以培养应用型人才为导向的化工原理课程教学改革

谢高艺 马春平 刘莹

摘要：针对当前化工原理课程的本科教学中存在的一些问题以及如何培养应用型人才，我们从教学理念、教学内容、教学方法以及考核方式四个方面对化工原理课程的改革做一些研究，提一些建议。其中，结合笔者利用“雨课堂”辅助教学的实践经验，重点阐述了改进化工原理课程教学方法的初步探索。

关键词：化工原理；教学改革；应用型人才；“雨课堂”

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）09-0125-03

一、前言

学习型社会的到来，要求大学对传统的教育教学模式进行必要的改革，即从学生的全面发展以及终身学习习惯的养成的角度出发，围绕着“加强应用与联系实际”的目标来进行，提高大学教育对社会的服务功能，增强人才培养的专业性，提升学生的创新实践能力，从而促进学生向应用型人才培养方向发展，实现学校与社会的无缝对接[1]。

二、《化工原理》课程的重要性及面临的难题

化工原理作为一门工程类专业基础课程，综合运用了数学、物理、化学等基础学科知识，分析和解决化工類型生产中各种物理过程（或单元操作）问题，可为科学实验与化工生产之间架设桥梁。化工原理的学习过程强调对工程观点、定量运算和设计能力的训练，强调理论与实际相结合，从而提高学生分析问题、解决工程实际问题的能力[2]。化工原理的学习可为后续的化学工程相关课程（化学反应工程、化学分离工程、化工设计、化工仪表、化工机械等）奠定基础，对于化工、制药、酿酒、环境等专业的学生来说尤为重要。然而，化工原理课程具有教学内容多、交叉知识难度大等特点，“学生听不懂，不想学；教师讲的累，不愿教”的情况普遍存在。此外，在大多数普通本科院校的化工原理教学过程中，受传统教育思维模式影响，教师将学生的学习过程当成简单的信息积累与加工，过于注重知识的传授以及解题方法与技巧的讲解，但却忽视了对学生创新能力与应用能力的培养，因而不能引导学生主动探索学习过程（发现问题、分析问题和解决问题），这不利于学生实践能力的提升。具体表现在：做毕业设计的学生不懂得根据现有的任务设计出合乎要求的传质或换热的设备；而对于刚进入工作单位的本科毕业生，则不会应用三传的原理解决化工设备操作过程中出现的实际工程问题。因此，对化工原理进行教学改革是很有必要的。

三、《化工原理》课程教学改革

1.转变教育理念。传统的“知识为本”教学目标已不能适应新时代对人才的要求，本科教育更应当以学生为中心[3]，促进学生知识、能力和素质全面发展，即以“能力为本”。为此，化工原理的教学过程也应该从“知识传授”向“知识获取”转变。在课堂上，教师不再是满堂灌的“主演者”，而转变成为激发学生探索创新的“主导者”。教师角色的转变要求教师在课前付出更多时间和精力，为课堂上的教学做好充分的设计、准备，这将有利于督促教师把更多的精力放在教学上，通过不断的钻研提高自己的教学能力。而教师对课堂教学的设计可以借鉴近年来国际工程教育改革中取得卓著成效的CDIO教学模式。CDIO是构思（conceive）、设计（design）和实现（imple-ment）、运作（operate）的英文简写，即先根据课程内容构思和设计相关的工程项目，然后在实现和运作过程中逐渐培养学生的空间思维能力、创新能力和综合素质的一种教学方式[4]。CDIO教育模式立足于产业需求，相应地，其课程教学的内容亦需根据产业的发展不断进行调整和优化。因此，我们可以构建校企合作平台，以企业和市场的发展需求指导化工原理教学体系的优化。通过企业平台和实训基地的实践活动，一方面，加强化工原理知识的应用。另一方面，调整化工原理课程理论知识的教学方向。通过将学习过程和实践过程相交融，从根本上提升学生的实践能力，从而培养出合乎企业要求的毕业生队伍。

