基于OBE理念的高校化工原理课程改革与实践

李 倩，张 宇，黄 青

（1.湖北第二师范学院 a.化学与生命科学学院；b.湖北省环境净化材料工程技术研究中心，武汉 430205）

1 引言

OBE即成果导向教育，也称为能力导向教育、目标导向教育、需求导向教育，主要关注学生通过教育后所获的学习成果。作为一种先进的教育理念，对于教育工作者提出四个关键问题：想让学生取得的学习成果是什么？为什么要取得这样的学习成果？如何有效地帮助学生取得这样的学习成果？如何得知学生已经取得了这些学习成果？特别是近年来我国大力推行的工程教育专业认证，更是以“成果导向、以学生为中心、持续改进”为基本理念，探索应用型本科人才培养模式。

化工原理是化工、应用化学类相关专业重要的专业核心课程，具有较强的“应用性、行业性、实践性”，主要讲授的是化工生产中涉及的典型单元操作和主要设备，包含单元操作的基本原理（动量传递、热量传递、质量传递）、过程参数变量、工艺计算（设计型计算和操作型计算）、典型设备的结构原理、操作性能和选型等。[1]-[2]该课程是在学生完成高等数学、大学物理、无机化学、分析化学、有机化学、物理化学等基础课程以后，进一步学习工程学科专业课的过渡课程，也是学生们开始接触企业实践生产，为将来实习、工作和深造打下基础的一门课程。[3]-[6]该课程的教学目的是使学生在学习中牢固掌握单元操作的基本原理和基本规律，养成较强的实践操作能力的同时树立一定的工程观念和意识，这对于培养学生在工程领域的生产、管理、技术创新能力和提高学生的综合专业素质具有重要作用。[7]-[10]因此，如何结合OBE教育理念对该核心课程进行改革是当前各高校教师讨论的热点问题。

本文综述目前国内院校在化工原理教学中的现状和存在的问题以及改革方法上所进行积极探索和尝试，再以湖北第二师范学院应用化学专业为例，总结近年来把OBE 理念引入课程教学中进行课程改革的情况，希望能为同类课程的教学提供一些思路。

2 化工原理课程的特点和教学问题

化工原理是一门典型的工程学科，突出特点是工程实践性强、注重应用，理论和实际又紧密结合。因此该课程的特点决定了它和其他很多基础学科不同，除了严密的公式、理论要进行推导、演算，还有大量的工程实践内容。由于课程涵盖的内容较多，概念抽象，过程机理和公式繁杂，因此无论是教还是学，都有很大的困难。近年来一线教师们通过大量总结教学经验，发现其问题主要有以下几个方面：[11]-[18]

（1）以往的课堂忽视学生的个体差异，没有考虑培养学生学习课程的方法，也没有考虑对学生综合素质的培养。并且传统的教学中，由于条件的限制，很多时候只能局限于课堂上老师讲，学生听，教师多采用板书结合多媒体课件进行教学，所使用的课件往往只能用文字和简单图片来说明教学内容，而化工原理中所涉及的大量单元操作的过程和化工机械设备的结构、原理，特别是实际运行的状态和问题，很难利用这种教学方式传递和表达，尤其是对从未接触过化工生产实际的学生们，很难获得深刻的认识，使得讲授只能停留在使学生具有粗浅感官认知的阶段，教学效果较差，课堂气氛不够活跃，师生互动较少，学生多处于被动接受。

（2）教材部分章节篇幅较大，课时不足，仅靠课堂教学难以提升教学效果，对学生理解和掌握所学知识的能力要求过高，学起来普遍感到比较吃力，学生的学习热情和积极性也不高，并且产生很大的畏难情绪，学习效果较差。

（3）实验或实践教学稍显不足，理论课程和实验实践类课程的时间跨度较大，实验教学的条件还比较困难，实验室的建设比如场地、实验仪器的质量和数量还有待完善，大多还停留在传统的实验项目上，大型、完整的综合性、设计性实验项目还比较稀缺。学生不能及时消化理论知识，缺乏实践经验和实践操作机会，没有工程意识，对实际生产、工艺过程没有了解和对比，理论和实际脱节，认识不到本课程的意义和重要性。

（4）很多教师由于没有进行专业的工程培训，缺少在工厂、企业生产实践的经验，从而无法联系实际，教学内容枯燥，课堂沉闷，对学生不能积极、有效的引导，一些教学活动难以组织和进行。

（5）考核模式过于单一，过于重视期末考试成绩，学生的能力和水平并没有完全体现和发掘，不利于调动学生学习的积极性和激发他们的学习热情，也不能给用人单位提供毕业生就业相关内容的有效评价和参考。

