浅谈化工教学的与时俱进问题

化学工程教学始终面临着两难境地：作为一门传承性极强但又发展迅速的学科，教学内容到底是应该与工业需求紧密结合，还是应该融入最新的科学热点和理论?
化学工程学科的发展与化学工程课程教学联系紧密。第一门化学工程课程是MIT于1888年开设的。从1915年Little首次提出单元操作(unitoperation)的概念，到1923年walker等编著《化学工程原理》，这象征着化学工程史上第一个里程碑的诞生。随后，1950年化学热力学和1955年化学动力学学科相继形成；到了1960年，伴随Bird等编著的《传递现象》的出版及化学反应工程(1963年)、过程系统工程(1965年)等学科的形成，标志着化学工程史上第二个里程碑的出现。之后，环境工程(1968年)、安全与风险评估(1970年)、生物科技(1980年)、计算模拟(1985年)、复杂系统(1990年)、微纳技术与生命科学(2000年)等诸多化学工程的分支学科又相继形成。化学工程的发展历程一方面表明化学工程学科体系在不断完善，另一方面显示了化学工程本身的多学科交叉特性和持久的生命力。
与此同时，以大宗化学品生产为主体的化学工业却进入发展的瓶颈期，随之而来的是信息科技辅助的研究方法层出不穷，陈旧落后的工艺技术不断被改进，功能型精细化学品逐渐受到产业界青睐。但相比之下，化学工程教学的更新速度跟不上学科和产业的发展速度。本文聚焦这一矛盾，拟从内容和模式两个方面对化学工程教学的与时俱进问题进行探讨。
一、化学工程教学内容的与时俱进
化学工程一百多年的发展史为学科理论的形成奠定了深厚的基础，大量经典教材在化学工程教学过程中起到了极大的传承作用。随着化工学科和技术的发展及化工人才培养标准的变化，课程教材也在不断与时俱进。
以我校国家级精品课程化工原理的教材为例，该教材已更新至第四版。第二版在第一版的基础上，补充了非牛顿流体基础、多元精馏、吸附、结晶和膜分离等单元操作的基本知识；第三版较第二版，删除了部分较为专业的内容和计算方法，补充了力学分离过程的选择等内容。前三版教材注重经济上的参数优化问题，偏重于培养学生的研究能力；而第四版则强调学生应用能力的培养，并适当强化了实际工程应用方面的知识。同时，第四版教材继续遵循以传递过程共性进行分类的编写方式，从动量传递、热量传递、质量传递、热质同传四个方面阐述了各单元操作的相关知识。
教材的更新对任课教师的专业知识、学习和适应能力提出了新要求。原来教授化工原理课程的教师不一定要具备足够的传递过程专业知识，但如今要想充分呈现新教材的精髓，他们就需要及时学习传递过程的专业知识。同时，教材的更新也带来了教学安排上的变化。以本校化工学院的传递过程课程为例，该课程原先安排在化工原理课程之前开设，共1．5学分；如今改为化工原理课程之后开设，共2学分。之所以做这样的调整，是因为化工教研组的教师对这两门课的内涵有了更加深入的认识：化工原理课程主要讲授化学工业各单元过程和设备，学生在授课老师的帮助下，对课程内容能有具体和直观的理解；而传递过程课程要求教师从更深层次的“三传”本质上进行阐述，其中涉及大量的建模和高等数学知识，内容相对抽象，对学生的物理、数学方面的要求更高，因此本着循序渐进、由浅人深的原则，传递过程课程应该被安排在化工原理课程之后开设。
