基于新工科背景下化工原理課程改革探討

劉勇，尹曉紅，王曉艷，韓煦

（1.天津理工大學化學化工學院天津 300384；2.天津大學化工學院天津 300350）

高等學校的工科教育是保障國家經濟發展、提高國家科技進步的重要內容。 教育部自2018年2 月提出“新工科”的建設要求，探索新工科教育的建設理論與實踐[1]。 新工科的“新”是指新結構、新質量、新理念、新體系、新模式。 其中，對于學生工程化思維的培養是重要環節，其核心是提高學生解決復雜工程問題的能力。 新工科背景下學生的工程化思維培養，與工程教育專業認證中對于學生解決復雜工程問題的能力培養相契合。學生畢業時所具備的在解決復雜工程問題過程中體現出的素質與能力，是對所學知識和理論最好的檢驗[2]。 作為工科領域的重要組成部分，化工學科自然也就成了新工科概念應用的重要領域?；ぴ碚n程是化工類及其相關專業的一門非常重要的技術基礎課，擔負著化工過程由理論到工程、由基礎到專業的橋梁作用，課程教學水平的高低，對化工類專業學生的業務素質和工程能力的培養起著至關重要的作用[3]。

本文以新工科建設為背景，探討如何通過教學方式、教學內容、教師提升和考核方式改革，使學生在化工原理層面把化學工程基本觀點與相關基礎知識緊密聯系起來，具備工程思維及解決復雜工程問題的能力，能夠從工程分析的角度討論化學工程的重要工程概念，使學生形成完整的化學工程觀點，便于學生掌握化學工程分析的內容和工程分析的方法，增強分析和解決工程實際問題的綜合能力，以提高化工原理課程的教學效果，為適應新興產業和新經濟的需要培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的復合型新化工人才。

1 存在主要問題

化工原理是理論與實踐相結合，但實際教學中卻“重理論、輕實踐”。 化工原理是一個課程體系，包含化工原理、實驗、課程設計等內容，在實際教學過程中，由于教學學時、教師安排等客觀原因，相互割裂，沒有交流，甚至有還沒開始講理論就進行實驗，或這一學期講理論，相關實驗要下一個學期開設等現象[4]。 課程設計也未體現出工程問題的解決能力，普遍簡單，單一化。 “三傳一反”是化工學科基礎，其中，“三傳”主要在化工原理課程中體現，其重要性不言而喻。 學生學習費力、學習熱情不高、普遍反映難學、考試單一期末卷子，突擊復習背公式應付考試，缺乏能力培養。目前教學模式導致解決復雜工程問題的能力缺失，未達到課程目標和畢業要求，進而沒有達到培養目標要求。 此外，工科教師理科化，沒有實際生產經驗，甚至沒進過工程項目、更沒有參與過工程項目的建設開工。 因此，教師自己都沒有工程思維，很難培養學生的工程思維。

2 主要改革措施

2．1 教學方式

隨著科技進步以及互聯網技術的發展普及，傳統的以“一張黑板滿堂灌”的授課方式已經得到明顯改善，新的教學方式如多媒體、仿真模型、線上線下混合等方式也得到了廣泛應用[5]。 但是并未從根本上改變傳統的教學方式，在教學過程中仍以教師講授為主，學生參與度不高。 在當前社會對化工學科整體偏弱化認識的背景下，學生對所學內容如一些枯燥的理論和公式不感興趣，不了解化工的發展歷史及前沿， 所學不能所用，逐漸喪失學習動力和興趣。 針對學生喜歡聽“故事”和“事故”，對實際案例感興趣，特別是一些造成嚴重后果或者取得了重大科學技術進步的實際案例感興趣，可以從實際案例分析切入進行講授。 可在傳統課堂的基礎上增加案例分析式教學方式，例如在講述邊界層分離知識點時可分析歷史上著名的“大橋風振致毀”事故；在講述精餾知識點時可跟同學們分享根據真實事件改編、最近大熱的電視劇，劇中一條主線是圍繞著“化工廠”引進乙烯裝置展開的，分析其中關鍵設備精餾塔設計部分的內容。 同時，講授化工行業發展的歷史，以及在化工領域的重要人物歷史，如氯堿先驅侯德榜、化工原理先驅丁緒淮、王紹亭、顧毓珍等人事跡。 培養學生熱愛自己專業、了解自己專業的情懷，將家國情懷的教育以“潤物細無聲”的方式滲入到學生的日常學習過程中。

在互聯網技術的背景下，網絡教學方式突破了學習空間和時間上的限制，為學習者提供了極大的便利。 可充分利用互聯網+，化工原理課程中的理論內容以線上學習為主，學生以自主探究和自主參與的方式去學習， 改被動學習為主動學習，可以更有效地提高學習效率。 在網絡教學過程中，學生根據教師布置的任務對基礎理論進行學習，可通過多種渠道了解并理解基礎理論的提出、發展等主要內容。 學生有疑問的可通過答疑系統向教師提問，教師應對學生提出的問題及時進行解答和進行學習輔導，使教師能及時了解學生學習動向，并把一些普遍性的問題及時反饋到課堂教學過程中，從而及時針對課堂教學內容進行完善與更新。 這種互動式的教與學，可由教師提出理論問題，學生思考并尋找問題答案；學生提出疑問，教師回答反饋并提出新的問題。 這種方式對于課前課后的學習都有很大的促進作用，課堂教學與網絡教學的聯動可增強學生學習的主動性，也使得教師能有的放矢，做到事半功倍。

