条件的优化和改进；

3）掌握常见的传递单元操作流程与设备特点，能识别和判断复杂化工过程，将其分解成对应的单元操作，并利用物料衡算式、热量衡算式、传递方程、平衡方程等原理对分解的化工单元进行具体分析与求解，达到培养学生运用工程思维方法解决实际问题的能力；

4）了解化工、材料类专业相关的背景知识，了解化工单元操作中管路及设备的操作使用原则和规范。为满足化工原理的课程目标，教师应尽力建立毕业要求与课程目标的联系，我校化工原理系列课程构建了以链式教育为特征的、基于全面训练和提升学生工程实践能力、创新能力为目标的化工原理课程系列改革模式（1-2-3-3模式）。即1个目标——以工程创新人才培为目标；2个层面——创新条件和创新氛围；3个要素——工程意识、创新能力、创新视野；3项举措——机制、师资、实践训练的三项强化保障训练。该模式包含理论教学、实践教学两个方面，两个方面是相互支撑，注重基础与专业、理论教学与实验教学、实验教学与工程实际的结合。

2 教学改革实施

2.1 创新条件和创新氛围的培养

传统的教学方式是以教师为中心，学生被动接受知识，学习起来提不起兴趣也缺乏主动性，不利于创新思维与工程实践能力的培养。工程教育专业认证标准是针对全体学生毕业表现，评价毕业生是否获取相应的能力，教学培养目标设计参照毕业的素质要求与应具备的职业能力。化工原理课程教学大纲、课程体系和师资队伍均是围绕各专业的培养目标，推进专业教学质量持续改进，满足社会与用人单位的职业要求。1-2-3-3化工原理课程体系教学模式提倡自主学习，利用传递团队网站、化工原理精品课程网站，学生获取资料以及预习，以启发式、讨论式、师生互动式授课，实现灌输向互动传授的转变；以学习小组和实验团队等，实现个体学习向团队合作学习的转变；以课程小论文、研究型实验和课外科技创新等，实现被动向主动学习转变；以开拓“问题”为导向的实验项目和参与科技竞赛，实现继承式向研究型学习的转变。以“教”促“学”，激发本科生学习的自主性、探究性、建构性特质，提高教学质量和效果。

2.2 工程意识、创新能力、创新视野培养

化工原理理论教学的目的是使学生掌握某些化工单元操作过程的基础理论与实践经验，培养学生分析和解决工程问题的思路、方法和工程实践能力，培养化工类及其相关工程专业高层次人才。化工生产过程复杂而多样，不同生产工艺的单元操作都有自己的特点，有的单元操作模型是从实际工程数据中通过科学模拟得出，即实验科学，实际的工程问题通常很难单纯在书本学习中找到答案，而我国高校大多数学生缺乏实践经验，不容易将化工原理理论与实际生产过程联系起来，不容易树立工程意识。

目前大多数高校化工原理教材对各单元操作的基本原理介绍较多，对过程、设备的应用介绍较少，而且由于学时限制，教学上往往“重原理模型和推导过程、轻设备”，也不容易让学生建立工程概念。在化工原理教学中采用工程案例教学法，通过实际工程案例，把理论学习的过程、设备与实际生产相结合，树立学生工程观念，提高学生解决实际问题的能力，激发学生主动参与教学活动。工程实际案例往往有多种解决方案，而学生常习惯于采用单一的解决方案，对优化设计没有概念，实际生产过程常需要考虑方案实施的可行性、环保、经济性等多方面，筛选出较优化方案，因此工程案例教学法能帮助学生对工程过程由陌生到了解，逐步树立工程概念，通过循序渐进的科学训练进而达到掌握与运用工程理论知识的目标。

理论教学中采用多样化、时代化的模式，线上教学与线下教学相结合，多使用一些生动的视频和多媒体素材，提高学生学习兴趣，从而达到良好的教学效果。

化工原理课程设计是综合应用化工原理知识以及其他学科基础知识的重要环节，其教学目标为提高学生的工程观念、设计能力、创新精神和团队合作能力。通过建立多层次与工程实例结合课程设计题库，例如塔的设计题库就有乙醇-水、苯-甲苯、苯-氯苯、丙烯-丙烷、甲醇-水、氨-水、二氧化硫-水等分离物系，即使是同一物系，课程设计的基础数据、设计条件也根据学生的学号变化，形成了多个不同的设计个案。课程设计题目不再单一，满足了不同专业学生的培养要求，有些数据在课本上也查找不到，需要学生查找其他参考资料，也避免课程设计的抄袭现象，对达成教学目标起到了良好的效果。

