基于应用导向的“化工原理”教学改革研究

郭文宇,李华兰,彭 波,陈 英,杨 珂,徐守斌

(1.绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川绵阳 621000；2.禾大西普化学(四川)有限公司，四川绵阳 621000)

0 引言

2015年，教育部印发的《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》[1]明确提出，引导部分地方普通本科高校向应用型转变.为深入贯彻该文件精神，我校从办学目标、人才培养模式、课程设置和师资队伍构建等方面进行了较大的调整与转变，同时鼓励教师在课程教学中体现应用性，深化产教融合育人，培养应用型人才[2].课程的应用性应围绕解决社会、企业及日常生活中实际问题为中心，以社会需要为依据，来确定课程内容、组织课程活动，培养学生应用知识能力、适应环境能力以及合作能力.

“化工原理”课程是化工类专业的专业基础核心课程，是利用“高等数学”“大学物理”“物理化学”等基础学科的规律和原理来研究化学工业生产中的内在本质规律，是一门综合性的工程技术应用基础课程[3].在过去的课程教学中，将化工实践附属于理论知识，并服务于理论知识，重理论，轻实践，不利于培养学生的应用能力.为了进一步贯彻“转型”思想，在课程建设中，课程团队将“应用性”贯穿在整个教学过程中，构建“理论-实践-仿真”三位一体对标企业教学体系，极大地提高了学生的分析与应用能力.

1 教学改革实施

1.1 课程目标及任务

“化工原理”课程在过去教学目标中，强调学生“应运用基础知识来研究单元操作的内在规律和基本原理”“具有能够正确进行计算、设计配套设备的能力”“理解并熟悉单元操作设备的构造”等，过度强调理论的重要性.

根据“转型”精神，结合本地区区域经济发展特点，认为“化工原理”课程应强调理论和实际相结合，培养学生具有运用理论来分析并解决生活和生产中各种实际问题的能力.在学习和实践中，应发展学生的自主学习能力，培育学生踏实、创新、认真和精益求精的精神，培养学生严谨、吃苦和追求卓越等优秀品质.教学过程应注重弘扬社会主义核心价值观，传播积极向上的正能量，塑造具有大国担当、心系社会的技术性、应用型人才.

1.2 课程教学体系设计

传统的“化工原理”课程体系中，实践是围绕理论展开，是为了让学生理解某一知识点而进行的教学环节，实践课程仅仅是理论课程的补充.

以培养技术性、应用型人才为目标，课程设计打破了原来各课程体系的框架，从行业、企业实际需求出发，结合我院目前实际情况，对“化工原理”课程教学体系进一步完善，建立了“理论-实践-仿真”三位一体的对标企业教学体系，如图1所示.

图1 课程教学体系Fig.1 Curriculum teaching system

在理论教学内容中，需对标市场企业，根据其需求选择理论知识内容，指导实践与仿真；实践操作可以验证基本理论知识，锻炼学生处理工程数据的基本能力；根据企业需求和指导，仿真可以更好地模拟真实训练环境，提高学生职业技能.理论教学指导实践操作，将实践数据放大，模拟工程操作.利用仿真教学，了解真实世界中无法实现的危险性操作、临界条件.企业指导教学，教学培养企业所需的技术性和应用型人才.

1.3 教学内容

1.3.1 教学内容设计理念 课程教学应着眼于学生的全面发展，突出培养学生的应用技能.课程内容以应用活动为主线，强调理论结合实践，扎实学生基础知识，进一步提升学生工程素质[4].

1.3.2 教学内容设计思路 对标企业需求，依据“理论-实践-仿真”三位一体体系，以由浅入深、由表探里、由易及难的认知心理顺序，建立实践-理论-再实践-再理论的教学活动过程[5]，根据生产工作过程再来细化课程内容和组织教学.

1.3.3 教学内容模块 按照教学设计理念及思路，对该课程的内容选择做了模块化的改革.将本课程分为动量传递、热量传递和物料传递三大教学模块，根据这三大操作模块知识结构，又细分为7组操作单元，如图2所示.

图2 教学内容模块Fig.2 Teaching content module

结合现在化工工业生产中常见的操作单元[6]，分别在这7个操作单元中选择流体与输送、过滤、传热、蒸馏、吸收、干燥作为教学工作单元.

1.4 教学手段

1.4.1 基本教学模式-现代多媒体结合传统教学 目前高校教学基本采用多媒体教学，多媒体集文字、音像、图片、动画与视频于一身，可以方便有效地演示教学课件[7].我们将仿真素材以及其它素材引入课堂教学中，利用多媒体集成、交互和可控功能形象逼真地向学生展示各种设备的内部结构、操作过程原理以及设备运行情况，可以给学生一种很强的代入感，既丰富了课堂内容，又加强了学生对设备的认识.

尽管多媒体教学方式比传统方式更加快捷，但在“化工原理”课程教学中，它不可能完全取代传统的教学方式.这是由于“化工原理”课程中有大量的理论公式需要推导，繁琐的计算过程需要展示，这类的教学内容采用传统教学，不仅能与学生进行教学互动，还能有效地控制授课节奏，从而更好地增强教学效果.

