新工科背景下化工原理教学改革探索_吕春杰.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .新工科背景下化工原理教学改革探索吕春杰，刘 青，孙 娜，舒朋华（许昌学院食品与药学院，河南 许昌）摘 要：化工原理是化工与制药类专业一门重要的专业基础课程，对学生来说，学习难度较大。为适应新工科背景下的教学改革需要，文章在教学内容方面，根据制药工程专业特点适当修订教学内容，在授课过程中引入本专业发展所用的新技术、新设备、新方法。在授课方式方面，利用学生团队学习法、案例教学法、探究式教学法等方法提高学生的学习兴趣。通过化工原理教学改革探索，提升制药工程专业学生解决制药工程领域复杂工程问题的能力。关键词：新工科；化工原理；教学改革；复杂工程中图分类号：.文献标志码：文章编号：（）基金项目：许昌学院教育教学改革研究与实践项目（：）；许昌学院课程思政建设项目（：，）。第一作者：吕春杰（），女，博士，讲师，主要从事金属催化理论研究。通讯作者：舒朋华，博士，制药工程系主任，硕士生导师，研究方向为药学教育和药物化学。，（，）：，.，.，.，.：；国家发展水平的重要标志之一是高等教育的发展。高校工科专业教育与相关产业发展紧密联系、相互支撑。为主动适应新技术、新产业、新经济发展，教育部推进“新工科”建设，各大高校也在积极探索“新工科”背景下课程教学内容及教学模式改革。在制药工程专业课程体系中化工原理是一门非常重要的专业基础核心课程，其主要特点在与它的工程性。让学生树立工程观念和理念，并学会用工程的观点和方法分析工程实际问题，应该是本门课程的最高培养目标。本课程学习主要化工单元操作的基本原理、计算方法及典型设备。在授课过程中，许昌学院制药工程专业化工原理课程普遍存在以下两个问题：（）制药工程专业的化工原理课程安排学时较少，仅为 学时，这与化工原理教材复杂繁多的知识点相矛盾。（）化工原理教材一般是针对石化炼制行业内的生产过程进行编写，教材里的经典案例主要也是选自石化行业，对于制药工程专业的学生来说比较陌生，吸引不了学生的学习兴趣，学习起来有一定的难度。因此，在面对新工科及少学时背景下，制药工程专业开设的化工原理课程必须快速适应新工科对高校人才培养的要求，主动对现有化工原理课程进行尝试性改革，注重学生快速学习能力的提升，帮助学生培养以工程观点为主的思维方法；注重典型单元操作的设计型和操作型问题，加强理论和实际的联系，使学生能正确地分析复杂的工程问题，提高解决实际复杂工程问题的能力，加快对新技术、新业态、新产业、新模式为特点的未来工业经济发展的适应。教学内容改革.根据制药工程专业的特点修订教学内容目前，化工原理课程主要讲授的内容包括流体流动、流体机械输送、沉降与过滤、传热、蒸馏、吸收、干燥等，教材在编写过程中基本都会选用化工生产过程中的经典案例进行分析。为了提高学生对制药复杂工程问题，能够进行产品单元或部件的工艺设计与开发，并知晓影响设计方案的各种因素。我 广 州 化 工 年 月们根据许昌学院制药工程专业的专业定位和培养目标，结合制药工程工程产业的特殊需求适当调整教学内容，争取做到主次分明、突出重点。比如，可以结合地方相关企业和校外实习基地的实际生产情况，选择具有代表性的典型产品生产作为课堂教学的重点，深入分析讨论影响反应和纯化过程的诸多因素，确定生产合格产品的设备设计条件；同时讲清“如何组织、设计、化工设备设计”的方法，使学生初步树立工程观点，培养工程思维，提高解决实际化工问题的能力。.授课过程中引入制药工程专业相关的新技术、新设备和新方法制药工程领域涉及的分离提纯、结晶等先进技术日新月异。因此，在制药工程专业化工原理课程的授课过程中，我们要格外注重学生创新工程意识的培养。一方面，合理调整教材中不适应教学规律的框架与结构，适当增添了正在发展并已取得共识的新概念、新技术，适当补充一些日趋成熟且实用的新工艺。