化工原理課程建設的探索與改革

化工原理是化工類專業技術人員綜合運用數學、物理、化學等基礎知識，分析和解決化工生產中各種物理過程(單元操作)問題必備的一門工程性極強的技術基礎課。它擔負著由理及工、由基礎到專業的橋梁作用，對學生實現從理論型向工程實踐型的轉變起著關鍵作用。因此，化工原理課程建設是化工及相近院系的核心課程建設之一，不僅涉及院系的相關專業建設，而且課程中所講授的工程觀念、原理、方法和技術對學生后續專業課程的學習以及畢業后的工作生涯產生深遠影響。為滿足新時代、新工科高素質化工專業人才的培養需求，力爭達到前沿性、研究性、實踐性，我校申請建立了化工原理一流課程建設項目，并從以下幾方面對課程的建設與改革進行探討，同時也為高校其他理工類課程建設提供參考和借鑒。
1、課程建設目標與思路
化工原理課程的學習目標包括掌握化工各單元操作的基本概念、基本原理和計算方法；掌握各單元操作典型設備的結構和特點；能運用所學理論知識進行各單元操作過程和設備的計算；能進行設備工藝尺寸的計算和定型設備的選型計算、對生產設備具有一定的選擇、操作、調節及排除故障的能力；能運用基本原理正確分析影響單元操作的主要因素，從而指導設計與生產。多年來我們一直注重課程改革與實踐探索，建立了一只精干高效、經驗豐富的教師團隊和完善的體系，擔負著化工、化工卓工、應化、材化、化學、制藥、制藥卓工、藥劑等專業的理論與實踐教學。課程立足已有資源，銳意改革，著手于教學內容、方法、體系和手段等方面，在“互聯網+”背景下引入現代化的教學理念和信息化與工程教學手段，針對課堂、實驗、課程設計和實習等教學環節，不斷優化課程結構、建立各專業針對性教學模式、更新教學內容、加強教材和教學輔助資料建設、強化實驗建設和實踐教學等，力爭建設具有中國特色和民族特色的一流本科課程。
2、課程體系與教學內容建設
根據課程特點分為流體力學與傳熱、傳質與分離工程、化工原理實驗、化工原理課程設計、實習五個板塊組成教學(圖 1)。前兩個為理論教學，后三個為實踐教學，彼此緊密結合。根據各專業特點和要求，采用“分層次”教學，編制了各層次的教學大綱和教案，針對不同的專業因材施教，通過有的放矢精選教學內容，形成既滿足大專業通才培養要求又兼顧各專業個性化培養的體系。

圖 1 化工原理課程體系及教學內容

3、師資隊伍建設
習近平總書記在全國教育大會上指出，“教師是人類靈魂的工程師，是人類文明的傳承者，承載著傳播知識、傳播思想、傳播真理，塑造靈魂、塑造生命、塑造新人的時代重任”，“堅持把教師隊伍建設作為基礎工作”。因此，一流的本科教育必須配置一流的師資隊伍。我們在多年的工程實踐教學過程中，通過采取專兼結合、產學研一體化教學等多項措施，有計劃地建立起一支精干高效、學術水平高、教學能力強、交叉融合的師資隊伍。現有化工背景專任教師 20 人，其中教授 6 人，占30 %；博士 17 人，占 85 %；有行業經歷的教師 10 人，占 50 %；有 11 名化工領域教授級企業專家作為工程實踐教學的特聘教師，參與專業實踐和工程實驗教學的共建共管。
此外，我們有計劃地選派青年教師參加虛擬仿真技術培訓，提高業務能力；選派青年教師深入企業實習，參與企業的生產管理和科研工作，熟悉化工廠房布局、生產設備、工藝流程等，提高工程實踐能力；鼓勵青年教師獨立開展或參加高水平教學科研工作，積極交流，并每年選派教師出國訪學進修，提高教學科研水平。
4、教學資源建設
