《化工单元操作技术》课程现状及改革研究

翁燕玲

(眉山职业技术学院，四川 眉山 620000)

随着我国经济进入新的发展阶段，产业升级和经济结构调整不断加快，各省市也贯彻国家的战略要求，加快构建区域产业体系。四川省眉山市目前拥有万华化学、联合利华、陶氏化学、昊华化工、金象赛瑞等一大批世界500强、中国化工100强的企业，化工背景高素质技术技能人才需求旺盛。

《化工单元操作技术》是应用化工技术专业的一门专业核心课，主要内容是以化工生产中的物理加工过程为背景，依据操作原理的共性，分为若干单元操作过程，学习如流体输送技术，传热、干燥、精馏等单元操作的基本原理、基本计算方法，单元操作典型设备的结构及设备在生产中的操作控制方法等，将学生带入化工生产领域真实和复杂的问题中。同时学习化工企业实际生产的任务、涉及的岗位及所需知识。该课程所涉及的知识和技能，包括设备的操作、维修、故障处理等，在实际化工生产中具备广泛的应用价值，是培养学生化工相关岗位尤其是生产一线技术人员所需岗位知识及职业能力的一门必不可少的工程课程。《化工单元操作技术》课程需要在学习掌握《无机化学》《有机化学》《化工制图》《化工仪表及自动化》《化工设备基础》等课程知识的基础上学习并应用，在基础课和其他专业课之间起到了承上启下的桥梁作用，培养学生运用工程的思路分析、解决实际工作中的具体问题，蕴含化工单元操作工、生产一线技术工等岗位所必须掌握的基础知识。

1 课程现状

1.1 生源特点

目前，我院应用化工技术专业生源主要来源于通过单招招收的学生(中专、职高学生)。绝大部分学生非化学化工相关专业，且大部分为文科专业，导致数学、物理、化学基础薄弱，而应用化工技术专业的课程基础就是数学、物理、无机化学、有机化学等，因此对于学生来说，学习难度大。学生普遍对于理论及计算类的知识点，具有畏惧心理，没有学习的兴趣和信心，表现在涉及理论和计算知识点讲解时，学生普遍跟不上教学思路，不愿听讲，教学难度大。从报考志愿分析，应用化工技术专业第一志愿学生人数相对较少，第二、三志愿人数较多，且存在较多的调剂学生，学习热情较低，同时学习的主动性、自律性较差，导致整体教学效果较差。

1.2 教学模式跟随本科教育模式，依赖传统教学模式

《国家职业教育改革实施方案》文件中提出，职业教育不同于本科教育，职业教育所传授的技术知识的来源、形成方式及途径有异于本科教育，因此职业教育在专业课程设置、教材内容的选择、教学方法的开发选择、师资队伍建设、教学管理评价等方面均应形成自己的一套体系[1]。然而，多年以来，高职院校的教学模式跟随本科教育模式，依赖传统教学模式。无论是专业课程设置，还是教材内容的选择上都更偏向本科教育，与职业教育的培养目标不够契合。同时在教学目标、课程体系、教学方法、教学实施过程中教师与学生的互动关系、教学资源等方面都依赖传统的教学模式，导致职业院校的学生理论基础也跟不上，实践操作能力优势又没有得到加强，与企业岗位需求相去甚远。

1.3 课时太少，理论和实践分配不够合理

由于职业院校学生的生源水平弱于专科及本科学生，而《化工单元操作技术》这门课程又是专业的核心基础课程，因此按照传统设置的课时数明显偏少。在现有课时的情况下，学生不论是理论教学环节，还是实践教学环节的知识都无法充分的理解与掌握。学生经过“理实”两个环节的系统学习，无法有效地将理论知识和实践操作有机的关联起来，而且综合运用各单元操作的能力较差，不利于后续专业课程的学习。由于课时的限制、学校实验条件的限制，针对化工单元操作技术课程的理论和实践操作分配并不合理，尤其在实践教学方面，学生无法进行较多的实践操作。

