工程教育认证背景下《化工工艺学》教学改革的探索与实践*

陈 恒，李 丽，王晓钰，姚 路，原平方，陈改荣

(新乡学院化学与材料工程学院，河南 新乡 453000)

工程教育专业认证是保证和提高高等工程教育质量的一种重要手段和措施，有助于提升高校的人才培养质量，满足新工科快速发展的要求[1]，化工工艺学(或者化学工艺学、石油化工工艺学等)是学生达成“能够综合运用所学知识和技术手段，分析和解决复杂工程问题”这一毕业要求的最重要课程[2]。根据《化工专业教学质量国家标准》要求《化工工艺学》是化学工程与工艺专业必修的一门专业核心课程[3]，是学生在学习完《化工原理》、《化学反应工程》、《化工热力学》等先修课程知识基础上开设的，通过本课程的学习培养学生将已学的专业理论知识和专业基础知识与实际生产相结合，以处理实际生产过程问题[4]；培养学生在化工工艺过程的理论与实践方面建立较为系统的基础，能较好地应用物理、化学、化工基础知识来分析和解决实际问题[5]。但目前我校开设的《化工工艺学》存在教材编写理念陈旧、覆盖面过窄、工艺进展落后等问题，导致教材内容不利于培养学生的创新意识和国际化视野；教材内容组织与呈现形式单一不利于学生自主学习和自我评价。在课程教授过程中缺乏思政元素的发掘；与先修课程及相关课程的结合不够，对培养学生综合用于专业基础知识的能力上做的不到位。

顺应新工科建设和工程教育专业认证趋势，教学团队基于《化工工艺学》课程授课存在的问题和我校化学工程与工艺专业“一流专业”建设的实际情况，并参考兄弟院校的改革措施[6-7]，重点从教学内容、课堂教学方法和课程思政三方面全面进行改革与探索。

1 本着“内容丰富，工艺先进，紧跟时代发展”原则，教学内容改革主要从教材改革和课堂授课内容两方面着手

一是立足河南，以心连心化肥厂、濮阳大化、昊华骏化、洛阳石化等化工企业生产过程为主线，发掘合成氨、尿素、纯碱、汽柴油生产等典型的无机、有机产品的生产工艺案例，详细其生产过程及过程中使用的新工艺、新技术和新设备，使教学内容更接地气，更贴合学生就业实际。二是面向全国，放眼世界，将国内外最新工艺成果引入教学，增加课程内容时代性与前沿性。结合案例分析，培养学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新意识和创新思维能力。具体做法如下：

(1)编写新版教材，教材内容保留原来的合成氨部分，作为对煤化工工艺的典型工艺过程，重点讲解。同时，加入石油炼化、加氢裂化、三聚氰胺和乙二醇等目前更贴近化工行业的典型工艺，与时俱进，紧跟行业发展。摒弃传统的教材编写模式，以OBE理念为引领，贯彻“目标导向、学生中心、持续改进”。教材编著时，注重突出学生中心地位。在教材编写时，每章内容前设置“学习目标”模块，参照布鲁姆教育目标分类法，从认知、情感、动作技能等领域设置本章的学习目标，便于学生树立明确的、可衡量的学习目标。教材编写工作在河南省“十四五”普通高等教育规划教材立项建设支持下，融入化工工艺学研究领域最新发展，充分融合现代信息技术手段，内容组织形式富有启发性，有利于激发学习兴趣及创新潜能。

(2)改变课堂讲授内容，以教材内容为基础，但又不拘泥于教材内容，适当加入最新工艺和行业前沿技术的讲解。设置专门的课内实践课时，利用学校的仿真实训平台和化工拓展实验室，让学生了解和掌握化工生产过程各个岗位的工作内容和对工艺参数的实时控制。提高学生学以致用、理论联系实际的综合能力。设置专门课时为学生讲解化工行业常用设计类软件，让学生学到实实在在的有用的知识。设置专门课时讲解化工原理、化工热力学、化工分离工程和化工CAD等先修专业基础课程在工艺学中的应用，增强学生综合运用专业基础知识的能力。

2 课堂教学方法上摒弃传统授课方式，改变“老师为主，学生被动接受”的现状，坚决杜绝满堂灌；改变封闭式课堂的现状，将课堂从教室延伸到图书馆，从书本延伸到网络

(1)化工工艺学采用混合式教学主要由40学时的理论课授课和8课时的实践课教学组成。同时理论课时又是由线上学习和课堂教学组成，学生线上学习时，主要以课程预习、课下自学、线上作业、线上自测、线上讨论、线上拓展等学习活动为主。课堂教学时，教师依托BOPPPS教学理念开展有效教学设计，结合学习通APP开展线上线下教学，促使学生广泛参与，突出学生的主体地位。

