新工科背景下分离工程课程建设的改革探索

＊邢波 杨郭 杜怀明 刘兴勇 周强 刘小楠

（四川轻化工大学化学工程学院 四川 643000）

分离工程作为化学工程学科的重要组成部分，是一门来源于化工实际生产，并在实际生产过程中不断发展延伸，最终形成一门相对成熟的学科，是化工相关专业学生所必须学习的一门专业核心课程[1-2]。该课程是研究化工过程及其它工业过程中物质分离与纯化方法的一门技术科学，是研究分离过程和分离设备共性规律的学科，应用性极强，为石化工业、无机和有机化学工业、石油加工、资源和能源工业、材料工业、聚合物加工、生化工业、制药工业、环境保护、核工业等许多国民经济重要工业领域的成长和技术进步做出了极其重要的贡献[3]。

此外，当前世界面临百年未有之大变局，产业在变、行业在变、技术在变，高等教育必须求变以应对新一轮科技革命与产业变革、应对我国新经济发展和应对未来战略竞争，培养当今和未来社会和经济所需要的能力[4]。在此背景下，教育部至2017年2月以来积极推进新工科建设，提出高等教育发展新理念、新质量、新体系、新模式和新结构，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设[5-7]。

因此，面对时代挑战，分离工程课程建设改革需要以新工科建设为指引，更新理念、创新教学方法、优化评价标准、紧跟时代科技前沿，提升课程高阶性、突出课程创新性、增加课程挑战度，切实提高课程质量，促进学生知识、能力、素质有机融合，培养解决复杂工程问题的综合能力和高级思维[8-9]。此外，四川轻化工大学（以下简称“我校”）作为四川省化工类本科人才培养基地和西南化工类人才的重要来源之一，已在化学工程与工艺专业建设方面取得长足发展，并成为西南地区省属高校中首个通过国家工程教育专业认证的化工专业。为此，我校分离工程课程团队以国家工程教育专业认证为契机，在课程思政、教材建设、教学理念、教学方法、教学评价以及课程目标等方面进行了不断的改革探索，为培养德智体美劳全面发展、社会适应性强、基础扎实、具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才提供重要支撑。

1.以立德树人为引领，深化课程思政建设

分离技术是解决环保问题、能源问题、安全问题等国家重大需求的工程技术，人类生活水平进一步提高有赖于新的分离技术，是衡量一个国家综合国力的重要标志，在整个工业生产过程中占据极其重要的地位[9]。因此，深化推进 《分离工程》课程思政建设，对我国培养具有家国情怀、责任感、使命感、民族自豪感的分离技术人才尤为重要。为此，我校分离工程课程教学团队在教学过程中会深度挖掘课程所蕴藏的丰富德育资源来推行课程思政，专门收集了一些我国典型分离过程发展背后的先进人物和事迹进行讲解，让学生能够认识到我国分离技术的发展艰辛、取得成就、存在的巨大挑战与机遇，强化学生科学精神和创新意识[6]。比如，在讲解萃取分离技术的串级萃取理论时，会向同学们介绍我国徐光宪院士在建立新串级萃取理论、引导稀土分离技术全面革新和促进我国从稀土资源大国向高纯稀土生产大国飞跃等方面所作出的杰出贡献，让同学们知道我国老一辈科学家在推动我国分离技术进步方面所作出的艰苦努力，增强同学们的家国情怀和文化自信。另外，在讲解CO2吸收过程时，会给同学们衍生出对应的温室效应以及全球气候变化问题，给同学们灌输要解决好温室效应和全球气候变化不仅需要技术的创新，更需要践行更加绿色、循环、低碳的发展理念，注重学生工程伦理意识培养。在讲解多组分精馏时，将向同学们介绍中国科学院院士、著名化工专家、天津大学教授余国琮在化工精馏领域所开展的创新性工作，重点介绍其所提出的不稳态蒸馏理论和浓缩重水的“两塔法”，为新中国核技术起步和“两弹一星”突破作出了重要贡献。同时，余国琮教授开展了大量大型工业精馏塔新技术研究，奠定了现代精馏技术的理论基础，形成了“具有新型塔内件的高效填料塔技术”，完全打破了国外技术的垄断，有力促进了我国石化工业跨越式发展。通过化工分离过程领域典型案例的介绍，让学生能够树立牢固的科学素养和家国情怀。