2.调整教学内容。如果化工原理的教学内容与实际应用不能很好地融合在一起，学生就无法认识到课程知识的重要性，学习的兴趣和欲望以及主观能动性就会大为降低，进而导致学习质量大幅降低。不理想的学习效果不仅会打击学生的自尊心与自信心，还会使其对化工原理课程的学习产生厌烦和畏惧心理，最终形成恶性循环。因此，在教学的过程中，必须处理好理论知识与实践应用的关系，在介绍理论内容时可以适当减少公式的推导过程，而更多地强调相应的实际应用背景，使学生深刻理解各种概念、公式的物理意义。比如：讲授伯努利方程时，我们提问：“为什么火车进站时不能离火车太近？为什么两艘齐头并进轮船在行驶时会越来越靠近？”加深学生对静压头和动压头相互转变的认识；在讲授多层圆筒壁定态热传导时，我们提问：“气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？”促进学生理解不同热导率材料的位置对传热速率的影响。另一方面，在介绍实践内容时则多注意理论的指导作用，比如在讲解离心泵的安装高度要求时，我们通过机械能衡算式来分析液体压强的变化，引出“汽蚀”的概念；在讲解换热器的强化途径时，我们从传热速率方程出发，分别讲解传热面积、对数平均温度差、传热系数对换热器效率的影响。

3.改进教学方法。在传统的化工原理课堂里，教师念讲稿、抄板书、指导学生做练习题，课堂气氛比较沉闷，而学生被动地接受知识，学习效率较低。此外，化工原理内容多，过多的板书不利于教师在有限的课堂时间里完成规定的教学任务，尽管可以通过补课来弥补，但补课增加了教师和学生的负担，也不利于提高教学效果。因此，把信息化教学资源与现代化的教学手段引入课堂是化工原理教学改革的必经之路。利用多媒体进行课堂教学，不仅能将抽象概念简单化，提高课程容量和质量，弥补缩减课时所带来的不便，还可以将各类型设备的结构以及工作状况生动地显示出来，使学生不进入生产现场就可以全方位地了解设备的结构与操作。此外，还可以充分利用东方、欧贝尔等化工原理仿真工具辅助教学，使教学过程更为生动、形象，全面提升教学效果。然而，如果过分依赖现代技术，无论讲什么内容都依靠投影仪，课堂全程没有一个字的板书，同样也无法达到良好的教学效果。因为单纯的PPT讲解，教师不容易把控教学的速度，对于能力比较强的学生来讲也许可以勉强听懂，但基础差、学习习惯也不是很好的学生很难跟上教师的教学思维。因此，有必要将现代多媒体教学与传统的板书教学相结合，协同提高教学效果。因为适当的板书有助于提高学生注意力，并且使课堂的节奏变缓，课堂上张弛有度才有利于学生对知识点的消化。以习题解析的教学为例，教师可以利用板书与学生一起分析解题思路，提高学生的注意力，增加互动性，然后利用PPT把解题过程放映出来，节省公式书写、结果计算的时间。此外，针对不同的教学内容或不同层次的学生，教师可以采取启发式、探究式、讨论式、问题牵引式、精讲多练、理论联系实践等不同的教学模式与教学方法，揭示知识的发生过程，引导学生理论联系实际，从理解现象到发现或提出问题，再到参与讨论，最终解决问题，逐渐培养学生分析、对比、归纳、总结的能力和严谨、科学的逻辑思维，让学生在学习过程中不仅掌握了化工原理知识，还获得了掌握知识的方法。

在化工原理的教学过程中，笔者采用学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发的智慧教学工具——“雨课堂”进行辅助教学，获得了一定的成效。有了“雨课堂”的辅助，学生的学习活动不再受时间、地点的制约而实现其个性化学习的需要，而非局限于传统的课堂[5]。课前，我们通过“雨课堂”来发布任务单与课件，让学生提前预习，通过任务了解课堂上的重点、难点，对同学们在预习过程中点了“不懂”的PPT，上课时重点讲解。课堂上，我们可以随时发布课堂练习题来检验学生听课的效果，学生可以通过“弹幕”发表讨论，活跃课堂气氛。课后，学生能够借助“雨课堂”的“讨论区”模块对学习中的重难点及疑难问题展开讨论，这样既可以有效消除学生提问的胆怯心理，又实现了同学间的互教互学。另一方面，我们也可以通过查看和参与讨论，在对学生的学习给予及时的指导和鼓励的同时，更充分地了解学生对知识的理解及掌握情况。