化工原理课程的实验教学是理论与操作过程结合的重要环节，建立创新型、开放式和多层次为一体的实验教学体系，能培养工程观念，锻炼学生动手能力、思考能力。我校目前开展的化工原理实验有流动阻力综合实验、能量转化实验、离心泵综合实验、过滤实验、干燥实验、萃取实验、乙醇-水精馏实验、CO2吸收实验等典型化工单元操作的实验，同时还增设研究型、设计型实验，如连续精馏回流比设计、连续精馏塔板效率测定、间壁换热器总传热系数与对流传热系数测定等实验内容，开设化工原理创新实验，如减压间歇蒸馏、液液固萃取、非均相物系分离综合实验等创新实验，鼓励学生自主提出新问题、探索新方法、拓展新应用的研究意识。

2.3 机制、师资、实践训练

2.3.1 改革考核模式，重视学生学习的全过程

工程教育专业认证要考核课程教学是否有效地实现了预期的课程目标。改变重理论轻实践，期末考试一锤定音的现状，采用多种形式、不同阶段的考核方式的结合，通过课程考核模式的改革，实现了从单一课程考试定成绩向学习全过程考核的转变，实现了“重结果”向“重过程”的转变。改革前化工原理理论课成绩评定由平时成绩占30%、课堂考勤、课后书本作业期末考试成绩占70%组成，改革后变为由平时成绩占45%、考勤占10%、课后作业占10%、课堂小测验占15%、课外大作业占10%、期末考试成绩占55%组成；化工原理实验成绩改革前由平时成绩占30%、实验考勤实验报告成绩占70%评定，改革后变为实验预习占10%、实验操作与总结占10%，实验报告中数据处理占20%、图像处理占10%、撰写能力占30%、分析与讨论占20%；改革前化工原理课程设计成绩评定为课程设计计算说明书占70%、设计图纸占30%，改革后变为设计答辩占20%、课程设计计算说明书占50%、设计图纸占30%。由于成绩考核与课程各环节挂钩，学生学习的主动性、积极性增强，对化工原理课程教学评分整体在95分以上。

2.3.2 以教学“多投入”和科研“上水平”提高教师综合素质

大力引进年轻高学历教师，强化师资力量，新老教师学习与时俱进的教学思想和理念，学习新的教学方法和技巧并应用到教学实践中去。组建跨学科的传递工程教学团队，团队提供一定资金，购买电脑、投影仪、扩音器等教学设备，资助教师参加教学会议，教师通过承担教改项目、撰写教材、改革教学方法与考核方式，撰写教研教改论文等课程建设措施，提高教学水平；通过承担高水平科研项目，把最新研究成果带进课堂，实践环节中PRP项目和研究型实验多来源于教师的科研；定期召开年轻教师教学交流，鼓励年轻教师指导学生课外科技活动和科技竞赛，要求年轻教师参加实验装置的研制和实验室建设。自2015年以来，化学工程系教师获校级以上教学课题15项；科研课题14项，发表教研、科研论文18篇，专利9项，锻炼培养了一支教育教学理念先进、实践操作能力强、教学水平高、素质过硬的双师型教师队伍。

2.3.3 加强实践训练

建立健全实验室各项规章制度，建立学校与院系、院系与各个实验室、实验室和教师、教师与学生的安全管理责任档案，将管理落实到个人。我校化工系积极鼓励学生积极参与大学生创业创新项目，在相关老师指导下，近几年有10支学生团队参加了省级、校级大学生创业创新项目、挑战杯，发表相关论文7篇。积极鼓励学生参加化工原理实验竞赛等省部级竞赛，2017—2021年获中南地区化工原理实验竞赛一、二、三等奖。学生通过参加这类竞赛活动，很好地锻炼了动手能力、解决复杂工程问题能力，学习主动性增强了，视野开阔了，学习质量提高了。同时还借助化学工程与工艺重点学科平台，定期安排学生、教师去炼油厂、研究院、设计院参观、实习，请工程经验丰富的工程师给学生、教师培训指导，听取企业对人才培养的建议，学生解决工程实际问题的能力得到锻炼，工程观念得到加强。

3 结束语

我校化工原理系列课程经过多年的教学改革实践，取得了良好的人才培养效果。人才质量显著提高，近几年来，毕业生整体上基础理论扎实、专业技能强、综合素质高，受到了用人单位的普遍好评，学生就业率逐年提高，近几年本科毕业生就业率达80%～90%，化工、材料等专业毕业生深受中国石化茂名石化公司、中国石化湛江中科石化公司、中国石化海南炼油化工公司、中国长城润滑油公司等大型国企石化公司欢迎。2017—2021年化学工程系支持我校化工、环境、高分子专业通过了中国国家工程教育专业认证，化学工程系接待了东莞理工学院、惠州学院、昆明理工大学、广东工业大学等国内高校的参观考察，成为学校相关工程教育对外交流窗口之一，为高校相关化工原理课程与实验室的建设提供示范作用。