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基于创新性应用型人才培养的化工原理教学探索
编辑:admin   时间:2019-01-21 16:10

化工原理课程是化学工业技术和化学工程科学发展的必然产物。化工原理课程自身的历史追溯到1913年。19世纪90年代国外高校相继开设化学工程系,所开课程是不同化工行业编写各自的生产工艺学,到20世纪初认识到化学工艺学通用的物理操作的共性,1923年出版第一部阐述单元操作原理和计算方法的著作-PrinciplesofChemicalEngineering,“化工原理”这个名称源于这本书。中国于19世纪20年代创办化学工程系,开设化工原理课程。1954年中国出版第一本化工原理讲义,后来出版化工过程及设备、化学工程基础、谭天恩等编写的化工原理等教材,这些教材都是以化工单元操作为其主要内容。
目前化工原理课程的现状:课堂体系不适应时代发展要求,教材、教法,学生考评方法没有什么根本的变化。教材现在流行的传统教材还是仪表化时代前的模式。教学方法上,近年来尽管采用了多媒体教学,然而教学方法基本上是传统模式。教师在讲台上讲课,学生被动地接受知识。教师和学生之间没有必要的互动和讨论。教学中对知识传播的重视忽视了学生的独立思考能力、自主学习能力和创新能力的培养理念。另外,学生学习一方面没有多年前学习的扎实程度,而且也愈来愈不理解为什么要学习,虽然有考研的需要,但不是普遍的需要。学生在学习化工原理之前很少或根本没有接触过化工生产,很难理解抽象的现象和原理。随着互联网上教学资源的丰富,学生自由获取教学很容易,没有时间限制,没有地域地点限制,只要想获取知识很容易做到。而且高层次公开课、精品课程、特色课一般来说高于普通学校,这样的发展会冲击我们的教学活动。传统的教学模式面临挑战。课程原有的教学模式和方法及课程教学部分内容已不能满足高校应用转型的需求。
化工原理课程内容较多,教师不可能在有限的时间内把每一个问题都讲述透彻,以及学生兴趣取向的限制。因此,需要构建化工原理课程进行模块化教学平台。化工原理课程就是解决化工厂里各个的单元操作。传递过程是联系各单元操作的一条主线。所有的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程和它们的结合改变按照教材的先后顺序来安排教学内容,充分发挥自身的创造性,按照动量传递,热量传递,质量传递模块教学,做到主线明确,重点突出,以学生为主,构建学习讨论平台,引导学生深入学习各个模块。
1 案例导向模块式教学
化学工业是国民经济的支柱产业,在国内50强企业大部分是化学工业。通过讨论来进行学习工业案例。在绪论课中引入工业案例,导入化工厂图,引导学生观察到密密麻麻的管线、塔、灌、换热器等,通过学习化工原理课程,把这些设备进行分解变成数个单元操作。虽然有千万个不同的化工生产过程,但都是由类似的化学反应和若干个单元操作串联而成,所以不必将每一个化工生产过程都当作一种特殊的或独有的知识去研究,只研究生产过程的每一个单元操作即可。化工原理就是要解决化工厂里各个单元操作。学生在刚开课首先明确化工原理课程要研究的内容,后期在教学中逐渐增加讨论课的比例,采用启发式教学指导,让学生自主学习,发挥学生的主动学习知识,培养学生解决问题的能力。化工原理课增加讨论课比重,要做好三方面的工作:
(1)模块化分组。
依据动量传递,热量传递,质量传递三个模块,对学生根据兴趣进行分组。选择好需要讨论的题目。化工原理课程本身存在大量的工程案例,将当地化工企业案例教学成为课堂讨论课,题目是关键,明确问题,帮助学生掌握每一个概念、树立工程思想,学习工程处理方法。依据模块分组,进一步深入学习相关模块知识,讨论分析各相关模块的和国内外及化工企业的案例,找出存在的问题和创新点,培养学解决具体生产问题能力。例如制药厂生产抗生素。抗生素生产的工艺过程:菌种→孢子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包装→发酵液预处理→提取及精制→成品包装菌种。生产抗生素的主要有流体输送、吸收、蒸发、干燥和冷冻等化工单元操作。将这些单元操作划分为三个模块,三个模块小组分别进行讨论。
