基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的“化學(xué)反應(yīng)工程”課程教學(xué)改革探索

王方闊，武 琦，李瀟瀟，董華澤，董雄輜

(合肥師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

“化學(xué)反應(yīng)工程”屬于化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生必修的專業(yè)核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生能夠從基礎(chǔ)理論、工程設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益等多角度出發(fā)，綜合考慮處理化學(xué)反應(yīng)工程問題；同時(shí)可以進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)選型以及具備獨(dú)立解決實(shí)際生產(chǎn)操作問題的能力。該課程以工業(yè)反應(yīng)過程為研究對(duì)象，以掌握反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、學(xué)會(huì)反應(yīng)過程的優(yōu)化和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)為主要教學(xué)目標(biāo)。通常采用“課堂講授+課后作業(yè)”的傳統(tǒng)模式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生能夠較好地掌握基本理論并能夠較好地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解題。然而，近年來隨著新工科建設(shè)的逐步推進(jìn)，全力探索形成工程教育的中國模式，助力實(shí)現(xiàn)高等教育強(qiáng)國這一戰(zhàn)略目標(biāo)。國內(nèi)眾多普通高校開始不斷地探索專業(yè)建設(shè)新思路，而化工專業(yè)建設(shè)及其專業(yè)課程教學(xué)改革也受到相關(guān)專家學(xué)者的高度重視，其中“化學(xué)反應(yīng)工程”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)注重探索教學(xué)內(nèi)容改革[1-3]、教學(xué)模式改革[4-5]及考核模式改革[6]等，同時(shí)也在不斷加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)[7-8]、注重工程案例教學(xué)[9-10]。然而，在雙能型課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)、線上線下混合式教學(xué)新模式及工程實(shí)訓(xùn)實(shí)踐等方面需要深入研究。為此，從教學(xué)現(xiàn)狀實(shí)際出發(fā)，積極探索綜合實(shí)踐性課程教學(xué)體系建設(shè)，以不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1 教學(xué)現(xiàn)狀與存在問題分析

“化學(xué)反應(yīng)工程”課程是在高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化工原理等先修課程的基礎(chǔ)上開設(shè)，但是因?yàn)槠渲v授的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論性較強(qiáng)，反應(yīng)器設(shè)計(jì)分析及物料在反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)情況較為抽象復(fù)雜，學(xué)生理解起來比較耗費(fèi)時(shí)間和精力，學(xué)習(xí)過程中尤其對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，再加之存在現(xiàn)有教學(xué)方式的固化，課前專業(yè)實(shí)踐較少，授課教師往往缺乏工程經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)歷等眾多影響因素。[6,9]該課程的教學(xué)考核結(jié)果及學(xué)生反饋情況往往不容樂觀，較多學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣度不高、聽課效率普遍偏低。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)其主要原因如下：

1.1 課程內(nèi)容專業(yè)性強(qiáng)，難度大

該課程教學(xué)內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析?；瘜W(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要是從微觀角度研究化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理及動(dòng)力學(xué)規(guī)律，內(nèi)容抽象性較強(qiáng)；反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與分析更是要求學(xué)生從工程的角度出發(fā)，在將實(shí)驗(yàn)室中的微量和半微量反應(yīng)搬到工廠車間中進(jìn)行規(guī)?；可a(chǎn)時(shí)，要充分考慮其對(duì)反應(yīng)器的類型、尺寸等方面的科學(xué)分析與合理設(shè)計(jì)，以達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。同時(shí)，其教學(xué)內(nèi)容與高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)及概率論、物理化學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科密切聯(lián)系，對(duì)學(xué)生的前期基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備和專業(yè)知識(shí)積累都有較高要求，尤其是很多的公式推導(dǎo)和數(shù)學(xué)計(jì)算，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高。因此，該課程內(nèi)容專業(yè)性強(qiáng)和難度大，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來很多困難。

1.2 學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，自主學(xué)習(xí)能力較差

一般來說，省屬普通高校招收的化工專業(yè)學(xué)生，服從專業(yè)調(diào)劑比例較高，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為所學(xué)專業(yè)并非自己的理想專業(yè)，相應(yīng)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)較為薄弱，學(xué)習(xí)興趣也會(huì)大大降低；還有部分同學(xué)并沒有養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)習(xí)主動(dòng)性較差，很少有同學(xué)能夠做到課前認(rèn)真預(yù)習(xí)、帶著問題聽課、課后及時(shí)復(fù)習(xí)。課堂上經(jīng)常見到很多同學(xué)帶著干干凈凈的課本進(jìn)教室，沒有什么預(yù)習(xí)痕跡，這樣一來，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的“灌輸”，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的消化理解就會(huì)備感吃力，顯然，這樣的教學(xué)效果與預(yù)期不符；也有部分同學(xué)在學(xué)期開始時(shí)學(xué)習(xí)態(tài)度較為端正，能夠認(rèn)真聽課，但隨著課程內(nèi)容難度不斷加大，注意力開始分散，逐漸發(fā)展為聽課不夠認(rèn)真，希望能到期末“臨時(shí)抱拂腳”，然而到臨近期末時(shí)，才發(fā)現(xiàn)該課程內(nèi)容確實(shí)有難度，短時(shí)間內(nèi)很難突擊復(fù)習(xí)。

