化工原理及相關(guān)課程教學(xué)方法改革探索

張海洋 郭瑞麗 王榮杰 李翠華

摘要：化工原理及相關(guān)課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)最重要最核心的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)方法是否得當(dāng)直接關(guān)系到教學(xué)效果的好壞。文章對(duì)化工原理、化工原理實(shí)驗(yàn)、工程制圖和化工原理課程設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法與改革進(jìn)行了思考和探索，包括具體的實(shí)施過程、組織方式等，并以舉例的方式進(jìn)行了深入分析，可實(shí)現(xiàn)理論課、實(shí)踐課和課程設(shè)計(jì)的較好融合。對(duì)化工原理及相關(guān)課程的教學(xué)創(chuàng)新、教法改革具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法;改革探索;實(shí)施過程

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）15-0184-03

一、引言

化工原理課程是化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、材料科學(xué)與工程、環(huán)境工程、制藥工程及其他化學(xué)加工過程類各專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其以單元操作的基本原理、過程參數(shù)變量、設(shè)計(jì)型計(jì)算、操作型計(jì)算、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、操作性能和選型為基礎(chǔ)，研究物料發(fā)生物理或者化學(xué)變化的過程，旨在解決工業(yè)生產(chǎn)過程中的問題[1]。通過學(xué)習(xí)這門課程可以逐步引導(dǎo)學(xué)生由原來的純理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)到實(shí)踐性、工程化學(xué)習(xí)，是一門理論與實(shí)踐密切聯(lián)系的課程。

化工原理實(shí)驗(yàn)是以化工原理為基礎(chǔ)的一門工程實(shí)驗(yàn)課程，本實(shí)驗(yàn)課程主要講述化工原理中所涉及的主要單元操作，以鞏固和加深對(duì)化工原理課程中基理論知識(shí)的理解，從實(shí)驗(yàn)中可以了解典型化工設(shè)備的原理和操作，掌握化工中用數(shù)學(xué)模型法和因次論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法及數(shù)據(jù)處理，掌握化工數(shù)據(jù)的基本測(cè)試技術(shù)。并能運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)去解決實(shí)驗(yàn)中遇到的各種實(shí)際問題。

工程制圖是一門研究閱讀和繪制工程圖樣和圖解空間幾何問題的技術(shù)基礎(chǔ)課，既有系統(tǒng)的理論，又有較強(qiáng)的實(shí)踐性。其主要內(nèi)容包括畫法幾何、制圖基礎(chǔ)、機(jī)械圖樣三大部分。其中，畫法幾何主要研究正投影法原理以及圖示空間形體和圖解空間幾何問題的理論和方法，是閱讀和繪制工程圖樣的理論基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力和空間解決問題能力的主要思想方法。制圖基礎(chǔ)部分訓(xùn)練學(xué)生用儀器、徒手以及計(jì)算機(jī)繪圖的操作技能，培養(yǎng)閱讀和繪制投影圖的基本能力，是本課程重點(diǎn)。通過該課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們能夠通過口頭、書面、圖表、工程圖紙等方式進(jìn)行有效溝通和交流;具有使用化學(xué)化工專業(yè)工具軟件或自編程序?qū)?fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬的能力，并能正確分析與使用模擬預(yù)測(cè)結(jié)果;掌握復(fù)雜工程中涉及的基本工程原理和專業(yè)知識(shí)，了解其在解決復(fù)雜工程問題中的作用與應(yīng)用方法。

化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生綜合應(yīng)用本門課程及先修課程所學(xué)知識(shí)完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐。通過課程設(shè)計(jì)（主要是換熱器和精餾塔的設(shè)計(jì)）使學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法，在查閱技術(shù)資料、選用公式、數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果以及制圖能力等方面，得到一次基本訓(xùn)練。幫助學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和工程觀點(diǎn)。

目前，該類課程的教學(xué)組織方式仍主要為化工原理課程理論先行，然后進(jìn)行化工原理實(shí)驗(yàn)、工程制圖和化工原理課程設(shè)計(jì)課程的講授，且?guī)组T課程之間仍處于獨(dú)立和割裂的關(guān)系。石河子大學(xué)是國家世界一流學(xué)科建設(shè)高校，且化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科為國家一流學(xué)科，化學(xué)工程與工藝為國際教育工程認(rèn)證通過專業(yè)，在此大背景下，我們應(yīng)嘗試改變傳統(tǒng)的化工原理類課程的教學(xué)方式，將案例導(dǎo)向式教學(xué)法與啟發(fā)式教學(xué)法相結(jié)合，應(yīng)用于本類課程的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)一體化教學(xué)的效果。以下將對(duì)這種創(chuàng)新型的教學(xué)方法作以初步探討。