以“一氧化碳变化工艺条件的选择”为例，本次课教学重点是温度、压力、物料组成对变换反应的影响和工艺参数控制，教学难点是如何控制操作温度沿最佳温度线。本次课的学习目标是导言(Bridge-in)设置图示“煤化工厂能耗与空气治理之间的关系图，同时结合近两年国家出台对化工厂环保强势政策与空气质量变化的实例”引导学生加深对节能减排、降低能耗的直观认识，由此引入一氧化碳变换工艺条件控制的学习内容。PPT展示，口述学习目标(Objectives)“学习者能准确说明一氧化碳变换反应原理，并准确指出影响因素；学习者能掌握可逆放热反应温度控制方法；学习者能理解一氧化碳变换反应乃至可逆放热反应如何降低能耗。”前测(Pre-assessment)部分通过学习通 APP 推送题目，测试学生对一氧化碳变换反应原理、影响因素、对话及催化剂等的掌握情况。

根据答题情况简单讲解。设置两个任务鼓励学生参与式学习(Participatory Learning)。任务一是“压力对变换反应的影响以及如何控制”。给出变换反应式，引导学生思考如下问题：(1)结合从《反应工程》知识如何分析压力对变换反应的影响；(2)工业上为何一般都选择加压反应呢？有什么优缺点？确定压力大小的原则是什么？通过PPT 展示列表，组织分组讨论。首先按课前分组，从反应速度、生产能力、热能回收、降低能耗、设备投资等几方面分析选择加压的优点和缺点，每组讨论 1个方面；随后，点名软件随机抽取一组，说明本组讨论结果；最后，其它组补充，教师点评。通过总结合理的条件，并引出任务二“如何控制操作温度沿最佳反应温度线” 板书展示常见的列管式反应器，演示其工作过程。提问：该设计的缺陷？引导学生从设备投资、操作成本等方面考虑。学习通 APP 摇一摇选人回答，并公布答案。提出问题“如何改进”引导学生化工原理中所学的传热方式出发进行思考。学习通 APP 摇一摇选人回答。板书给出给出分段反应，段间冷却，展示三段床层，讲解间接换热和段间直接换热的原理和对反应体系的影响。提出问题“直接换热可以选择什么冷源”。板书展示冷原料气冷激对反应体系转化率的影响，归纳答案，并说明冷原料气冷激的优缺点。继续提出问题“还可以选择哪些冷源”，引导学生结合反应工程、物理化学的知识，本着对反应过程有利的原则思考，总结给出正确答案。

围绕学习目标，依托学习通开展后测(Post-assessment)，并结合学生作答情况，予以点评。总结(Summary)重点、难点后布置课后学习任务“学生通过对一氧化碳变换反应的学习，掌握工艺条件控制方法，掌握节能降耗的切入点。结合 CNKI 文献的调研和结合小组讨论， 从原料气来源、催化剂特点、流程长短、设备投资、操作费用、能量回收与利用等角度，评价并归纳该流程的特点。学生结合文献调研，总结一氧化碳变换反应的最新进展。”

(2)充分利用我校“煤制甲醇及烯烃半实物仿真实训平台”，设置8个课时实训课时，在讲完合成氨全工艺过程后，到仿真实训平台上课，从读工艺流程图开始到熟悉各个工段工艺参数控制，重点锻炼学生读图、识图能力以及对工艺主要设备和控制方法有直观的认识。

(3)扩大教学团队，加入《化工原理》、《化工热力学》、《化工分离工程》、《化工CAD》等课程的主讲老师，设置专门课时为学生讲授这些先修课程知识在化工工艺过程的应用体现和如何在化工工艺设计或者工艺技术改进过程中运用这些基础知识，切实做到让学生学以致用、理论真真实实地联系到实际。

3 课程思政改革，具体工艺过程的学习过程中可把思政元素融入到课堂教学的各个环节

化工工艺学是一门与身产实际联系紧密的课程，是培养学生对所学专业基础知识的综合运用能力的课程，在对化学工业的介绍，具体工艺过程的学习过程中可把思政元素融入到课堂教学的各个环节，注重科学层面上培养学生节能减排意识，引导学生做到“明大德、守公德、严私德”，帮助学生形成正确的世界观、人生观、价值观，积极引导学生不断追求更高的目标，把服务中华民族伟大复兴作为自己重要使命和学习的不竭动力，努力把学生培养成德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，真正达到教学目的要求。具体做法如下：

提出“树立绿色发展和环境友好意识，能够从“经济 (Economy)、效率 (Efficiency)、生态(Ecology)、能源 (Energy)等角度选择原料、设计工艺流程和选择过程设备”为本课程的核心育德目标。结合每节课的教授内容，严密设计思政元素；利用课前和课间时间为学生播放化工先驱、化工名人、化工典型工艺，以此方法帮助学生了解化工发展过程，激起学生家国情怀和培养学生的民族自信心，对专业学习和就业的自信心。提出的思政元素和采用的思政材料如图1所示。

表1 思政元素和材料Table 1 The elemets and matertal of ideological and political education

4 结 语

教学团队从2018年开始对化工工艺学教学进行从教材到课堂教学改革的探索和实践，从学生反馈情况来看，学生给与相当高的肯定，学生学习积极性和主动性明显提高。通过课程思政内容的融入，学生对本专业的学习积极性和专业认可度得到很大提高。但是，教学改革是一个任重道远的过程，在现有的改革成果基础上，我们拟将工艺学更多第与基础课程、后续的设计课程结合，打造“超级课程”，以进一步增强学生学以致用的能力，增强学生工程思维，满足化工行业对应用型人才的需求。