农林特色下的化工原理课程教学改革范文

摘要:在农林高校的大环境中，制药工程专业作为工学学科，其课程的讲授既要遵循专业的培养方案，又要注重与农学知识相结合。“化工原理”作为制药工程专业的核心专业基础课，使学生从大学基础理论课顺利过渡到工程专业课，起到承前启后、举足轻重的作用。笔者多年从事“化工原理”的教学工作并致力于理论与实验教学的改革探索。提出了“化工原理”课程教学改革的新思路和新方法，即通过多元化的教学方式，大量列举实例以及逻辑化的思维方式等手段使农林背景下的工科课程变得既有用又有趣。

关键词:化工原理;制药工程专业;教学改革

“化工原理”是制药工程专业唯一的专业基础课，是在学生学习完大学数学、大学物理。基础化学等基础理论课的前提下，正式进入专业学习的一门关键课程。“化工原理”主要以“三传”的单元操作为研究对象，是化工过程中“三传一反”的重要组成部分。作为一门集基础理论与实际实践于一体的综合性课程，学生要掌握理论公式与经验式之间的平衡，更要把握实例与数学模型之间的相互转化，这对于前期缺乏工程应用思维和直观化工设备印象的学生来说，确实是一个不小的挑战。笔者经过多年的教学实践，发现大部分学生都感觉“化工原理”很难，如果还沿用传统的教学模式与考核模式，既无法满足学生的学习要求，也不利于培养真正动手能力强，具有创新意识的符合现代化工工程要求的应用型人才［1，2］。在农林大背景下，工科课程的讲授既要求重点内容的精准又要结合农业生产中的实际问题，既要培养学生的逻辑思维能力，又要懂得接地气，可以说要培养学生所谓“上天入地”的本领［3］。笔者基于多年从事化工原理教学的经验，结合学科背景，完善该课程的学习特点与要求，以充分调动学生自主学习能动性，培养学生系统的学习能力和工程创新逻辑思维，从多元化的教学方式、大量生产实例的引入、前呼后应的逻辑思维能力培养等方面对该专业学生学习本门课程提出了一些想法和建议。使枯燥、复杂、抽象的“化工原理”变得既有用又有趣。

一、多元化的教学形式，将枯燥的教学内容有趣化

(一)导入式教学，从生活中的实例入手虽然导入式教学目前没有比较权威的统一定义，但目前比较公认的是指在教学中以学生为学习主体，老师作为学生学习活动的引导者和促进者，通过多种活动、行为和手段，帮助或促进学生的学习过程，从而达成最终的学习目标。在“化工原理”的学习过程中，如何激发学生对于该门课程的学习兴趣对于课堂教学非常重要。学生如果过于拘泥于书本知识，就会导致在复杂的公式和原理面前望而却步。因此，如何将复杂的知识和谐自然地引入到课堂至关重要［4－6］。对于没有进入过化工厂，对各种化工设备没有直观概念的学生来说，在讲解各个单元操作时，抽象的传递过程比较难于理解，此时一定要先从生活中的实例入手，这样既简单有趣又层层递进，大大降低学生的理解难度。比如在讲解传热中的热导率时，引入夏天的海边为什么在水里和在沙滩上人的感觉不一样的例子引学生思考。讲解精馏的原理以后，以提问的方式引导学生自行分析并找到疑惑点，找到解决措施，老师讲解与学生主动学习相结合，使学生能够真正理解、掌握知识、原理并加以应用。在课程进行过程中，注重章节之间的比较，比如说学习气体吸收时，讲解其传质推动力和传质方向时，可以联系到刚刚学习的传热部分。在导入新知识的基础上，巩固原有知识，能大大激发学生主动学习的主动性。

(二)大量flash动画的引入，将抽象的传递过程形象化Flash动画可以将音乐、声效、动画和富有新意的界面融和在一起，制作成为高品质的动画视频。其具备集成性高、容量小、视觉效果强、控制灵活以及交互性好等优点。通过Flash软件制作的多媒体课件对化工单元操作过程的讲解极为便利，把复杂难懂的化工过程转化为动画效果的方式，使学生眼前一亮，增进学习兴趣。对此，教师不仅仅要收集大量的化工动画效果，必要时还要自己学习制作动画，通过合理运用这些生动形象的教学辅助资源，对于提高课堂效率，增加课堂趣味性很有裨益［7］。传热设备的讲解，吸收塔、板式塔的工作原理，干燥设备的讲解等都需要大量的Flash动画。

(三)慕课(MOOC)反转课堂，引导学生成为课堂的主人慕课作为一种新型的在线课程开发模式，以其自由、开放、新颖的教学模式得到了越来越多青睐和关注，值得“化工原理”课程教学积极借鉴，由“填鸭式”“灌输式”的传统教学模式向“启发式”“自由式”的自由教学模式转变［8］。除了引导学生学习现有慕课课程以外，教师自己制作慕课课程也具有非常重要的意义。其中，课程宣传片的制作要精彩和唯美，转变学生对于化工原理课程形成的固有印象，使课程能有个良好的开头。将知识点制作成慕课短视频用小故事的形式呈现出来，选取合适的文字、图片、表格、动画等，兼顾科学性、趣味性、可视性、互动性，提高学生对该门课程的关注度［9］。在慕课平台的答疑区和讨论区，设置大量吸引学生的问题，使越来越多的学生参与进来。(四)3D虚拟仿真平台的应用，让学生实现身临其境化工生产过程因有诸多不安全因素，使得学生上学期间很难近距离接触，实验课和化工实习也是以演示实验和参观实习为主，这大大制约了学生的知识面，难以将学到的理论联系到实践中去，因此，如何安全、方便的让学生真正对实际化工生产过程有直观的理解，是化工原理实践教学亟需解决的难题。虚拟仿真平台的应用，几乎可以完美的解决这个难题，让学生足不出户，便能置身化工厂，极大的节约了时间、空间和教育成本，身临其境地参与到现代化工生产过程中。在化工单元操作模块可以代替传统的化工原理试验，除了通过伯努利方程实验、雷诺实验等传统单元操作帮助学生对化工的基本操作进行学习以外，还可以对实验原理、操作方法、设备拆解、注意事项等进行详细的讲解，有利于学生在课余时间进行学习［10］。