学生学习效果的决定因素是学习主动性与参与积极性，而要调动学生学习主观能动性，首先要营造良好的课堂氛围、建立融洽的师生关系。在课堂上，前十分钟学生的听课注意力是最集中的，超过十分钟注意力就会逐渐下降。因此，我们在讲解完一个大的知识点或者讲课时间超过十分钟时，通过“雨课堂”发布习题进行测试（主要采用客观题的形式），学生在规定的时间选择答案后，PPT屏幕上马上显示出学生答题的结果。随后，让回答正确的学生三五成群地给其他同学讲解，这样既检验了学生听课的效果，使学生有学习的成就感，又可刺激学生提高注意力，调动学生们参与、互动的积极性，从而活跃课堂气氛。其次，教师要精心设计多种教学情境来激发学生的求知欲，培养学生的学习兴趣。比如，笔者再给酿酒专业的学生讲解“蒸馏”这一章的理论知识前，先让学生讨论他们比较熟悉的酿酒过程，充分活跃课堂气氛并激发起学生的学习兴趣后，再以酿酒过程需要通过蒸馏对粗酒进行浓缩，进而引入蒸馏的理论知识的教学。

4.完善考核机制。科学合理的考核评价机制可以比较全面、准确地反映教学的成效。我们以往对化工原理课程的考核方式（考勤10%、课堂表现10%、课后作业10%、期末考试70%）过于偏重期末考试的成绩，导致学生平时不用功，只期望利用考前的临时突击复习取得比较好的成绩，这样不利于提升学生的创新能力和应用能力。因此，学生成绩考核机制必须改进，笔者认为可以采取考勤（10%）、课后作业（10%）、课堂小测验（20%）、课外小设计（20%）与期末闭卷考试（40%）相結合综合考核方式，弱化期末考试的比重，更加侧重知识获取的过程以及能力的培养。增加课堂小测验，一方面，可以保障课前任务得以认真完成，因为普通本科院校学生的学习主动性和自控能力较弱，如果没有相应的考核措施，很多学生不会根据发布的课前任务去认真预习。另一方面，可以及时检验任务的完成情况和完成效果，强化提高学生平时的听课效率，使学生尽可能在课堂中吸收和消化所讲授的内容。化工原理是一门工程类课程，更加强调学生运用理论知识解决实际工程问题的能力。因此，可以在每个单元内容讲授完毕后的特定时间（一般1—2星期）都进行一项小设计考核。所有学生分组抽取设计题目，并在课堂上对本组设计思路、成果进行展示，一方面，激发学生的创新意识和集体荣誉感；另一方面，提高学生口头表达、分析问题与解决问题的能力[6]。

四、结论

综上所述，我们针对当前本科院校在化工原理课程教学中存在的问题，结合化工原理课程的特点，以学生为中心，以提高教学质量，提升学生创新能力和应用能力，培养学生综合素质为目标，从教学理念的转变、教学内容的调整、教学方法的改进以及考核机制的完善等几个方面进行了改革探索，为培养具有工程概念的应用型人才打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]孙丽，宋广凤，许晓娟，等.基于应用型人才培养的化工原理优质课程建设实践[J].课程教育研究，2016，（05）：233-234.

[2]赵海红，李同川，李裕，等.化工原理课程改革的研究与实践[J].化工高等教育，2008，（05）：56-59.

[3]郭晓亚，张彰，周忠华.基于创新人才培养的化工原理实验教学体系的构建[J].化学教育，2015，（16）：58-60.

[4]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（03）：1-6，9.

[5]臧晶晶，郭丽文.滴水成雨——走进雨课堂[J].信息与电脑（理论版），2016，（08）：235-236.

[6]郑大锋，王秀军.团队展示学习法在化工原理研究型教学中的应用[J].化工高等教育，2017，（06）：69-74.

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2019-05-08