根據課程資源的功能特點和空間分布特點，我們將課程資源建設分為以下幾方面進行共享建設。
一是針對不同專業特點定制教學大綱、考試大綱、教案、課件等資源，合理選擇教材及參考書；針對本校專業實驗特點編寫了獨具特色的實驗和課程設計等教材；優化多媒體教學內容，引入生活和工程案例，豐富教學手段。
二是結合學生情況編制一系列綜合性的習題集、題庫、輔助教學等資料；教學中重視思考題、例題習題的剖析，并通過綜合題講解討論提高解決復雜問題的能力。
三是建設學校網絡教學平臺，將相關的教學資源在網絡平臺上展示，增強領域內師生間的相互交流，同時也豐富了教學內容，拓展了教學空間，提高了教學效率。
四是針對專業情況增加實驗設備的套數，實現在線采集數據和自動化控制，建成具有特色的化工實驗室；積極與西南民族地區企業共建實踐教學基地，在能源化工、化工與環保、納米材料等領域構建了產學研緊密結合的培養體系，通過實習基地加強理論與實踐相結合，并為課堂教學、課程設計提供新素材。
五是優化虛擬仿真實驗示范中心，針對各專業特點，經購買、聯合開發建立大批實驗實訓教學軟件，構成基礎實驗、專業實驗及生產實訓三大虛擬仿真教學模塊，形成獨具特色的化工實踐教學體系，全面提高民族院校學生的創新精神和實踐能力。
5、評價體系建設
化工原理課程的教學目標著重于培養學生的工程概念，學生能夠綜合應用所學知識解決實際的工程問題，而不是通過期末突擊復習靠純知識記憶應付考試。因此，需要建立科學合理的課程評定體系。理論課程采用總成績評定方式，其中期末考試為閉卷、背對背出題、流水閱卷形式，閉卷試題偏重于對知識的理解能力和工程應用能力；平時成績除了綜合考勤、習題、測驗、課堂表現等指標外，引入形成性考核評價，適當提高平時成績在總成績中的比例。實踐課程除了根據設計能力、操作能力、報告和心得等指標評定綜合成績外，同時可以增加工程應用能力、溝通能力以及創新能力等指標。
此外，課程管理和評價要進一步合理。一是建立完整規范的教學文件和檔案，定期組織會議討論教學內容的更新和修訂；二是期末集中對試卷分析總結，找出共性問題和薄弱環節，為新一輪的教學提供參考；三是建立科學合理的校、院、教研室、學生四級聽課和評價制度，及時反饋，提高教學水平。
6、教學方法的設計與改革
教學方法的改革與創新是課程建設的核心工作之一，這是提高教學質量的關鍵。為了有效地提高化工原理教學質量和效果，我們需要不斷地優化教學內容，靈活運用多種教學方法，并引入新的教學手段，強化教學效果。
6.1、重塑多媒體課件和教學內容
一是在以往的多媒體課件資源基礎上，通過補充、修改、重新編輯和錄制等方式，開發一套內容齊全的高水平多媒體課件。在制作過程中采用多元化制作模式，將文字、圖像、視頻、聲音、動畫等元素精心組裝，在每個單元操作相關知識點中插入一些工藝流程的動圖、視頻或仿真流程，豐富教學內容，提高課程的趣味性。
二是引入實物教學，通過購買、定制、工廠收集等方式整理一套化工原理典型單元設備的模具和零部件，并置于專門的展示間供學生參觀，以直觀的信息培養學生對管件、閥門、典型化工設備零部件結構及工作原理的感性認識，為以后化工原理課程的學習打下良好基礎。
三是以實際化工生產為指導，結合目前新產品、新工藝、新技術和新設備的發展，更新課程內容，提高工程實踐性。
四是結合化工前沿和教學科研項目，將先進學術研究和科技發展成果引入課程，提高創新性，同時通過教研項目提出問題、研究問題、解決問題后，再回歸到教學實踐中驗證。
6.2、充分挖掘生活和工程案例