2 课程改进措施

2.1 重新规划教学内容

传统的教学模式,没有充分考虑生源差异性,沿用传统的教学模式、教材内容，学生难以吸收理解，因此很难达到教学目标。针对现有生源特点，结合当地行业、企业的岗位需求，融入人才培养方案，对《化工单元操作技术》课程内容重新进行了设计整合。按照激发兴趣——探究原理——实践论证——知识迁移的思路，对《化工单元操作技术》课程内容进行重整，分为基础知识模块、专业知识模块。化工单元操作技术课程有流体输送、传热、分离、精馏、过滤、萃取等操作模块，本文以传热和流体输送为例进行改革设计[2]。

2.2 教学过程与实施改革

《化工单元操作技术》作为应用化工专业的核心基础课程，课程本身难度较大，理论知识多，而化工生产过程具有复杂性、特殊性和危险性等特点，教学过程中的实践操作，多采用仿真操作或者现场看设备结合讲解等形式，学生参与度较低。无论是理论知识讲授，还是实践操作环节，采用传统教学方法，学生的学习兴趣都不高，亟需在教学方法上进行创新，激发学生的学习兴趣。“任务驱动”不同于“以传授知识为主”的传统教学理念，其最根本的特点就是“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”，秉持解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念。“任务驱动”教学法，从浅显的生活实例入手，引入知识概念，提出任务(问题)，再由教师向学生提供解决该任务的有关线索，不仅极大的提高了学生的学习的兴趣，同时培养了他们自主学习、探索解决问题、团队协作的能力。“任务驱动”法在《化工单元操作技术》课程中传热模块的应用如下：

1)创设情境

由于现有生源的基础比较薄弱，如何在学生已有的生活经验、已有的知识体系和新概念、新知识之间搭建链接点，是课堂导入的重点。 将所讲授的概念与知识点与日常生活情景联系起来，生动形象，学生能够更容易理解新概念、新知识，也更有助于记忆，从而激发学生的学习兴趣。例如，传热操作技术单元授课时，可以通过饮水机冷热水一定比例混合得到温水，冬天热盒装牛奶等生活情景，引出换热器作用原理。这种导入方法不仅可以使抽象的概念生活化，降低学习的难度，提升学生学习的信心，同时让学生明白我们所学的知识都是来源于生活且应用到生活中的；不仅可以培养学生善于观察和思考的能力，同时让学生形成理论和实践一体化的概念[1，3]。

2)确定任务

根据上述创设的情境，选择与传热操作模块密切相关的生活场景作为学习的中心内容，让学生分组讨论，确定具体任务，并将任务拆解成具体可以实践操作的步骤。同时让学生分组来讲诉任务，在讲诉的过程中对于任务更加的清晰明了。由全班同学共同探讨任务步骤的可操作性、可行性，协同制定更为完善的任务完成方案。明确工作任务以及任务的解决步骤，有可能使学生更主动、更广泛地激活自身原有知识和经验，通过分析、解决任务，为新旧知识搭建链接的平台。

3)类比教学

①《化工单元操作技术》课程的主要内容可以归纳为“三传一反”。“三传”就是传质、传热、传动，基本原理都可以概括为：反应速率=推动力/阻力=系数×推动力的形式，只是推动力和阻力的表达形式不同。例如，流体输送单元操作中，推动力是压力差，传热单元操作中推动力是温度差，浓度差、电位差等可以是反应过程的推动力[4]。

根据知识间的内在联系，通过类比教学，不仅巩固了旧知识，同时引入了知识。以旧知识作为指引，引导学生学习新的知识，可以强化学生注意力的集中，提升学习效率，降低学习和记忆的难度。对于傅里叶定律、牛顿冷却定律的教学同样可以采用类比手段。

传热基本方程：

(1)

牛顿冷却定律：

(2)

由式(1)、式(2)看出，两个式子的结构类似，含义类似，通过类比教学，不仅可以让学生对传热的原理理解的更透彻，同时也减少学习难度。

②流体输送和传热中的压力降

在讲授传热单元操作模块总传热系数K时，由于学生已经学习过流体输送单元操作中流体阻力相关内容，此时在教学中较多的运用类比教学方法，不仅可以降低学生的学习量，也可以培养学生自主学习的能力和触类旁通的知识迁移能力，为将来工作中完成不同的项目任务奠定基础。

流体输送单元操作模块：采用相应的计算方法分别计算直管阻力与局部阻力，两者之和为整个管路的总阻力。

直管阻力计算公式：

(3)

传热单元操作模块:换热器的阻力分为管程阻力和壳程阻力。

直管压力降公式：

(4)