二、案例導(dǎo)向式教學(xué)法和啟發(fā)式教學(xué)法

“案例導(dǎo)向式教學(xué)”是一種通過模擬或者重現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中的一些場景，讓學(xué)生把自己納入案例場景，以主人翁的身份通過主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)并應(yīng)用相關(guān)知識(shí)進(jìn)行討論計(jì)算或者研討來解決案例問題的一種教學(xué)方法[2]。教學(xué)中既可以通過分析、比較，研究各種各樣的成功的和失敗的經(jīng)驗(yàn)，從中抽象出某些一般性的結(jié)論或認(rèn)知，也可以讓學(xué)生通過自己的思考或者老師的講解來拓寬自己的視野，從而豐富自己的知識(shí)?；ぴ眍愓n程所牽涉的行業(yè)本身存在大量的工程案例，教師所從事的科研課題，也會(huì)向課程提供一部分案例，使化工原理類課程的案例導(dǎo)向式教學(xué)成為可能[3]。

在案例導(dǎo)向式研究型教學(xué)的過程中，案例的選取和導(dǎo)入十分重要。一個(gè)能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的案例將會(huì)給整個(gè)課程教學(xué)一個(gè)良好的開端。案例可以是教師本身所進(jìn)行的研究課題的擴(kuò)展，也可來自其他參考書或者各類媒體相關(guān)報(bào)道[1]。但是案例的選擇須符合以下兩個(gè)原則：

（一）案例必須具有真實(shí)性和相關(guān)性，不脫離生活實(shí)際

在化工原理類課程的教學(xué)中，只有用真實(shí)可信的案例，才能讓學(xué)生真正體會(huì)到知識(shí)的應(yīng)用性，并且只有與生活密切相關(guān)的案例，更能激發(fā)學(xué)生的求知欲，為整個(gè)過程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)[4]。

（二）案例還必須具有系統(tǒng)性和全面性

在案例選取時(shí)還要考慮到化工原理類課程所涉及的所有單元操作以及管閥件和設(shè)備的連接流程和布置，選擇的案例應(yīng)系統(tǒng)地涵蓋這些內(nèi)容，這樣才能使學(xué)生學(xué)習(xí)到全部的相關(guān)知識(shí)，并為今后走上工作崗位解決實(shí)際工程問題提前進(jìn)行了一次完整的演練。

啟發(fā)式教學(xué)，就是根據(jù)教學(xué)目的、內(nèi)容、學(xué)生的知識(shí)水平和知識(shí)規(guī)律，運(yùn)用各種教學(xué)手段，采用啟發(fā)誘導(dǎo)辦法傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力，使學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，以促進(jìn)身心發(fā)展。這里要著重說明，啟發(fā)式教學(xué)不僅是教學(xué)方法，更是一種教學(xué)思想，是教學(xué)原則和教學(xué)觀?！皩W(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”，這就是現(xiàn)代教學(xué)的指導(dǎo)思想[5]。如何體現(xiàn)“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”，關(guān)鍵是學(xué)生能否有學(xué)習(xí)積極性，而學(xué)習(xí)積極性在很大程度上和教師的主導(dǎo)作用有直接關(guān)系，因此在全課教學(xué)中進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而全方位地提高學(xué)生的能力。啟發(fā)式教學(xué)，對(duì)于教師的要求就是引導(dǎo)轉(zhuǎn)化，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的具體知識(shí)，再進(jìn)一步把學(xué)生的具體知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力。教師的主導(dǎo)作用就表現(xiàn)在這兩個(gè)轉(zhuǎn)化上（已知知識(shí)→學(xué)生具體知識(shí)→能力），這里引導(dǎo)是轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。

三、化工原理類課程講授的具體實(shí)施過程

化工原理類課程之間的關(guān)系及計(jì)劃實(shí)施過程如圖1所示。

該類課程的具體實(shí)施可由化工原理課程設(shè)計(jì)課程貫穿始終，首先進(jìn)行案例的導(dǎo)入，選擇并提出綜合性的工程任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)要求結(jié)合所學(xué)的其他相關(guān)知識(shí)和常識(shí)啟發(fā)學(xué)生拆分任務(wù)，具體的可拆分為：單元操作（流體輸送、攪拌、過濾、傳熱、蒸發(fā)、吸收、精餾、萃取和干燥等）、工藝設(shè)備（設(shè)備的基本原理、類型、構(gòu)造及應(yīng)用場合等）和管閥件及流程安排等。