3 化工原理教学的改革情况

鉴于以上问题，需要对教学内容、教学方式方法、考核形式等进行多方面的整合和建设，探索更符合专业特点和发展的教学形式，为此广大教学工作者也在不断地努力。现对目前国内院校化工原理课程改革的情况做以下总结：

3.1 教学内容的改革

针对教学内容繁杂，难度较大等特点，很多院校结合自身的特点进行积极有效的探讨。比如黄山学院的化工原理教学团队[19]根据以成果为导向的课程目标，重新修订了教学大纲，教学内容则把教材中分散的十一章内容按照原理整合为动量传递、热量传递和质量传递三大篇，有利于学生学习和总结。北京联合大学生物化学工程学院[20]根据各专业的实际需求适当删减了部分课程内容，去掉了比如吸收、沉降、过滤等章节。另一方面，引入和课程相关的最新的研究进展，以研讨的方式让学生更多了解学科发展的前沿领域，除了书本上的知识，更多地接触了和时代发展紧密相连的新技术、新工艺。通过“翻转课堂”让学生积极参与课堂活动，加深对基础知识的理解。江西农业大学[21]对化工原理教材中涉及到牛顿黏性定律、量纲分析法、恒摩尔流假定等证明推导的内容删掉，并把和先修课程中重复较多的部分进行精简，同时增加了有专业特色的、应用型更强的内容，引入一些较为先进的技术，再结合不同教学策略的使用，增强了课程的针对性和实用性，教学效果有了显著的提升。安徽医科大学[22]在学时较少的情况下，弱化公式推导，根据授课对象生物技术专业的专业特点和需求，在精简章节内容的同时，穿插生物技术专业的知识，构建二者的联系，从而提高学生的兴趣，学会灵活运用所学知识。

3.2 教学方法的改革

教学方法的探索一直以来都是各位一线教师们教改的重点。有部分高校正在探索问题教学法；而有些教师将理论课和实验课相结合，在实践操作中引导学生消化吸收复杂的理论知识，受到学生们的欢迎；还有些采用项目化模块式教学，将学生分组，以相同项目为载体、以工作任务为中心来选择、组织课程内容，学生在学习过程中有任务、有目的地积极参与，大大提高了学习的主动性。

南京林业大学[23]利用颠覆认知策略，在教学中适当设置认知冲突，根据所学内容创设问题情境。比如讲到传热部分，教师从因纽特人建造的冰屋为例，激发学生思考冰屋保暖的秘密，使得学生学习的主观能动性大大提高，从而进一步引导学生构建知识网络，加深对课程内容的理解。呼伦贝尔职业技术学院[24]发挥“互联网+”的优点，利用互联网和现代信息技术，将多媒体教学和化工仿真操作软件结合，引入最先进的设备和流程，体验真实的化工生产操作和生产环境。并且还通过制作微课，将复杂的知识进行拆分，方便学生理解和记忆，然后课下再利用学习软件帮学生们及时巩固所学知识。河北民族师范学院[25]以OBE的理念以及应用型人才培养目标为指导，结合化工原理课程的特点，创造性提出了Problems Based on Engineering Cases（PBEC）教学模式。利用单元操作工程案例提炼出知识点和工程问题，按照毕业要求和导向设计教学模式，取得了较好的教学效果，学生的成绩得到普遍提高。清华大学[26]采用案例教学法，提炼具有鲜明的目的性、工程性、综合性及完整性的案例，将其引入教学内容，极大地提高了学生的工程意识，学习也更具有目的性，增强了学习的积极性。内蒙古工业大学[27]和湖北大学[28]也是通过选择合适的生活和工程实例，在课堂上将枯燥的理论知识转化成生动的、翔实的案例，激起学生的求知欲，课堂气氛的活跃程度明显增强，学生接受能力也得到提高。辽宁科技大学[29]采用问题教学法，强调学生为主导，提倡问题式教学、启发式教学和讨论式教学模式，教师提出问题后，让3-4名同学来回答，再让学生们自己讨论判断正误，最后由教师进行总结评价，并把这部分的课堂表现记入总成绩中，以激励学生，锻炼学生的独立思考能力和实践能力。河套学院[30]采用项目化模块式教学，把理论课和实验、实训、实习、课程设计有机结合起来，更加充分有效的利用资源，提升教学的质量，也让学生对课程体系有更为清晰的认识和把握，利于学生们了解课程之间的联系。华南理工大学[31]采用研究型教学法，在以问题为中心的教学模式中，在每个章节设置一些“研究型小课题”，学生带着问题学，整个教学过程始终围绕如何解决和分析问题来进行，充分激发学生的学习兴趣，促进对知识的吸收。