1.3 傳統(tǒng)教學(xué)方式難以滿足學(xué)生的要求

對(duì)于該課程教學(xué)，教師考慮到內(nèi)容難易程度及學(xué)生情況，在講授內(nèi)容上盡可能系統(tǒng)，在語言上盡可能通俗易懂，將一些專業(yè)術(shù)語和工程概念通過示例進(jìn)行講解，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)案例，利用圖片、視頻等多媒體手段來吸引學(xué)生注意力，“試圖”讓自己的課堂更受到學(xué)生們的歡迎，但由于課程特點(diǎn)及教學(xué)實(shí)際，教學(xué)效果不太理想。

1.4 其他因素影響

當(dāng)前普通高?；I(yè)大都存在缺乏高水平化工專業(yè)出身教師的情況，教師學(xué)歷學(xué)術(shù)水平雖較高，但大多是從學(xué)校到學(xué)校，從實(shí)驗(yàn)室直接走上講臺(tái)，往往缺乏化工企業(yè)工作或研修經(jīng)歷；同時(shí)，學(xué)生培養(yǎng)方案中安排的化工見習(xí)時(shí)間段比較集中，企業(yè)見習(xí)效果一般，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程臨近不夠深入，部分專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程是設(shè)置在理論課程之后；此外，對(duì)于日常課程教學(xué)管理及教學(xué)改革研討，往往只局限在擔(dān)任該課程的少數(shù)教師之間進(jìn)行，缺乏各門專業(yè)課程教師之間的互通互動(dòng)。

2 課程教學(xué)改革探索

通過對(duì)教學(xué)實(shí)際及相關(guān)教研論文的研究分析,發(fā)現(xiàn) “化學(xué)反應(yīng)工程”課程教學(xué)質(zhì)量受教師、學(xué)生及其他客觀條件等多方面綜合影響。為提高“化學(xué)反應(yīng)工程”課程的教學(xué)效果，近年來，合肥師范學(xué)院從強(qiáng)化課程管理、教師如何教、學(xué)生怎樣學(xué)及學(xué)習(xí)效果如何考核評(píng)定等方面開展教學(xué)改革探索，以強(qiáng)化該課程在專業(yè)知識(shí)體系形成和應(yīng)用型專業(yè)人才綜合能力培養(yǎng)中的重要地位和作用。

2.1 構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式

在“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)等網(wǎng)絡(luò)科技不斷發(fā)展的背景下,大規(guī)模在線開放課程風(fēng)靡全球，各高校都在積極推進(jìn)在線課程建設(shè)，“慕課”資源庫建設(shè)也為課程建設(shè)及課堂教學(xué)提供新思路，然而，單一的線上教學(xué)很難滿足該課程的教學(xué)需求，需要構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式。在學(xué)校質(zhì)量工程項(xiàng)目的支持下，該課程已在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)建設(shè)線上資源庫，首先按章節(jié)將教學(xué)內(nèi)容梳理拆分成片段，錄制成視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，再收集一些相關(guān)的期刊雜志及企業(yè)生產(chǎn)圖片、視頻等資料上傳到資料庫， 然后將習(xí)題作業(yè)及答案上傳到作業(yè)庫， 在線考試題庫也建設(shè)完成。已建成的線上課程資源庫可供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并能夠不受時(shí)間地點(diǎn)約束，與老師、同學(xué)在線上進(jìn)行交流互動(dòng)，針對(duì)學(xué)習(xí)中遇到的問題可以借助網(wǎng)絡(luò)資源自行解決，很受學(xué)生歡迎。同時(shí)，根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的反饋及測(cè)試效果，不定期開展線下教學(xué)，就學(xué)生線上學(xué)習(xí)時(shí)存在的問題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解答，深入講解。通過近三年線上線下混合式教學(xué)探索，發(fā)現(xiàn)學(xué)生能夠按要求完成學(xué)習(xí)任務(wù)，在線提問交流也不受“45分鐘”限制，可以充分利用碎片時(shí)間，化零為整；線下教學(xué)中師生互動(dòng)更多，學(xué)生帶著問題進(jìn)課堂，求解心切，往往能夠非常認(rèn)真地聽課記筆記，班級(jí)考試平均成績也比以往大大提高。

2.2 科學(xué)安排課程實(shí)踐教學(xué)