另外，化学工业的发展及化学工程新型研究方法的出现对课程教学提出了新的要求。工业界的关注点从通用化学品逐渐转移至高附加值的精细化学品，原本粗放型的生产方式逐渐向精确、定向、高效的方向转变；而原本以经验、实验为主的化学工程研究方法开始不断与数值模拟手段相融合，从半定性半定量研究逐渐向完全定量研究转变。仍以传递过程课程为例，这些转变要求化学工程师和研究者对设备、过程涉及的传递本质有更为深刻、扎实的理解，对如何通过计算机高效利用传递过程强化手段提出了更为严苛的要求，因此该课程中的相关理论知识在化学工程领域发挥的作用更为重要，课程教学的要求更高。
笔者之一的戴干策先生作为本校传递过程课程的创始人，如今正与其他高校联合进行新版教材的编写，以适应新时期的化学工业对学生传递相关知识和素养的要求。由于教材内容将出现大幅改动，对于具有丰富教学经验、习惯采用既定教学方式和模式的资深教师而言，这一改革将对他们开展教学造成一定冲击。笔者认为，让资深教师大幅度调整授课内容和模式的可行性不高，因此更好的选择是吸引青年教师加入本课程教学队伍，并结合课程的新要求，有针对性地接受教学培训。这样，新老教师在进行教学传承的同时，可以保证课程教学的与时俱进。
二、化学工程教学模式的与时俱进
计算机、网络通信技术的使用所带来的教学模式的多样化和便捷性有目共睹。从板书到使用投影仪和PPT，从原声教学加教棒到使用麦克风、激光笔等一体化设备，在这一发展过程中，教师的课堂教学变得方便、简单，教学效果也得到了大幅度强化。此外，还有更多、更深层次的变革对化学工程教学模式产生了影响。如大型开放式网络课程(MassiveOpenOnlineCourse，M00C)创造了一种全新的教学模式，还衍生了同行评议、自动化评估、个性化定制课程、自我评价等诸多教学模块。2013年，MOOC开始大规模进入亚洲高等教育领域。根据“中国大学MOOC”App的统计，迄今为止，国内已有286所高校在该App上发布了4069门课程，涵盖计算机、经济管理、心理学、外语、文学历史、艺术设计、工学、理学、医药卫生等十多个领域。化学反应工程、化学工程与工艺专业实验、化工原理、传质与分离工程、化工热力学等诸多化工专业课程几乎涵盖了整个化工领域的专业知识。本校化工原理课程已部分引入MOOC教学模式。可以预见，在不远的将来，化学工程教学将大幅推广M00C模式，该模式所具有的工具资源多元化、课程易于使用、受众面广、参与自主性强等优点也将得到充分发挥。
化学工程教学有自身的特殊性。化学工艺大多涉及不同程度的易燃易爆、有毒物质，也会涉及常见的高温高压等极端操作工况，以及形式各异且内部过程复杂的化工设备，因此从安全和教学效果方面来讲，化工教学具有较高难度。幸运的是，科技发展在一定程度上降低了化工教学的难度，如模拟和仿真技术大规模引入化工教学，可以实现直接观察现场设备和工艺，并利用鼠标和键盘进行交互式操作，这就使学生产生身临其境的感觉，达到了语言描述所不能实现的效果。华北电力大学针对煤化工课程内容实践性强、煤化工流程复杂且设备多样化的特点，利用VisualBasic语言开发了仿真界面，实现了设备结构和运行流程的动态显示。
陕西师范大学采用LabVIEW等制作了雷诺实验仿真模拟软件，该软件既提高了实验效果，又提高了学生的计算机应用能力。华东理工大学向学生开放的虚拟现实教学，使2014级环境工程专业的本科生体验了“污水厂Ⅵ之教学和实训”。
以上教学模式的改革，一方面促进了教学效果的提升，另一方面对任课教师掌握现代化技术和操作智能设备的能力提出了新的要求。
三、结语
为了培养符合新时代标准的化学工程人才，化学工程教学要与时俱进。教学内容改革要建立在经典化学工程原理的基础上，合理把握学科热点领域、研究方法的引入；教学模式的转变要借助现代化信息技术进行，以期提高教学效率和教学效果。归根结底，化学工程教学的与时俱进是教师不断提升自身教学能力、优化教学方法的过程。