化工原理课程建设的探索与改革

化工原理是化工类专业技术人员综合运用数学、物理、化学等基础知识，分析和解决化工生产中各种物理过程(单元操作)问题必备的一门工程性极强的技术基础课。它担负着由理及工、由基础到专业的桥梁作用，对学生实现从理论型向工程实践型的转变起着关键作用。因此，化工原理课程建设是化工及相近院系的核心课程建设之一，不仅涉及院系的相关专业建设，而且课程中所讲授的工程观念、原理、方法和技术对学生后续专业课程的学习以及毕业后的工作生涯产生深远影响。为满足新时代、新工科高素质化工专业人才的培养需求，力争达到前沿性、研究性、实践性，我校申请建立了化工原理一流课程建设项目，并从以下几方面对课程的建设与改革进行探讨，同时也为高校其他理工类课程建设提供参考和借鉴。
1 课程建设目标与思路
化工原理课程的学习目标包括掌握化工各单元操作的基本概念、基本原理和计算方法；掌握各单元操作典型设备的结构和特点；能运用所学理论知识进行各单元操作过程和设备的计算；能进行设备工艺尺寸的计算和定型设备的选型计算、对生产设备具有一定的选择、操作、调节及排除故障的能力；能运用基本原理正确分析影响单元操作的主要因素，从而指导设计与生产。多年来我们一直注重课程改革与实践探索，建立了一只精干高效、经验丰富的教师团队和完善的体系，担负着化工、化工卓工、应化、材化、化学、制药、制药卓工、药剂等专业的理论与实践教学。课程立足已有资源，锐意改革，着手于教学内容、方法、体系和手段等方面，在“互联网+”背景下引入现代化的教学理念和信息化与工程教学手段，针对课堂、实验、课程设计和实习等教学环节，不断优化课程结构、建立各专业针对性教学模式、更新教学内容、加强教材和教学辅助资料建设、强化实验建设和实践教学等，力争建设具有中国特色和民族特色的一流本科课程。
2 课程体系与教学内容建设
根据课程特点分为流体力学与传热、传质与分离工程、化工原理实验、化工原理课程设计、实习五个板块组成教学(图 1)。前两个为理论教学，后三个为实践教学，彼此紧密结合。根据各专业特点和要求，采用“分层次”教学，编制了各层次的教学大纲和教案，针对不同的专业因材施教，通过有的放矢精选教学内容，形成既满足大专业通才培养要求又兼顾各专业个性化培养的体系。

图 1 化工原理课程体系及教学内容
3 师资队伍建设
习近平总书记在全国教育大会上指出，“教师是人类灵魂的工程师，是人类文明的传承者，承载着传播知识、传播思想、传播真理，塑造灵魂、塑造生命、塑造新人的时代重任”，“坚持把教师队伍建设作为基础工作”。因此，一流的本科教育必须配置一流的师资队伍。我们在多年的工程实践教学过程中，通过采取专兼结合、产学研一体化教学等多项措施，有计划地建立起一支精干高效、学术水平高、教学能力强、交叉融合的师资队伍。现有化工背景专任教师 20 人，其中教授 6 人，占30 %；博士 17 人，占 85 %；有行业经历的教师 10 人，占 50 %；有 11 名化工领域教授级企业专家作为工程实践教学的特聘教师，参与专业实践和工程实验教学的共建共管。
此外，我们有计划地选派青年教师参加虚拟仿真技术培训，提高业务能力；选派青年教师深入企业实习，参与企业的生产管理和科研工作，熟悉化工厂房布局、生产设备、工艺流程等，提高工程实践能力；鼓励青年教师独立开展或参加高水平教学科研工作，积极交流，并每年选派教师出国访学进修，提高教学科研水平。
4 教学资源建设
根据课程资源的功能特点和空间分布特点，我们将课程资源建设分为以下几方面进行共享建设。
一是针对不同专业特点定制教学大纲、考试大纲、教案、课件等资源，合理选择教材及参考书；针对本校专业实验特点编写了独具特色的实验和课程设计等教材；优化多媒体教学内容，引入生活和工程案例，丰富教学手段。
二是结合学生情况编制一系列综合性的习题集、题库、辅助教学等资料；教学中重视思考题、例题习题的剖析，并通过综合题讲解讨论提高解决复杂问题的能力。
三是建设学校网络教学平台，将相关的教学资源在网络平台上展示，增强领域内师生间的相互交流，同时也丰富了教学内容，拓展了教学空间，提高了教学效率。
四是针对专业情况增加实验设备的套数，实现在线采集数据和自动化控制，建成具有特色的化工实验室；积极与西南民族地区企业共建实践教学基地，在能源化工、化工与环保、纳米材料等领域构建了产学研紧密结合的培养体系，通过实习基地加强理论与实践相结合，并为课堂教学、课程设计提供新素材。
五是优化虚拟仿真实验示范中心，针对各专业特点，经购买、联合开发建立大批实验实训教学软件，构成基础实验、专业实验及生产实训三大虚拟仿真教学模块，形成独具特色的化工实践教学体系，全面提高民族院校学生的创新精神和实践能力。
5 评价体系建设
化工原理课程的教学目标着重于培养学生的工程概念，学生能够综合应用所学知识解决实际的工程问题，而不是通过期末突击复习靠纯知识记忆应付考试。因此，需要建立科学合理的课程评定体系。理论课程采用总成绩评定方式，其中期末考试为闭卷、背对背出题、流水阅卷形式，闭卷试题偏重于对知识的理解能力和工程应用能力；平时成绩除了综合考勤、习题、测验、课堂表现等指标外，引入形成性考核评价，适当提高平时成绩在总成绩中的比例。实践课程除了根据设计能力、操作能力、报告和心得等指标评定综合成绩外，同时可以增加工程应用能力、沟通能力以及创新能力等指标。