該課程通常在大三下學(xué)期開設(shè)，在前期開設(shè)的化工實(shí)訓(xùn)課程“乙酸乙酯的工藝合成”中，學(xué)生可以在校內(nèi)實(shí)踐基地的中試生產(chǎn)線上分工段輪崗全流程進(jìn)行生產(chǎn)操作；虛擬仿真課程可以通過計(jì)算機(jī)模擬操作“固定床反應(yīng)器”和“管式反應(yīng)器”生產(chǎn)過程操作；同時(shí)，把化工見習(xí)由原來的集中一周分散到多學(xué)期、多主題見習(xí)，如專門在“化學(xué)反應(yīng)工程”開課學(xué)期安排一次到工廠參觀釜式、列管式等反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式、操作要求，可以讓學(xué)生直觀地見到實(shí)物，在理論學(xué)習(xí)時(shí)就能更加深入地理解消化學(xué)習(xí)內(nèi)容。在專業(yè)素質(zhì)拓展環(huán)節(jié)，每年春學(xué)期從大二、大三年級(jí)遴選專業(yè)基礎(chǔ)較好的學(xué)生參加全國化工設(shè)計(jì)大賽，這些學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)化工過程設(shè)計(jì)分析，提前學(xué)習(xí)該課程的相關(guān)內(nèi)容，在線上和線下互動(dòng)交流時(shí)，他們能夠起到很好的帶頭作用，也能激發(fā)其他學(xué)生的積極性。

2.3 優(yōu)化“雙能型”教學(xué)團(tuán)隊(duì)

俗話說“欲給學(xué)生一滴水，老師要求一桶水”，因此，授課教師的學(xué)識(shí)往往在很大程度上決定了其教學(xué)能力。但對(duì)于教好“化學(xué)反應(yīng)工程”這門課，不僅要有知識(shí)的理論水平，還要有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。為了充實(shí)教師的工程知識(shí)背景，授課教師可以利用寒暑假到相關(guān)企業(yè)開展專業(yè)實(shí)踐研修，研修期間，授課教師與企業(yè)工程師一起參與技術(shù)設(shè)備改造、產(chǎn)品開發(fā)，通過階段性研修學(xué)習(xí)，使教師系統(tǒng)了解化工生產(chǎn)過程，掌握各種反應(yīng)器的操作方式及升級(jí)改造方案，教師再將這些知識(shí)技能帶回課堂，可以讓課程教學(xué)更加接近生產(chǎn)實(shí)際，教學(xué)內(nèi)容更加生動(dòng)有趣。

2.4 注重過程性考核評(píng)定

目前為止，各高校普遍采用的考核方式為考試結(jié)合平時(shí)成績的綜合評(píng)定，即總成績=平時(shí)成績(30%)+期末考試成績(70%)。但只以一份試卷來評(píng)定學(xué)生的成績，最終成績或許只能夠反映學(xué)生的理論知識(shí)學(xué)習(xí)水平，不能真實(shí)地反映學(xué)生實(shí)際理解能力、創(chuàng)新能力、解決問題能力和教學(xué)效果等。自開展混合式教學(xué)以來，加大了平時(shí)成績的考核力度，將上課簽到、課堂測(cè)驗(yàn)、發(fā)布問題及參與討論，完成作業(yè)等環(huán)節(jié)按照10：30：30：30的百分比比例計(jì)入平時(shí)成績，平時(shí)成績與期末考試成績按50：50百分比評(píng)定課程總成績，同時(shí)，在制定方案采取實(shí)踐型的考核模式，如采用反應(yīng)工程分析、論文撰寫等形式，可以充分培養(yǎng)學(xué)生的問題思考、交流討論、語言表達(dá)等綜合能力，強(qiáng)化過程性考核，更能夠有效地提高該課程的“教”“學(xué)”效果。

2.5 加強(qiáng)課程建設(shè)與管理

課程建設(shè)與管理通常由授課教師完成，由于本專業(yè)班級(jí)較少，擔(dān)任該課程教師人數(shù)較少，為便于加強(qiáng)課程管理，有效開展教研活動(dòng)。成立了由專業(yè)負(fù)責(zé)人牽頭的專業(yè)核心課程組，該課程納入到課程組進(jìn)行統(tǒng)一管理，主要以課程建設(shè)為平臺(tái)，培養(yǎng)了兩名青年教學(xué)骨干，系統(tǒng)制定五年課程建設(shè)規(guī)劃，定期開展教研活動(dòng)，集中組織考核試卷出題及閱卷工作，實(shí)現(xiàn)教考分離，正在編寫適用于混合式教學(xué)的課程教材及習(xí)題集。

3 結(jié)語

新工課背景下的“化學(xué)反應(yīng)工程”課程教學(xué)改革正在持續(xù)推進(jìn)，近年來,雖然在教學(xué)方法、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、專業(yè)綜合實(shí)踐及管理考核等環(huán)節(jié)開展了一些工作，課程資源庫基本完善，混合式教學(xué)方法運(yùn)行穩(wěn)定，通過考核結(jié)果和學(xué)生反饋均反映該課程的教學(xué)改革成果明顯。但仍然需要不斷地探索和總結(jié)，需要管理者和授課教師進(jìn)一步拓寬思維，使該課程的教學(xué)改革在創(chuàng)新中不斷完善，能夠真正培養(yǎng)出綜合實(shí)踐能力較強(qiáng)的應(yīng)用型化工專業(yè)人才。