1.4.2 线上线下混合式教学 随着互联网和教育的深度融合，线上教学也逐渐得到认可[8].虽然线上教学打破空间与时间的限制而进行学习的优势也越来越明显.但是通过网络调查、学生访谈以及学生作业发现，纯粹的在线课程学习效果却与预期相差甚远，这是因为缺乏传统教学中老师能够灵活的进行“导”这一因素[9].

混合式教学既有面对面课堂教学简洁直观的优势，又有线上教学灵活方便的特点，而且在课堂上教师也可以利用在线平台的功能对学生进行签到、考核、测验和检查，所以将课堂教学与在线教学有机融于一体的线上线下混合式教学要更有优势.

1.4.3 虚拟仿真结合现场教学手段 化工实验一来由于设备占地面积大、经费不足等问题，实验过程通常是多人一组，学生单独动手机会少，导致实验效果不理想；二来由于化工原理实验设备仍属于小流量实验设备，在很大程度上限制了工程实验的实施.将虚拟仿真技术引入“化工原理”实验教学中就可以很好地解决上述两个问题.搭建虚拟仿真实验教学平台是深化和拓展实验教学的手段，也是强化理论应用的重要形式[10].

为增强学生的独立思考和创新能力，在教学活动中，要求学生动手做完实验后自己在虚拟仿真软件下模拟趋于现实的大规模、大流量生产，通过虚拟模拟实验数据和仪表的应用，对比现场实验的数据及仪表，强化了学生工程生产的概念，是完全不同于基础课程中强调的实验室思维.

1.4.4 课程见习 课程见习是深化学生对课程认识的重要途径和手段[11]，安排学生在学习完流体流动及输送两个工作操作单元后进行，这两个工作单元是“化工原理”课程的基础，基本概念以及模型搭建流程都在这两个单元中已经学习完毕，因而学生在课程见习过程中，就能够带着问题与思考来了解分析企业中生产流程和工艺组成等.通过见习，学生也会明白企业中需要什么专业知识和专业技术的人才，会进一步激励自己学好“化工原理”课程.

1.5 教学组织

1.5.1 办好开课第一讲 俗话说，好的开始是成功的一半.因此办好“化工原理”课程开课的第一讲，也是相当重要的.从学科历史发展及人物展示的开课第一讲，可以让学生感受先辈“刻苦学习，振兴中华乃我辈己任”的精神；聘请企业教师进行的开课第一讲，可以使学生了解化工行业的前景，更好的培养学生的工程观念，增加学习本课程的兴趣；邀请学生讲解自己心得的第一讲，通过同龄人的经验交流，拉近学生和课程的亲切感，提高学好本课程的信心.通过形式丰富多彩的开课第一讲，极大的鼓舞了学生学习本课程的信心，提升学习的热情，强化了学生学习的目标.

1.5.2 将思政元素融于教学知识体系，做好课程思政教育 在进行“化工原理”课程教学中，以立德树人为根本，以“三全”育人为教学框架，充分发挥课堂教学的主渠道作用，将坚持、专注、精益求精和化育天工的化工工匠精神融入课程教学当中，强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激励学生成为有梦想、有本领、有担当、有危机意识、勇于践行科技报国的新一代青年.

(1)以缅怀先辈为线索的思政元素贯穿教学知识体系

国家现在的繁荣离不开那些将毕生的心血都用于建设的科学家和工程师们默默无闻的奉献.为了更好的将先辈事迹融于教学体系，我们在每个操作单元工作中分别介绍与该单元对应的，在这个单元领域中做出重大贡献的我国化工专家.授课团队将这些先辈的生平贡献作为导入教学知识的线索，并将他们的事迹以ppt、视频或其他方式展示在课程中.

(2)以大国工程作为线索的思政元素贯融入教学知识体系

为了加速经济建设，国家规划、建设了很多大型国家工程，这些大国工程离不开基础工业的支撑，离不开创新思想的引领，比如规模宏大的南水北调、西气东输和西电东送等工程.课程团队在在线课程的每个单元操作中设立“我爱我的祖国”栏目，将相关大国工程的各种视频、ppt以及其他格式的文件上传在这一栏目中，在教学中结合教学知识点有针对性的拿出来作为案例进行分析与讨论，在让学生接受知识的同时，引导学生认识基础化工行业在大型工程中的重要地位，正确认识中国经济战略发展意义，增强时代责任感与历史使命感.

1.5.3 案例式教学模式-线上课程与课堂讨论相结合 “化工原理”课程属于工科课程，很多的理论与公式是通过实践经验获得.在应用这类型知识的时候，如果简单的运用多媒体动画教学，学生不能够有效领悟，更不能获得直观的感受.在长期教学实践中发现，这类型的教学采用案例教学效果最好.具体实施时采用线上课程结合课堂讨论进行，更能有效地树立学生的工程观念，提升其理论应用于实践能力.