从式(3)、式(4)看出，流体阻力和换热器的阻力计算的原理是类似的，学生经过流体阻力学习后，再来学习换热器阻力的计算就变得简单易懂。经过课程内容整合，采用类比教学，可以极大提高学生的学习效率。

4)培养自主学习能力

由于我院绝大部分学生非化学化工相关专业，数学、物理、化学基础薄弱，学生可能需要补充初高中数学、物理、化学等方面的基础知识，导致在高职学习期间，学生需要学习的知识量比较大，而课时有限，因此亟需学生培养自主学习能力，提升自身的知识储备。同时在学校学习的阶段和时间都只占学习生涯的一部分，教师一直致力于培养学生的自主学习、协作学习能力。在教学过程中，由教师告诉学生需要完成的任务和完成任务的有关线索。如需要搜集哪一类资料、从何处获取有关的信息资料等，而不是直接告诉学生方法，正所谓“授人以鱼不如授人以渔”。

5)效果评价

对于课程教学内容、教学实施过程等的改革，需要对改革效果进行评价，否则都是纸上谈兵，不能有效的辨别何种改革措施成效高。可以结合信息化手段，设计合理的评价体系，采用问卷调查、随堂测验、课后测验、实践评价等多维度综合评价，并根据效果，实时调整教学方案。

2.3 增强信息化教学水平

目前，高职院校普遍存在“教学内容多、课时少”的问题[5]。同时针对学校经费有限、实验教学条件的不足等，导致的学生实践能力得不到有效锻炼的问题，一方面可以通过课堂派、学习通等在线平台和APP，构建在线自主讨论、学习环境，教师可以上传课件、题库等学习资源，学生可以自主学习、自由讨论，解决课时少的问题，同时提升学生的自主学习能力；另一方面，可以通过仿真训练等信息化教学手段，提升学生的实践操作能力和动手能力。由于化工生产环境具有复杂、专业性强、危险性高等特点，虽然职业教育强调培养学生的实践操作能力，但实际上学生一般都只是到工厂进行参加见习。如果想要真正动手操作，需要经过大量时间的前期培训，而学校又不具备相应的条件配备足够的实验设备满足教学需求，仿真教学就极大的满足了化工类专业的实践需求及安全环保节能的需求。高职院校的学生对于实践教学环节的兴趣远大于纯理论教学环节，因此合理设计、分配课程理论和实践内容，将晦涩的理论教学融入仿真实践教学中，能够提高学生学习的兴趣。同时工学结合的课程设计，也让“做中学”“学促做”的理念得到充分体现。利用学校配备的计算机或个人电脑，学生在任何空余时间均可进行虚拟仿真实验；还可以利用仿真软件观察仪器设备的3D结构和原理展示，让学生直观的了解设备内部构造，更形象、直观地掌握单元操作、设备运行的基本原理和方法等[6]。

3 改革成效

通过教学改革，采用任务驱动法教授理论知识，能够有效增强学生对定义和原理的理解能力，大部分学生能够准确或者用自己的语言描述，相关概念的定义。为了缓解实操存在的难题，提高仿真实践训练的比例，学生的实践水平得到提升。例如，进行两个流体输送和传热单元的仿真训练，成绩大部分都在80分以上。通过培养锻炼，学生的自主学习能力也得到一定提升，部分学生能够结合实验原理、实验装置绘制基础的PID图。学生的计算水平提高较为微弱，主要原因是学生基础薄弱，后续仍需要针对学生的具体情况，对授课内容进行实时调整。

4 结语

为了培养企业需求的人才，结合我院应用化工技术专业学生的生源特点，融合《化工单元操作技术》课程特征，本文从教学内容、教学实施过程、信息化教学等方面着手，对《化工单元操作技术》课程进行改革。按照激发兴趣——探究原理——实践论证——知识迁移的思路，对课程内容进行重整，分为基础知识模块、专业知识模块。采用创设情景——确定任务——类比教学——培养自主学习能力——效果评价的教学模式，对课程教学实施过程进行改革。通过多维度综合评价，实时调整教学方案。从在线学习平台的构建和完善来解决“教学内容多、课时少”的问题，从增强仿真训练，来提升学生的实践操作能力和动手能力。接下来，将对课程其他模块，如“分离单元操作”模块的教学内容进行重新整合、重新设计。