結合資源探索啟發式、討論式和案例式教學方法，提高學生主動性，打破課堂沉默狀態。例如，我們可以引入一些生活案例，用機械能守恒方程的知識點分析鐵路站臺上的安全線問題。再如，在學習流體流動相關知識時，可以通過引入大禹治水和李冰治水等古代水利工程案例分析流體力學基本方程；在流體輸送設備學習中，引入古代人們生產和生活中水的提升設備——桔槔、轆轤、龍骨水車、筒車等；在機械分離過程中，引入古代格柵截流、自然沉降以及砂石過濾等凈水技術；在傳熱學習中，引入北宋的暖水釜和雍正的銅鏨龍紋手爐等保溫神器分析傳熱原理；在精餾學習中，引入中國古代蒸餾技術——用于蒸煮的甑式蒸餾器和用于煉丹的密閉抽汞器分析蒸餾過程。通過充分挖掘每個單元操作中相關的古代工程案例，一方面拓展學生對知識點的理解程度，另一方面也增強學生的文化自信。此外，在課程中經典理論、定律、方程以及生產線的學習中，可以引入創造這些知識的國內外科學家們的人物事跡，提高學生興趣的同時培養學生正確的人生觀、價值觀、理想信念和科學精神。
6.3、建立以學促賽、以賽促學的創新教育模式
化工類學科競賽是在緊密結合化工理論教學的基礎上，以競賽的方法激發學生理論聯系實際，通過實踐來發現和解決實際工程問題，對學生的動手能力、創新能力、實踐能力以及團隊合作精神等綜合素質的培養起著巨大的作用。充分利用化工類學科競賽(如全國大學生化工設計競賽、全國大學生化工實驗大賽、“互聯網+化學反應工程”課模設計大賽等)，分別從理論教學、實驗教學和課程設計三方面入手，探索學科競賽與課程的融合，建立以學促賽、以賽促學的創新教育模式。例如，在課堂上可以展示歷年的獲獎作品、比賽資料等，將化工設計競賽的某些問題與所授課程的知識點有機結合起來，有利于學生更深刻地掌握基本知識；在化工原理實驗教學中，結合歷年化工實驗大賽的比賽經驗，規范學生的實驗設計、安全操作、數據分析及撰寫報告的能力，并將實驗操作技能轉化成解決問題的能力；在課程設計教學中，可以結合歷年化工設計競賽題目，開展競賽題目中個別單元操作(如精餾、吸收、傳熱等)的設計，實現“多樣化”的課程設計。
6.4、采取線上線下結合的教學模式
2020 年的春季，面對突如其來的疫情，各大高校“停課不停教、停課不停學”，成立了疫情防控期間的在線教學工作組，利用現代化信息技術進行線上教學，不僅保證了教學質量，同時也為今后的教學模式提供了參考。以往的傳統線下教學模式中教師占主導地位，學生的自主性較差；線上教學可以發揮學生的主觀能動性，但不利于教學管理。而線上線下混合式教學模式突出了“先學后教”，充分發揮課前、課中、課后三個重要環節，課前通過線上教學發布教學視頻和資源，學生先于課下進行自學和預習；課中采用線下教學詳細講解重點和難點知識，以引導學生學習為主，使課堂變為師生之間的互動場所，實現翻轉課堂；課后通過線上-線下教學進行課后討論和答疑。通過充分發揮線上和線下教學的優勢，提高學生的主觀能動性，從而達到更高的教育目標。
7、結語
本文通過對化工原理一流本科課程建設的實踐與探索，分別從建設目標、課程體系與教學內容、師資隊伍、教學資源、評價體系、教學方法等方面進行思考和分析。雖然目前在建設中取得一定的改革成效，但化工原理課程的建設與教學改革是一個相互影響、相互促進的龐大系統工程，只有在教學過程中齊頭并進，不斷探索鉆研、改革創新，才能從根本上達到課程建設和教學改革的目的。

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