在教学过程中，先将某些现象、理论或者事件有条理的上传在线上课程中，让学生登录在线课程进行自我学习，观看视频，学习知识.教师再组织学生在课堂进行有效的分组讨论与解答，再结合企业提供的案例或者生活中的案例和学生一起分析，使得学生对于化工基础中的各种经验公式和理论有更深刻的认识.为了督促学生有效利用课程资源，教学团队对教学考核进行改革，增加预习作业一项，有力地保证了学生能够参与到线上学习与课堂讨论中.

1.5.4 项目式教学模式-体现“理论-实践-仿真”三位一体 以“应用”为导向，培养应用型人才，教学团队对各类企业经过大量调研后决定采用多层次、多方位、系统性的教学方法.

理论指导实验，以验证性实验来验证理论知识，这些验证性的实验是化工原理基础实验，也是学生必修实验.在这基础上，我们将实验数据放大，想要探究其放大实验的现象以及规律，现场的设备已经不能满足教学实际需要，这时就必须借助虚拟仿真.

实验放大涉及到的设备仪表都不同，这对学生而言，就明确了一个信息，就是工程放大不仅仅是把设备体积放大一倍这么简单的事情.在工程放大时，要涉及多个单元操作、多门课程组合，然后利用数学计算，搭建模型进行操作.

通过“理论-实践-仿真”的三位一体的教学体系来组织教学，可以极大地增强学生工程意识，培养学生工程素养，从而达到培养应用型人才的目的.

1.6 考核评价

如何有效地评价学生的学习效果，通过对学生的学习评价调动学生主动学习的积极性，激发学生的学习热忱一直都是教师探究的命题[12].我们通过对以往的考试情况的总结和反思，决定逐步尝试注重学习过程的考核评价体系.根据本学院“化工原理”课程的特点和内容，同时利用学习通平台的统计功能，采用预习成绩20%+总结成绩10%+讨论10%+考勤成绩10%+期末成绩50%综合对学生评价.

“预习-听讲-练习-总结”构成了完整的学习体系，教学评价也应该基于这一学习体系进行评价，因而设置有预习成绩、总结成绩以及课堂或课外表现成绩.没有平时作业成绩是因为期末学校组织的统一考试就可以促使学生自己下去进行习题练习，再加上我们将易错题讲解做成视频放置在网上，学生可以随时随地参考复习更正.

(1)基于在线平台的预习成绩的认定

由于理论学时只有64学时，学时数少，而化工原理理论知识点多，难点多，单凭教师课堂讲解是远远不够的，所以必须要求学生提前预习.我们将化工原理的知识点做成微课，放在在线课程上.根据教学特点，让学生自己上网预习、学习指定的任务点，完成预习作业，希望通过预习作业成绩的评定来培养学生的自学能力和分析问题的能力.预习不单单是看看书，听听视频，我们要求学生通过预习理出自己的思路，并针对本章节的内容提出自己的问题.根据学生的预习作业以及提出的问题进行评价学生的预习成绩.基于在线平台的预习活动，也是顺利开展案例式或翻转式教学的必要保障.

(2)基于思维导图的总结成绩的认定

及时认真的对每操作单元进行总结可以进一步让学生更加系统的掌握各个单元操作的内容.采用思维导图的方式来总结可以让学生在理解消化每一操作单元的基础上，有条理、有层次的将各个单元操作串联起来.在教学过程中，我们通过学生的总结作业来认定学生的总结成绩.

(3)讨论成绩的认定

这部分成绩又由两部分构成，一部分是参与课堂活动的讨论，另外一部分是参与在线课程的讨论.在课堂上开展翻转式教学或案例式教学，总要有学生参与讨论，才能够更好地完成教学活动，通过考核成绩的认定来激励学生参与各种课堂活动，就是为了保障教学活动的顺利开展.

在学习通的讨论栏目对各种案例、事件和现象进行讨论，极大的增加了学生学习主动性，这种讨论方式不受时间与空间的限制，学生什么时候有了灵感或者答案什么时候参与讨论.在讨论过程中，学生可能会走弯路，也可能会出现“牛头不对马嘴”的回答，但是网上交流可以更好地使同学们倾听其他同学的思路与看法，也是提升自己的见识和学习的一个非常好的方式.通过平台的讨论得分来鼓励学生参与讨论，也是培养学生逻辑思维能力的方式.

图3 学生对课程综合评价调查图Fig.3 Survey chart of students' comprehensive evaluation of the course

图4 学生对课程教学效果评价调查图Fig.4 Survey chart of students' evaluation of course teaching effect

2 教改效果

以“应用”为导向的教学改革从2013级开始实施到现在取得较大的成果.通过对学生问卷调查显示，大多数同学都认为这种教学效果好.在化学师范专业中，除部分学生对这门课程认识有偏见外，应用化学专业学生基本都认为通过教学课程的实施，他们学到有一定价值的东西，其中有60%多的学生认为除了教材的知识点之外，还学到很多其它有价值的东西.

3 结语

以“应用”为导向，对“化工原理”课程进行改革是一项系统的工程，只有将“应用性”体现在教学的各个环节当中，才能在有效的教学活动中，更好地提升学生对知识的应用能力以及对问题的分析能力，从而培养出技术性和应用型人才.