二、多列举实例，将抽象地教学内容具体化

首先，大量生活实例的引入对于“化工原理”教学非常重要，既能提高学生学习的兴趣，又能引出后面的学习内容。在气体吸收章节中，汽水制备和饮用、实验尾气吸收、天然气的净化、空气冷冻法制备氧气等例子使得枯燥无味的陈述更加生动化(图1)，便于学生增加学习兴趣。液体精馏章节中，从石油精炼的例子引出精馏的学习，在讲解汽液相平衡时，用古法制酒的例子更加直观易懂(图2)。把复杂的抽象的化工过程简单化，便于学生增加学习的兴趣。其次，大量化工生产实例的引入可以提高农业院校学生对“化工原理”课程学习兴趣，气体吸收、液体精馏等单元操作都涉及到设计型计算和操作型计算，而计算的基础都是以经济成本最优为基础的。这不仅仅培养学生的化工生产的经济意识，还可以培养学生操作工艺条件优化、设备的更新改造、环境保护意识等，使学生能直观地感受到所学的化工原理知识对于生产实践具有重大意义，在增强专业认同感、被需要感的同时，激发他们的学习热情［11］。总之，“化工原理”是一门应用学科，一定要和实际结合起来，从实例中看现象，透过现象研究本质。

三、前呼后应的逻辑，将分散的知识系统化

连贯化化工原理注重单元操作，“三传一反”中的“三传”尤其是传热和传质之间的关系密切，而对于此两者的研究方法也是非常相似。因此，在教学过程中，对学生系统学习方法地培养非常重要。教师应该注重培养学生系统思维和逻辑思维，注意化工原理的知识点前呼后应、贯穿始终，使学生树立良好的大局观，这种全局意识对于学生以后的学习和工作也将会大有裨益。在讲解气体吸收时，就要与前面章节学习的传热进行对比学习，这样可以使学生举一反三，提高学习效率，真正掌握化工原理的学习方法。汽液相平衡和前面气体吸收中的气液相平衡，虽然有着本质的区别，但是研究方法非常相似———首先找到研究对象，也就是平衡关系中涉及的参数，然后探讨参数之间的关系，都是通过实验曲线和数学描述两种手段对其进行定量描述。在授课过程中，一定要让学生体会到这一点，这样有助于他们知识的系统性和连贯性掌握。学习过程中，从双组分汽液相平衡关系的定义着手，着重分析里面的重点字眼:参数、确定的关系，而关系的研究要通过数学描述和实验测得的相图，层层推进，逻辑性较强(图3)。既能避免学生的思维僵化，也能帮助学生更好地理解所学内容。

四、理论联系实际，培养应用型人才

对于工科专业的学生来说，培养工程实践能力非常重要。“化工原理”课程属于工程实践性很强的专业基础课，其中研究过程的原理和方法在各行各业应用广泛，对于培养应用型人才具有非常重要的意义。但由于学生动手能力不足，无法胜任生产第一线工作，且在高校的教育体系中，实验和实习模块体系建立尚不完全，使学生在毕业后从事相关工作时完全是“纸上谈兵”。即使是实验较为完善的模块，也存在着只注重模块内部之间的相互衔接，却忽视了模块与模块之间的衔接。因此，培养应用型的工科人才，就必须理论教学与实验、实习有机结合，缺一不可［12，13］。鉴于“化工原理”对实验和实践的需要与节约实践设备投资成本或者实践条件不允许之间存在巨大的矛盾，利用前文所讲的计算机技术和三维互动虚拟平台技术开发仿真型化工虚拟实验平台或借助于兄弟院校平台等手段可加强实验课程，让学生多多增加动手实践的机会，使学生距离应用型人才更进一步［14］。此外，现有的考核形式对于提高学生的应用思维是不利的。传统的课程笔试一般是对概念、计算的测试较多，培养设计思维能力的设计型题目很少，当学生遇到实际问题时，对于涉及许多查找工程手册的图表、数据，甚至半经验半理论的工程公式往往一知半解，或者毫无头绪，而这偏偏是化工原理应用的重点。学生会做题但不会设计的问题不解决，应用型人才也无从谈起。因此考试题型应适度多样化，增加设计题、综合分析题比值，比如“给一些果树林木打药用到的喷雾器为什么液体从其中出来会呈现雾状”。只有更侧重于学生学习方法、查阅资料、分析设计、动手实践能力的培养和考察，才能培养学生的工程意识、锻炼工程实际动手能力［15］。

五、结语

尽管“化工原理”是一门相对成熟的课程，但在农林大背景下，制药工程专业的“化工原理”课程既要求重点内容的精准讲授，又要求多联系实际，笔者通过多元化的教学形式、大量的实例、前呼后应的逻辑思维培养等教学改革措施，使得枯燥的课程变得趣味横生，为应用型人才的培养出谋划策。

参考文献:

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作者：高艳清1；王勇1；李健2；韩立荣1；马志卿1单位：1．西北农林科技大学植物保护学院，2.西北农林科技大学林学院