單元操作的講解實(shí)質(zhì)上也就是化工原理課程的主要內(nèi)容，隨著任務(wù)的進(jìn)行和問題的出現(xiàn)，我們可以對(duì)所涉及的單元操作采用問題啟發(fā)式的方法進(jìn)行基本原理、模型假設(shè)建立、參數(shù)引出、物料衡算、操作型計(jì)算和設(shè)計(jì)型計(jì)算等的講解，利用其對(duì)解決方法的追求，逐步吸引著學(xué)生們的注意力，從而達(dá)到解決問題與傳授知識(shí)的結(jié)合。

在每一個(gè)單元操作講解的過程中，牽涉到所對(duì)應(yīng)的設(shè)備部分，我們可以將課堂安排在化工原理實(shí)驗(yàn)室中，以實(shí)物裝置作為講解對(duì)象，講解設(shè)備的原理、類型、構(gòu)造及應(yīng)用場合等，同時(shí)，將化工原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容融合進(jìn)來;這樣，既可以讓學(xué)生們直觀地觀察設(shè)備的構(gòu)造，理解設(shè)備的工作原理，加深了知識(shí)儲(chǔ)存的有效性和時(shí)限性，避免了教室課堂對(duì)該部分授課時(shí)采用圖片的形式使學(xué)生們先抽象理解的過程;又可以啟發(fā)學(xué)生們對(duì)工程任務(wù)中所需要的設(shè)備進(jìn)行選型，還同步完成了化工原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容。

設(shè)備確定之后，我們需要啟發(fā)學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求、規(guī)模大小、物料衡算結(jié)果，設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型計(jì)算等結(jié)果確定管閥件以及設(shè)備的類型和尺寸、連接和安裝條件等，比如，示意的流體流速、管道的尺寸，閥門的類型、泵的安裝高度、換熱器的參數(shù)（構(gòu)型、流體流動(dòng)方向、管程殼程數(shù)目、列管數(shù)目等）、精餾塔的參數(shù)（精餾段與提餾段的直徑、氣相和液相摩爾流量、塔板數(shù)目、塔盤構(gòu)型、溢流堰高度、降液管長度、安定區(qū)、孔的密度、液泛限制等），篩選確定這些部件之后，將課堂設(shè)置到微機(jī)室，結(jié)合理論的講解進(jìn)行圖形的繪制，完成工程制圖課程的教學(xué)任務(wù)。

上述一切就緒之后，進(jìn)行工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)的梳理和校核，并對(duì)不合適的地方進(jìn)行調(diào)整，再次進(jìn)行梳理和校核，直到?jīng)]有問題出現(xiàn)為止，按照要求制作目錄、規(guī)范整理材料等，形成最終的工程工藝包，完成化工原理課程設(shè)計(jì)課程任務(wù)和整個(gè)化工原理類課程的教學(xué)任務(wù)。

四、結(jié)語

綜上所述，案例導(dǎo)向式教學(xué)法和啟發(fā)式教學(xué)法的結(jié)合可改變傳統(tǒng)的化工原理類課程的教學(xué)組織方式，避免了幾門課程之間獨(dú)立和割裂的關(guān)系;以一條主線將多方面知識(shí)穿插起來，始終吸引著學(xué)生們的注意力，讓學(xué)生們通過直觀地觀察和思考獲取知識(shí)，并加深了知識(shí)儲(chǔ)存的有效性和時(shí)限性，避免了傳統(tǒng)課堂使同學(xué)們抽象理解知識(shí)的現(xiàn)象，可達(dá)到解決問題與傳授知識(shí)的完美結(jié)合，為同學(xué)們今后走上工作崗位解決實(shí)際工程問題提前進(jìn)行了一次完整的演練，更具實(shí)效性。但同時(shí)該教學(xué)方法和課程組織方式的實(shí)施也對(duì)教師和學(xué)校提出了更高的要求，授課教師需要具有較好的協(xié)商配合能力，根據(jù)任務(wù)需要不斷調(diào)整內(nèi)容順序和課堂角色，同時(shí)，還要具有較廣的知識(shí)面和一定的知識(shí)深度;學(xué)校和學(xué)院的相關(guān)部門人員則需要提前了解該類課程的組織方式，做好系統(tǒng)的排課和課堂設(shè)置的安排，并根據(jù)一線教學(xué)人員的需要配合完成教學(xué)改革。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張海洋，李雪琴，賈鑫，郭瑞麗.基于化工原理課程案例庫建設(shè)的初步探索[J].教育教學(xué)論壇，2016，（46）：123-124.

[4]張海洋，李雪琴，郭瑞麗，賈鑫.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在化工原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].化工高等教育，2017，（03）：82-84.

[5]https：//baike.baidu.com/item/啟發(fā)式教學(xué)法/4875326[EB/OL].