例如将各类膜接触器分别列入与其密切相关的精馏、吸收、萃取等章节中；在传质分离的基础上，又在授课过程中增添有关反应分离的概念；其目的在于使系统在最佳条件下运行，进一步提高工艺过程的合理性、有效性与经济型。另一方面，结合制药工程专业相关工程实践案例，针对阿司匹林原料药分离纯化的特性，结合 的求解、优化并向学生介绍过程模拟研究如何优化工艺流程，如何选择合适的生产设备，如何合理安排时间和人力。同时，我们还针对如何从粗产品中分离纯化目标产物的问题，让学生根据所学知识进行分离方法的选择，具体方案的制定，以及不同小组选用不同方法之间的比较，引导学生不仅要会分析问题，还要对解决问题的过程进行合理的解释，使经济和工程观念融入制药工程领域复杂工程问题的解决过程当中，培养学生严谨的思维方式和解决实际问题的能力。教学方法改革目前，在化工原理的授课过程中，单一的板书教学或是 播放教学，无法将大量的与之相关的化学、数学和工程学等相关知识进行优化和传授。面对各种复杂的单元操作，分别利用利用学生团队学习法、案例教学法、探究式教学法等学习化工原理教程中的基础知识点、综合工程应用、知识拓展方面的内容，提高学生的学习兴趣，优化课堂教学，有利于提高学生的积极性和教学质量。.同伴互助配合共同达成教学目标在化工原理基础知识授课过程中我们采用学生团队学习方法，具体的是由德弗里斯和爱德华兹于 年创立的小组游戏竞赛法。小组游戏竞赛法一般分为 个环节：（）全班授课，教师介绍教材内容；（）教师进行异质分组，学生在小组中互相帮组，一起学习或完成任务；（）小组竞赛；（）根据小组竞赛成绩计算小组总分；（）对总分较高的小组给予奖励。其中小组竞赛的规则是：不同小组中水平相近的同学被组织到一起进行竞赛（每组内排序，如、，各自的 相互竞赛等），根据比赛名次计算其对原来小组的贡献分数。这个方法的好处是，每个学生不论基础如何，都是与自己水平相近的人比赛，都能为自己的小组贡献分数。这个设计贯彻了成功机会人人平等的原则，同时也强化了小组之间的竞争。通过小组游戏竞赛法，化工原理课堂不再是单一的板书教学或是 播放教学。小组游戏竞赛法不但使提高了同学们学习化工原理诸多艰涩难懂知识点的积极性，提高课堂效率，同时还锻炼了学生的团队合作能力、沟通表达能力，树立了集体荣誉意识和公平竞争意识。总之，在化工原理基础知识的学习过程中，小组游戏竞赛法的实施达到了同伴互助配合共同达成教学目标的目的。.真实案例引发思考与讨论在化工原理综合工程应用授课过程中我们采用案例教学法，具体是把现实生活中的真实情景典型化处理后形成案例，让学生通过独立研究和相互讨论，完成对既定教学内容的学习。案例教学法一般包括一下 个主要步骤：（）学生自行准备；（）小组讨论；（）集中讨论；（）总结阶段。比如在学习完非均相物系分离沉降章节的基础知识点之后，通过真实案例来讨论、分析小水酿大灾的原因。第一步是教师提前一周把案例材料发给学生，具体案例是：年 月，多年的枯水河陕西省渭河流域发生连续降雨，造成严重的洪涝灾害，是渭河流域 多年来最为严重的洪水灾害。然而当年渭河洪峰最高流量 ，只相当于五年一遇的洪水！如此小水酿成大灾的原因是什么呢？学生阅读案例材料，查阅资料，收集信息，积极思考，形成对案例问题原因的分析和解决方案。水量不大却出现高水位，以至发生洪灾，其原因只能是河床升高了，由此学生很容易想到：渭河流道内泥沙淤积很严重。那为什么渭河流道内泥沙淤积如此之快，如何缓解上游泥沙淤积的问题就变成第二步小组讨论需要解决的问题。小组讨论之后每个小组都会有自己的结论和解决方案，各小组派出代表，展示对案例的分析和处理意见，接受并回复其他小组成员的提问。教师可以聚焦几个要点，组织大家进行重点讨论。最后总结阶段最终原因以及解决方案。案例教学法通过真实性的案例能很好的解决理论与实际脱节的矛盾，促进理论联系实际。在解决案例的过程中，学生需要用所学的知识体系，从不同的立场和角度看问题，不但有助于提高分析问题和解决问题的能力，还对基础知识点有巩固的作用。.