课程群建设是近年来高等院校课程建设实践中出现的一项新的课程开发技术,其主要思想是将教学内容联系紧密、内在逻辑性强、属同一个培养能力范畴的同一类课程作为整体进行建设,打破课程内容的归属性,从能力培养目标层次把握课程内容的分配、实施、保障和技能的实现。从1990 年北京理工大学进行课程群建设之后,一些高校陆续开展了名称大致相同但内容截然不同的课程群建设与实践。
化学工程理论是研究有关工程因素对过程和装置的效应,特别是在放大中的效应,以解决关于过程开发、装置设计和操作的理论和方法等问题,以解决工业生产问题为最终目标,因此包含了化工原理、化工热力学、化学反应工程、分离工程、化工专业实验等,例如化学反应是化工生产的核心部分,决定着产品的收率,对生产成本有着重要影响; 化工原理是主要对共性的物理单元操作进行研究,包括了各种单元操作设备和反应装置中进行的物理过程,主要遵循动量传递、热量传递和质量传递,为后续课程和指导各类产品的生产过程中物理分离过程提供理论基础; 化工热力学是单元操作和反应工程的理论基础,研究传递过程的方向和极限,为真实体系下的生产提供过程分析和设计所需的有关基础数据的; 分离工程是在化工原理的基础上进一步研究各种化学物质的分级、分离、浓缩和纯化的方法、工艺、材料、设备等方面的过程工程科学,包括了理想过程和实际过程,与化工原理、化工热力学在有重复的内容; 化工专业实验包括化工原理实验和化学反应工程实验,是将专业知识与理论知识融合起来。这几门课程相互联系、逐渐深化,均在理论及实践上为以后课程和实际生产做好准备。然而,由于这些专业课程通常由不同老师担任教学工作,单独制订教学计划和教学大纲,因此常常会出现教学内容重复,学生在整个学习过程中对整个知识体系缺乏完整的把握,降低了学习的积极性,最终导致教师教学效果大打折扣,因此需要对化学工程几门课程进行整合优化,以期达到" 夯实专业理论基础,突出专业实验技能,强化工程实践能力培养" 的教学目的。
1 理论知识构建———整合化学工程理论课程内容
化学工程理论课程群包括化工原理、化学反应工程、化工热力学、分离工程及化工专业实验,这几门课程相互联系,但内容上有所重复。为了提高学生学习效果,需要对各门课程的教学内容进行整合。例如化工原理与分离工程在质量传递部分内容有所重复,在对理论知识的整合过程中,化工专原理主要强调理想的两组分系统的学习与掌握,而分离工程主要讲解多组分及真实体系的有关分离原理及计算,使得二门课程在教学内容上相互补充; 另外,分离工程与化工热力学相联系的是两相平衡问题的有关理论及计算,而这部分内容的学习主要在化工热力学中进行学习; 而化学反应工程与物理化学中的多相催化部分有所重复,但由于教学大纲的课时限制,物理化学对这部分内容只是简单提及、不做详细讲解,因此,将这部分内容安排在化学反应工程中进行详细讲解。
2 建立计算机辅助教学平台
为了适应化工科技发展的要求,将化学、化工知识与计算机技术紧密地结合起来。在化学工程理论的学习过程中,采用计算机编程可快速准确地获得所需要的计算结果,从而大大提高学生的计算机应用水平和工程计算能力; 同时由于化工理论课程群囊括了化工所有的理论计算,计算繁琐、难度大,为了强化学生的计算能力,利用化工热力学教材自带热力学软件ThermalCal 1. 1、Aspen Plus 和MATLAB 软件提高学生的工程计算能力。
3 搭建化学工程理论实践平台
为加强化学工程理论课程的理解,合理地整合了化工原理及化学反应工程实验。例如化学反应工程在原有实验的基础上,将“乙苯脱氢制苯乙烯实验”改成了“多釜串联测定平均停留时间分布”,同时仿真实训中补充了" 间歇釜式反应器仿真实训"。另外,在化工专业实验中增设了计算机数据采集实验、计算机过程控制实验和计算机仿真实验的教学内容,将仿真操作与小型化工实训装置结合,不但可以扩展了实验内容、节省了实验时间,巩固了所学知识,而且对提高学生创造性和动手能力都是十分有利的。
通过整合,真正地做到理论学习与专业实验相辅相成,充分发挥专业实验在理论学习和实践学习中的重要作用。通过实验帮助学生对所学的专业理论知识进行系统地梳理,促进对专业理论知识的理解和掌握。
4 改革化学工程理论课程评价体系
考试是教学活动中的重要环节,充分发挥考试的功能作用,对于促进教学改革,促进学生的全面发展具有积极的作用。根据化学工程理论课程群的特点,单一的试卷考核形式难以反映学生对化工理论的掌握程度,同时这些课程对学生的计算能力要求相对较高,导致学生期末考试通过率较低,对其考核形式进行改革。结合现有的网络平台,每节课后给学生布置一部分线上练习题,因此将期末考试成绩按照平时20%,线上练习30%,期末50%进行统计。
强化化学工程理论课程群建设及改革成果,需要在理论教学和实践教学中进一步提升,切实提高教学质量。由于主干课程教师教学课程任务量大,部分课程虽然进行了教学内容改革,但由于这些课程教学内容相互关联与影响,想进一步提高学生水平及加强改革力度,需要多门授课教师共同协作。
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