2.以课程目标为指引，完善课程教材体系

虽然我校分离工程课程推荐使用教材为叶庆国主编的《分离工程》，但是由于不同教材在教学内容安排、讲解难易程度、工程实践案例安排上都有不同，为让学生更容易理解分离工程有关的分离技术和基本理论，我校分离工程课程教学团队在教学过程中会综合分析国内外《分离工程》相关的经典教材，包括《Separation Process Principles》（Seader,J.D.and Henley,E.J.,Chemical Industry Press）、《化工分离工程》（邓修、吴俊生主编，科学出版社）、《化工分离过程》（刘家祺、陈洪钫主编，化学工业出版社）、《石油化工分离工程》（张一同、徐心茹主编，华东理工大学出版社）、《分离工程》（叶庆国主编，化学工业出版社）等教材，分析教材章节内容与课程目标的关系，在不同的教学环节还选用不同的辅助教学参考书，旨在更新课程内容、注重工程实践和完善整个教材体系。

比如，在讲解设计变量计算时，将采用《化工分离过程》（刘家祺、陈洪钫主编，化学工业出版社）中所涉及的例题进行讲解，该教材对可调设计变量、固定设计变量的概念描述更为直接易懂，所涉及的例题计算分析也更为具体详细，同学们理解起来吸收起来更为容易。在讲解活度系数法计算相平衡常数时，将采用《化工分离工程》（邓修、吴俊生主编，科学出版社）教材中内容进行讲解，该教材详细分析了基准态逸度计算、活度系数计算、普瓦廷因子等，尤其是对于基准态逸度的确定比推荐教材讲解更深入，教学内容编排逻辑也更为清晰。在讲解多组分精馏的简捷计算时，将采用《化工分离过程》（刘家祺、陈洪钫主编，化学工业出版社）教材中所涉及的例题进行讲解。该教材的例题按照层层递进的思路，将整个FUG法讲解得清晰明了，并且还涉及具体的简捷计算的流程框图，更容易让学生理解掌握。在进行吸收单元操作的工程案例讲解时，将采用推荐教材进行讲解，推荐教材所讲例题来源于实际生产，情境性更强，且整个计算推导过程详细、原理清晰，有利于基础相对薄弱的普通本科院校学生进行学习理解。

3.把握新工科建设内涵，创新教学理念、课程内容、教学形式和教学评价

新工科建设对课程建设提出更高要求，课程建设需立足当下、瞄准未来、主动变革，创新课程教学理念、课程内容、教学形式和教学评价。为此，我校分离工程课程教学团队在教学过程中作出了如下改革探索：

（1）在课程教学理念方面，我校化学工程与工艺专业早在2014年就成为西南地区省属高校中首个通过国家工程教育专业认证的化工专业，并在2017年再次通过了CEEAA组织的专业认证。因此，教学团队老师时刻以“学生中心（SC）、成果导向（OBE）、持续改进（CI）”的国际工程教育理念武装大脑，将“考”生变成“学”生，将“教”师变成“导”师，学生在课程学习中要处于中心地位[10]。经过近五年教学团队的不断建设完善，目前学校《分离工程》课程已经按照工程教育专业认证要求完成教学大纲修订、教学内容更新、课堂教学创新、试卷分析、课程目标达成度分析、存在问题及持续改进分析等教学管理工作。同时，教学团队已经形成良好的“传帮带”机制，对于新加入教师也会通过助教、专题培训、共同研讨、试讲、指导教学竞赛等方式，增强其对国际工程教育理念和新工科理念的认识，提升其各方面教学能力，让其更快融入《分离工程》的课程教学。