此外，课程管理和评价要进一步合理。一是建立完整规范的教学文件和档案，定期组织会议讨论教学内容的更新和修订；二是期末集中对试卷分析总结，找出共性问题和薄弱环节，为新一轮的教学提供参考；三是建立科学合理的校、院、教研室、学生四级听课和评价制度，及时反馈，提高教学水平。
6 教学方法的设计与改革
教学方法的改革与创新是课程建设的核心工作之一，这是提高教学质量的关键。为了有效地提高化工原理教学质量和效果，我们需要不断地优化教学内容，灵活运用多种教学方法，并引入新的教学手段，强化教学效果。
6.1 重塑多媒体课件和教学内容
一是在以往的多媒体课件资源基础上，通过补充、修改、重新编辑和录制等方式，开发一套内容齐全的高水平多媒体课件。在制作过程中采用多元化制作模式，将文字、图像、视频、声音、动画等元素精心组装，在每个单元操作相关知识点中插入一些工艺流程的动图、视频或仿真流程，丰富教学内容，提高课程的趣味性。
二是引入实物教学，通过购买、定制、工厂收集等方式整理一套化工原理典型单元设备的模具和零部件，并置于专门的展示间供学生参观，以直观的信息培养学生对管件、阀门、典型化工设备零部件结构及工作原理的感性认识，为以后化工原理课程的学习打下良好基础。
三是以实际化工生产为指导，结合目前新产品、新工艺、新技术和新设备的发展，更新课程内容，提高工程实践性。
四是结合化工前沿和教学科研项目，将先进学术研究和科技发展成果引入课程，提高创新性，同时通过教研项目提出问题、研究问题、解决问题后，再回归到教学实践中验证。
6.2 充分挖掘生活和工程案例
结合资源探索启发式、讨论式和案例式教学方法，提高学生主动性，打破课堂沉默状态。例如，我们可以引入一些生活案例，用机械能守恒方程的知识点分析铁路站台上的安全线问题。再如，在学习流体流动相关知识时，可以通过引入大禹治水和李冰治水等古代水利工程案例分析流体力学基本方程；在流体输送设备学习中，引入古代人们生产和生活中水的提升设备——桔槔、辘轳、龙骨水车、筒车等；在机械分离过程中，引入古代格栅截流、自然沉降以及砂石过滤等净水技术；在传热学习中，引入北宋的暖水釜和雍正的铜錾龙纹手炉等保温神器分析传热原理；在精馏学习中，引入中国古代蒸馏技术——用于蒸煮的甑式蒸馏器和用于炼丹的密闭抽汞器分析蒸馏过程。通过充分挖掘每个单元操作中相关的古代工程案例，一方面拓展学生对知识点的理解程度，另一方面也增强学生的文化自信。此外，在课程中经典理论、定律、方程以及生产线的学习中，可以引入创造这些知识的国内外科学家们的人物事迹，提高学生兴趣的同时培养学生正确的人生观、价值观、理想信念和科学精神。
6.3 建立以学促赛、以赛促学的创新教育模式
化工类学科竞赛是在紧密结合化工理论教学的基础上，以竞赛的方法激发学生理论联系实际，通过实践来发现和解决实际工程问题，对学生的动手能力、创新能力、实践能力以及团队合作精神等综合素质的培养起着巨大的作用。充分利用化工类学科竞赛(如全国大学生化工设计竞赛、全国大学生化工实验大赛、“互联网+化学反应工程”课模设计大赛等)，分别从理论教学、实验教学和课程设计三方面入手，探索学科竞赛与课程的融合，建立以学促赛、以赛促学的创新教育模式。例如，在课堂上可以展示历年的获奖作品、比赛资料等，将化工设计竞赛的某些问题与所授课程的知识点有机结合起来，有利于学生更深刻地掌握基本知识；在化工原理实验教学中，结合历年化工实验大赛的比赛经验，规范学生的实验设计、安全操作、数据分析及撰写报告的能力，并将实验操作技能转化成解决问题的能力；在课程设计教学中，可以结合历年化工设计竞赛题目，开展竞赛题目中个别单元操作(如精馏、吸收、传热等)的设计，实现“多样化”的课程设计。
6.4 采取线上线下结合的教学模式
2020 年的春季，面对突如其来的疫情，各大高校“停课不停教、停课不停学”，成立了疫情防控期间的在线教学工作组，利用现代化信息技术进行线上教学，不仅保证了教学质量，同时也为今后的教学模式提供了参考。以往的传统线下教学模式中教师占主导地位，学生的自主性较差；线上教学可以发挥学生的主观能动性，但不利于教学管理。而线上线下混合式教学模式突出了“先学后教”，充分发挥课前、课中、课后三个重要环节，课前通过线上教学发布教学视频和资源，学生先于课下进行自学和预习；课中采用线下教学详细讲解重点和难点知识，以引导学生学习为主，使课堂变为师生之间的互动场所，实现翻转课堂；课后通过线上-线下教学进行课后讨论和答疑。通过充分发挥线上和线下教学的优势，提高学生的主观能动性，从而达到更高的教育目标。
7 结语
本文通过对化工原理一流本科课程建设的实践与探索，分别从建设目标、课程体系与教学内容、师资队伍、教学资源、评价体系、教学方法等方面进行思考和分析。虽然目前在建设中取得一定的改革成效，但化工原理课程的建设与教学改革是一个相互影响、相互促进的庞大系统工程，只有在教学过程中齐头并进，不断探索钻研、改革创新，才能从根本上达到课程建设和教学改革的目的。