3.3 实践教学的改革

创新思维和能力的培养是当今教育的重点，特别是对于化工原理，应最大限度地利用优良条件，为学生创造更多的实践机会，培养学生的主体意识，因此实验实践教学极为重要。

遵义师范学院[32]以化工原理实验竞赛为契机，以赛促学，利用学生们参加竞赛的积极性，对实践教学内容和模式进行改革，实验的设计更具有创造性和实用性。湖北大学[33]将智能教学系统（Intelligent Tutoring System，ITS）用于化工原理实验教学中，它借助人工智能技术，在没有人类教师指导的情况下，帮助学习者获取本学科相关的知识和技能。井冈山大学[34]把理论课和实验课结合起来，将小型的化工设备带到教室，教师和学生们一起拆装，一方面锻炼学生的动手能力，另一方面加深学生对设备结构和原理的理解。而对于大型的设备，则是拆解出关键部分供学生观摩。江苏师范大学[35]在化工原理实验课上进行翻转课堂的教学实验，充分利用学生课前预习，集中讨论和回答问题，引导学生自行想办法完成实验任务，实验结束后，师生共同总结问题，并展开讨论，强化学生的自主性和理论联系实际的能力。

3.4 考核方式的改革

常规的化工原理课程考核一般多采用平时成绩、期中成绩加期末成绩三部分来综合评定学生对该课程的学习和掌握情况，特别是期末笔试成绩一般至少要占总成绩的50%。但是在多年的教学中发现，化工原理这样的课程应该更多重视学习过程，并且只通过一张试卷很难反映学生真实的学习情况。特别是在师范院校，课程的学时少，但内容多，近十章的内容都积压在期末一张试卷上，学生的复习压力很大，往往出现学了后面的，忘了前面的，大大影响了学生的学习兴趣，没有真正融入课程之中，最后靠考前突击复习和死记硬背通过考试，难以激发学生的学习热情。

兰州交通大学[36]按照新的成绩评定方法，总成绩包含平时成绩（40%）和期末考试成绩（60%）两部分。对于平时成绩划分了较细的评定标准，把平时出勤、作业、单元测验涵盖进行，还包括了答疑和奖励的成绩，侧重考核成绩“重平时、重过程”，突出过程评价，极大地激发了学生的积极性。武汉华夏理工学院[37]利用线上线下混合模式，把考核分成课前、课中、课后三个阶段，结合学生的课堂互动、在线自学、线上作业、小组讨论和章节测验等的表现情况，多维度地进行考核，将“终结性评价为主”变为“过程性评价和终结性评价结合”，过程考核的比例增加到60%，实践后教学效果良好，大部分学生对于混合式教学方式接受度较高。哈尔滨工程大学[38]也是强化平时学习过程，学生成绩不仅包括期末考试，还将课堂随机提问、课堂小测验、作业和讨论课的情况纳入考评体系中，提倡学生自主学习、批判性学习，不局限于书本上的知识，使学生对所学理论知识融会贯通。改革后不但学生理论课总评成绩逐年提高，而且在历届的全国大学生化工设计竞赛中屡创佳绩。

4 本院系的化工原理课程改革情况

综上所述，可以看出各个高校通过进行一定程度的改革，收到了较好的成效，有利于促进课程教学的良性发展，达到了教学目的，具有较大的意义。鉴于此，以湖北第二师范学院应用化学专业为例，课程教研室的老师们努力结合本校、本专业的实际情况，也从以下几个方面进行了积极有效的探索。

4.1 教学内容的改革

对目前使用的教材进行重新整合，充分结合本专业学生和学时的实际情况，精简部分章节，按照化工原理课程的主线内容，即动量传递、热量传递和质量传递理论，对所涉及的单元操作过程进行划分，课上对重点原理、公式讲解后，由学生们分小组总结其他类似章节的重难点，利用互联网资源，充分搜集大家感兴趣的相关案例，引入课堂，并以小组合作的形式在课堂上予以展示，让学生意识到各个单元操作之间的内部联系。比如如何运用过程速率、物料衡算、热量衡算的概念来推导分析，对比各个单元操作的共性，启发学生领悟各知识点的特点，调动大家的主动性。

此外，对于涉及到的主要化工工艺、化工设备，利用本院系和武汉生物城相关企业的良好关系，邀请企业高级技术人员或教师实地到访，在现场录制一些动画或视频，进行解说，进而丰富教学课件，对于实地录制有困难的内容可以适当增加课程设计、仿真实训等内容，使学生们能够在课堂上就感受到真实的化工生产过程，也使得书本上的知识立体化、多样化、生动化地呈现出来，提高学生的学习兴趣，真正的学以致用，培养他们的工程观念，力争在现有课时较为紧张的情况下，让教学的广度和深度都有一定的调整，实现教学效果的提高。