探究式学习进行知识拓展除了基础知识点和综合工程应用的学习之外，在课外开放式学习过程中通过探究式学习进行知识拓展。在探究式教学中，教师提供一些事例和问题，让学生自己通过阅读、思考、观察、实验和讨论交流等途径独立研究，自行发现并掌握相应的概念和原理。比如，可以利用已学知识提出对阿司匹林原料药相关配方和工艺进行改进的措施。在研究相关配方和工艺改进过程中需要独立思考，并分析事物的属性和联系，找到规律和原理，其中的复杂性、探索性能够激发和培养学生的主动精神，让学生获得发现的经验和方法。科学研究是产生知识的过程，通过已有的知识进行探究，要求学生模仿科学家一样去发现，以开阔学生视野。总之探究式学习可以激发学生的学习热情，提供给学生开放的探索空间，激发学生的求知欲。但是探究式学习有一定的挑战性，因此在教学过程中我们不看重结果，在学生学习的早期提供引导，中间阶段给予支持，最后给予提点，以促进学生的学习，帮组学生进行相关知识拓展。第 卷第 期吕春杰，等：新工科背景下化工原理教学改革探索.考核方式表 考核的方式及说明 序号考核方式考核详细说明所占比例 考勤主要考察学生的学习态度，能够督促学生按时上课，特别是对于重修的学生。无故缺勤每次扣除 分；事先请假的每次扣除 分，也可以提交所缺课程内容的自学总结报告，经审查合格后进行抵扣所扣除的分数。.课堂讨论考察学生课堂听课效果以及课堂讨论时的沟通和分析表达能力。课堂讨论采用“记对不记错”的方式，主要是鼓励学生积极互动以此提高课堂授课效果。.作业认真、即时完成作业，按照百分制根据正确率给予成绩。补交作业的乘以.的系数。发现抄袭现象则该次作业成绩为.探究学习总结探究式学习可以激发学生的学习热情，提供给学生开放的探索空间，激发学生的求知欲。考察自主学习能力：课外文献查阅，自学知识的掌握情况，综合运用知识能力。探究式学习有一定的挑战性，因此在教学过程中我们不看重结果，在学生学习的早期提供引导，中间阶段给予支持，最后给予提点，以促进学生的学习，帮组学生进行相关知识拓展。最终采取“教师评价”、“自我评价”、“互相评价”、等形式进行评分。.单元测试共进行 次单元测试，采用线上闭卷形式，考试时间为 。主要是考察基础知识的掌握情况以及解决复杂工程问题的能力。.期末考试考试时间：；考试形式：闭卷考试；考试题型：分为基础题（分）、分析论述题（分）、应用题（分）和工程实践题（分）；基础题包括填空、选择和判断题。应用题、工程实践题为计算题。考试时间和地点：查看考前学校具体安排。.最终成绩包括考勤（）、课堂讨论（）、平时作业（）、探究学习总结报告（）、单元测试（）、期末考试（）。通过多种考核方式不但可以考察学生的学习态度、基础知识掌握情况；还可以进一步考察学生是否能够运用化工原理所学理论知识解决制药工程领域复杂工程问题，另外通过探究学习总结报告的提交还能培养学生的创新精神，为学生进一步深造打下一定基础。结 语本文在新工科背景下，制药工程专业化工原理授课过程中上更多地引入一些制药工程专业相关的新技术、新设备、新方法，结合当地相关企业典型产品的生产与单元操作相结合，有利于制药工程专业的学生初步树立工程观点，培养工程思维，提高解决实际化工问题的能力。同时在授课方式方面，分别利用学生团队学习法、案例教学法、探究式教学法等学习化工原理教程中的基础知识点、综合工程应用、知识拓展方面的内容。有利于调动起学生的学习兴趣，进而 增强学生听课的积极性，从而激励学生有效运用化工原理知识来解决制药工程领域的实际问题。参考文献 钟登华.新工科建设的内涵与行动高等工程教育研究，（）：.潘鹤林，黄婕.浅议化工原理课程课堂教学教育现代化，（）：.赵秀琴，向乾坤.有限学时下“化工原理”理论课教学方法探讨化学教育（中英文），（）：.吕玲，王志红，姚伟宁，等.专业认证背景下少学时化工原理课程教学改进的思考化工高等教育，（）：.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化工高等教育，（）：.