(2)教师引导学生讨论
化工专业及相似专业学生开设化工原理课程,在讨论之前应该先告诉学生有关的话题,这样学生才能做好充分的准备,教师向引导师转变。讨论模式对教师专业知识水平和组织指导能力提出了更高的要求。当提出问题时,教师应该有足够的能力来组织和引导学生讨论。教师需要花较大的精力来备课,课堂上都要考虑,包括如何导入课堂,如何引导学生思考,解决问题,控制时间等。教师讲授提出解决方案时,及时引导学生是否还有其他新的解决方案,鼓励学生查阅国内外的信息,更进最新的研究进展,扩大他们的知识面。培养学生对前沿知识的兴趣,案例讨论的过程,教师要注重发挥学生的主动性,注重互动教师和学生,形成“以学生为主体,以教师为主导”的生动课堂教学。
2 化工原理实验模块化
化学原理实验是化工课程一个重要的教学环节。它在培养学生起着重要的作用。学生通过化工原理实验加深对化工原理知识的理解。化工原理实验也分为三个模块教学,讨论每个模块的实验,每次实验课结束,教师告诉学生下次实验的内容,学生提前对实验结构进行观察,绘制实验仪器图,实验内容进行预习,写预习实验报告。在预习和实验过程中提出问题,例如,实验过程包括实验仪器有哪些需要改进的地方,通过小组讨论,教师指导解决问题,在讨论过程中培养学生的学习能力、工程实践能力和创新能力。
3 3D化工仿真软件强化模块化学习
化工原理教学采用3D化工仿真软件和实训基地设备相结合方式。模拟软件操作与真实实验相结合,学生理解正确的操作和事故处理方式,学生能体验到化工生产真实场景,加强模块学习。激发学生的学习热情,帮助培养学生的综合能力和化学工程实践技能。
4 工厂实践引导学生应用化工原理模块化知识
学生到工化工厂见习,在见习前讨论模块工业案例,对工厂某一单元操作工艺或设备结构进行分析和研究。例如本科生去甲醇厂参观见习,甲醇精馏是甲醇生产中一个重要的化工单元操作,关系到产品的质量、环境保护、能耗和成本等,见习前重点讨论质量传递模块。工程教育方式的引入,使学生深刻理解理论的知识,重要的是要掌握正确的理论和灵活地应用到实践解决实际工程问题的方法,培养学生的工程概念分析、解决工程实践问题的能力,提高学生分析化工单元操作方法和单元设备、比较、评价和选择。
5 增加模块化考核
考核方式是评价化工原理课程教学效果评价的重要方法。传统的考核方式是一份卷,改革后化工原理课程,引入过程性考核,分为平时成绩和试卷考试成绩。平时成绩教师根据学生平时出勤率、完成作业情况、在讨论小组的表现评定。试卷细分为分为综合和模块分别对学生进行考核。所有学生安排综合考试,试题是基础题A卷。另外根据学生的模块兴趣小组,按照不同模块出强化性实践性试题B卷。这种考核方式有利于踏实掌握所学知识。另外,B卷的考核更加关注学生之间的差异化,促进学生个性化发展。
6 结语
地方本科院校是支撑和保障我国各区域经济社会事业发展的最主要的人才来源。从高校实际情况出发,对化工原理从课堂教学、考核方式进行改革,将工程案例、工程问题引入实际教学当中,进行模块化教学,激发学生的学习积极性和主动性,充分发挥学生的主体作用,引导学生综合运用基础知识对化工生产过程中存在的工程问题进行分析和解决,培养学生思考能力和解决问题能力,增强学生工程素质和创新能力。建立区域特色化学化工专业,解决学生就业问题,同时服务带动当地化工企业发展。


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