4.2 教学方法的改革

用案例教学法，对教材中应用性较强的内容，尽量从实际生产和生活中提炼素材，构建教学案例数据库，将理论学习与工程实际相融合，通过工程案例分析实际生产生活中涉及的物料衡算、热量衡算等，了解各单元操作在实际生产过程中的应用，激发学生的兴趣，启发学生应用所学知识进行分析和讨论。

采用学生为中心的教学方法，开展线上线下混合式教学，积极探索利用现代信息技术，开辟多种教学形式，发挥线上教学和虚拟仿真教学的优势。课前签到环节，以回答提问的形式进行，针对上节课讨论的核心内容设置问题，学生输入答案后完成签到。课堂上除了基础的理论由教师重点讲解外，利用学习通、QQ等多种线上平台，组建班级群和学习小组，组织学生以课题小组的形式完成如课程设计、案例库、题库建设等活动，让学生查阅资料，课下补充、辅助课堂教学。并且增设小组报告环节，由学生讨论后自行梳理教学重点和难点，并用PPT 展示讲解，遇到问题可以和老师、同学们一起互动、讨论、分析，增强他们的主动性和学习兴趣。改变过去单一的教师讲，学生听的教学模式，力求采用多样化、现代化的方式方法，充分活跃课堂气氛，促进师生之间的交流，凸现学生的主体地位，从而满足学生个性化学习的需要，启发学生尽可能多地参与课堂教学。

4.3 增强实践教学环节

为了进一步巩固理论课所学内容，加深对基础知识点的理解，通常还会开设化工原理实验课程，利用实验项目使学生对典型的单元操作和典型化工设备的原理和操作有初步的认识和了解，掌握实验研究方法、基本化工仪表的使用和数据处理方法。

通过改革增加实践教学的比例和学时，充分发挥本校毗邻武汉市光谷生物城的地理优势，积极主动与光谷生物城入驻企业合作。目前我院和药明康德等企业建立了良好合作关系，双方共建实践教学平台，利用院系的实习实训基地，邀请企业技术工程师来院系开展讲座或实验指导，也会带领学生统一集中进企业参观，接触一线生产工艺，在参观后总结问题、思考理论学习的重点。

同时对于一些对实践操作特别感兴趣的学生，尝试集中小班授课，增设课程设计、竞赛等实践环节，在实践中促进理论的学习和认识，引导学生理论联系实际。

4.4 考核模式的改革

此外，通过改革尝试考核形式的多元化，突出学习过程的重要性，强化课程中间过程的考核，尝试分章节考核理论知识，这样一来将繁杂的理论内容进行拆解，学生学一部分考一部分，每次测验的分数按比例计入总成绩中。

另一方面，鼓励学生多参加实践活动，探索增加实践内容（如课程设计、竞赛）的考核比例，例如学生在学完“三传”过程之后，可以自组科研团队，分工协作，完成一个和该部分内容契合的设计，以论文或者实验操作的形式递交结果，进行陈述和答辩，再按各自承担的工作量和完成情况进行评价，和理论课的考试成绩一起并入课程的总成绩考核中。学生可根据自身兴趣，选择理论和实践考试各自所占的比例，从而进一步发掘学生的潜能，因材施教，也让学生逐渐加深对自己的认识，对今后的发展方向有更合理的思考，利于培养学生批判性思维，增强学生创新能力。

4.5 提高师资水平

由于绝大部分青年教师比较擅长理论教学，但工程实践方面的经验普遍较为缺乏，因此教师队伍的工程应用能力的培养十分重要。通过改革，力争多为教师提供培训进修的机会，深入企业，深入实习，多参加学术交流，和企业对接，力争培养“双师型”教师，努力提高自己的业务水平。

此外也借助院系和生物城企业建立的长期合作关系，在生物城企业中聘请优秀的工程技术人员担任课程的第二导师。学生在专业技术导师的指导下，既可以完成本课程的学习，又为后面的实习、毕业设计打下基础，并希望在将来能把理论课学习、实习和毕设有机结合起来，三者同时展开，高效地完成人才培养目标。

5 总结和展望

化工原理是化学化工类专业最为重要的核心课程之一，其涉及的“三传”理论几乎是所有化工行业设计、运行的基础理论，其开设的重要性和必要性不言而喻，除了传统的教学方法和模式，广大教师应该多探索在新时代背景下，特别遇到像抗击疫情这样的突发情况，如何因地制宜，结合自身院系和学生的特点、特色，灵活转变教学思路，把枯燥的理论和生动的实际结合起来，克服学生的畏难情绪，增强学习的信心和主动性。