（2）在教学内容上，会强化绪论课程的统领作用，将从整个化工专业知识体系出发，让学生知道《分离工程》这门课在专业知识体系中的重要位置，以及该课程与其他课程间的相互关系如何，让学生的知识学习更加立体、更加明了。同时，在绪论中还将对整本教材的编制逻辑线条进行讲解，让同学们清楚每一章在《分离工程》知识体系的作用，有助于学生构建整个知识网络体系。此外，不再局限在传统分离过程的讲解过程中，会在教学过程中将我校团队科研成果与教学相结合，通过专题的形式向学生讲解一些新的分离工艺、设备和方法，比如分子筛膜技术、超临界萃取技术、反渗透膜技术、反应精馏、靶向捕获技术等；同时还将添加模拟计算方面知识介绍，以乙醇和水的精馏分离过程为例，重点介绍常见化工模拟软件（如Aspen、PROII等）的使用，让学生更为直观的了解化工模拟软件的功能与作用，让学生熟悉针对不同分离物系的物性方法选择，通过结合课程所学的物性方法，加强学生对物性方法的认识；让学生认识在化工模拟中，单元操作模块的选择、建立以及相对应参数设置过程，并通过模拟操作可以获得哪些信息，让学生真正认识到课本中所学的化工专业知识在过程模拟中是有用的，也让学生树立采用化工模拟技术手段解决实际问题的意识，增强学生使用化工模拟软件的能力。

（3）在教学方式方法上，会借鉴国内华东理工大学、大连理工大学、吉林化工学院等高校做法，引进举例教学和案例教学，改变“满堂灌”的教学模式，提倡“启发式”和“引导式”教学，让学生多思考、多练习，能够充分体会化工过程工业及其他过程工业特点，并领会所学各知识点的实际用途，能够了解生产问题的提出、分析、解决，有助于提高学生分析工程问题和系统解决问题的能力。比如，会将莱帕克公司设计开发的乙酸乙酯过程装备基础拓展系统引入课堂，通过动画的方式给同学们介绍乙酸乙酯生产整个流程，进而介绍整个装置所涉及到的萃取、填料塔精馏、板式塔精馏等分离过程，并组织学生现场参观，加深整个课程的学习效果；也会将学院实验中心的膜分离实验模块引入到课堂中，通过动画演示的方式给每位学生介绍整个膜分离模块的具体组成，重点介绍每一个组成单元的具体原理、分离目的、分离效果以及在工业中的具体应用，加强学生对新型膜分离手段的直观认识，增强学生对于新型分离手段的学习兴趣。此外，教学团队中每位老师每年都会根据自己的研究方向或结合最新的研究成果设计和开发新的教学案例，一方面不仅可以丰富教学案例库和教学资源，另一方面还可以使学生了解到更多分离工程领域的最新知识，激发学生对新知识学习的兴趣。

图1 乙酸乙酯过程装备基础拓展系统

另一方面，还将组织学生开展课模大赛和课外文献阅读，通过分组PPT汇报的方式，介绍《分离工程》课程中某一知识点或者某一种分离手段，最后按照得分设置奖项。通过分析我校学生课模大赛作品可以清晰地知道学生对于分离工程知识点的理解掌握程度，从而有针对性地进行持续改进。同时，还通过课模大赛的方式，加强本校学生与其他化工院校学生的联系与交流，积极组织学生参加全国性质的课模设计大赛，展示本校学生对于分离工程课程学习效果，在比赛中促进学生学习效果的提升和综合素质的培养。此外，在课程教学过程中，引入思维导图的方式让学生把每章知识点进行串联，形成立体性，学生普遍反映把书本讲薄了，理解也更加深刻。

（4）在教学评价上，除了平时考勤、课后作业和期末考试之外，还引入了案例教学大作业、随堂提问、课外文献学习和课模大赛，综合考察学生学习效果。这种考核方式有利于学生采用更加多元化方式进行分离工程课程学习，丰富的学习渠道可以充分调动学生学习积极性，有助于培养学生对于分离技术的学习兴趣。

4.结束语

正如陈宝生部长所讲，除了创新，高等教育别无选择，无路可走；除了革命，高等教育别无选择，无路可走。作为一门化工类专业学生必须掌握的核心课程，我们教学团队已从课程思政、教材建设、教学理念、授课内容、方式和考评模式等方面作出一些具体的课程改革探索，也切实提升了我校分离工程课程建设质量，对化工类学生专业知识体系的构建具有重要意义。在未来的教学过程中，我们教学团队将持续不断学习借鉴其他高校的课程教学创新设计，不断探索思考如何更好传授分离工程，实现专业知识传授与育人目标的统一。