2.2 教學內容

化工原理教學內容應包括化工原理理論、化工原理實驗、化工原理課程設計等內容。 傳統教學模式仍以化工原理理論講授為主，對化工原理實驗及化工原理課程設計等內容重視不夠，各教學內容之間相互割裂，交流互動較少，對學生的實踐能力培養偏弱，很難達到工程教育背景下課程目標的要求。

隨著化工及相關學科的發展，化工原理與其他相關課程內容的融合和交叉也很重要，應根據需要調整和增加相應的內容[6]。 可加強化工過程分析與模擬輔助軟件在教學中的應用，化工原理課程中涉及到的數學內容相對繁雜，數學基礎不夠扎實的學生會選擇對公式死記硬背，覺得課程難度大并且枯燥乏味，失去學習的興趣[7]。 鼓勵學生采用Aspen、ProII 等過程分析軟件可對化工過程進行模擬， 有助于學生對反應過程知識的掌握，并激發學生的學習興趣。 同時，加強實踐教學和仿真教學在課程教學中的應用， 可在生產實習等仿真實踐教學過程中進一步強化化工原理課程內容， 通過多樣化的實踐教學活動及生產現場的學習過程，培養學生的工程思維能力；另外，通過仿真學習，可以使學生操控反應過程變量，例如在精餾塔仿真操作模擬過程中，學生可根據精餾的基本理論分析精餾操作過程中的各變量影響及相互作用， 感受實際生產過程，使學生更容易理解該過程，培養學生解決復雜工程問題的能力。

2.3 教師提升

新工科建設的關鍵是師資。 對于工科教師而言，一定的理科基礎當然是必要的，但工科教師更需要的是解決工科實際問題的能力。 隨著近年來高校的發展，進入高校的人才特別是年輕教師普遍存在基礎研究科研能力強，但工業生產解決問題能力背景偏弱，部分教師自己沒有深刻理解工業生產中的技術與要點，教學過程中“紙上談兵”，其指導出來的學生也肯定與工業生產脫節。我們在進一步加強基礎研究的同時，要從工科院系的實際出發，更加注重發揮團隊優勢，開發相關重要技術工程應用和產業化過程。 通過改革，教師和科研人員也能主動促進工程化應用和轉化，教師積極參與的科研也可反哺教學，將科研過程中的實際工程問題在教學過程中與學生分析、討論，教學與科研相長，既可提高學生的學習興趣，又可提高對學生工程思維能力的培養。 應注重培養教師特別是新入職青年教師的工程實踐能力，學?；驅I可通過與生產企業聯合的方式， 一方面聘請企業生產研發工程師為學生講課，使學生了解實際生產過程中的存在問題與解決方法；另一方面可安排相關教師進修，真實進入企業生產研發環節，重點培養教師的工程實踐能力。 例如某集團公司近年推出的“N1N”產教融合項目， 將教學實訓與科研知識轉化為生產力，通過對青年教師“產教學研工程化融合”培訓，有助于提高青年教師對工程實踐及復雜工程問題的認識，豐富教師對一線生產環境的認知，在提高教師工程實踐能力方面取得了好的成果和經驗。

2.4 考核方式

傳統教學采用封閉的考核方式，主要是期末考試試卷，在規定時間內完成。 由于時間相對有限， 沒有深入題目重點考察基本內容和基本原理，應用考察很少，存在學生以背公式應付考試現象[8]。 過程性評價是指對學習過程的價值進行建構的過程。 過程性評價要在學習過程中完成，強調學習者的主體參與。 過程性評價并不是通過一次評價完成，而是在學習過程中發生的、學習者參與的、漸近的目標建構過程。 考核方式可變為開放的、多元的、全面的過程性考核方式，期末考試占約50%左右，開放考核30%左右，以大學生化工設計大賽模式為參考，即每5～6 名學生為一個小組，題目半開放，要求考察團隊的能力，對組織能力、 領導能力、 團隊協作能力進行考核，10%左右課后作業包括單元測驗及期中考試等，10%左右課堂討論。

3 結論

在新工科建設的背景下， 基于科研育人理念， 在具體實施過程中不僅要科學安排課程結構，還要考慮課程目標、課程實施、課程評價等環節之間的聯系。 化工原理課程發揮著從基本理論到實踐、 理論到工藝設計等專業知識的橋梁作用。 針對目前化工原理課程教學中存在的問題，將新工科的理念引入到化工原理教學中，利用系統科學的原理去深入分析和研究。 通過對化工原理課程的重新定位， 不斷探索改進教學方法，更新教學內容，引導學生加強對理論知識的掌握和熟練運用，訓練學生的開創新型思維并逐步改進教學方案，從而有效提高化工原理理論課程的教學效果，達到培養學生的工程實踐能力和創新能力、培養適應新經濟和新工業發展需要的復合型化工創新人才的目的。