“化工原理課程設(shè)計”教學(xué)探索與改革

譚立強

摘 要：針對目前“化工原理課程設(shè)計”課程在教學(xué)過程中存在的部分問題及不足，探討了該門課程的改革方法，如借助“線上教學(xué)”，改革教學(xué)模式;加強校企合作，課程設(shè)計題目與實際生產(chǎn)掛鉤;分組完成設(shè)計任務(wù)，增加答辯覆蓋面及分值;增強計算機在課程設(shè)計中的輔助作用等。實踐證明，通過這些改革措施可以有效提高課程設(shè)計質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：化工原理;課程設(shè)計;教學(xué)改革

“化工原理”是一門綜合運用物理、化學(xué)、高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)理論知識，以化工傳遞過程的基本理論和工程方法論為兩條主線，系統(tǒng)地闡述化工單元操作的基本原理、計算過程、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點及性能的工科專業(yè)課程，是各大高?；ぁ⒒瘜W(xué)、生物工程、食品工程等相關(guān)專業(yè)的必修和核心課程[1]?！盎ぴ碚n程設(shè)計”則是以化工原理為理論基礎(chǔ)，是學(xué)生修完化工原理基本知識及理論之后重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在此課程的設(shè)計完成過程中，學(xué)生可以綜合前期所學(xué)的“化工原理”“Auto CAD”等基礎(chǔ)課程，不僅能更系統(tǒng)地理解所學(xué)知識，更能將理論知識綜合運用于實踐過程。因此，“化工原理課程設(shè)計”這門課程起著承上啟下、由理論到實踐的橋梁作用，其教學(xué)質(zhì)量的高低將會直接影響學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的運用和工程能力的培養(yǎng)。

1 “化工原理課程設(shè)計”教學(xué)過程中存在的問題

受高校地域限制及師資力量不均衡等因素的影響，“化工原理課程設(shè)計”在不同高校實施的過程中存在一定的問題，教學(xué)質(zhì)量也因此受到一定的影響。

1.1? 理論基礎(chǔ)教學(xué)課時偏少

隨著化工類課程體系的變化及培養(yǎng)方案的修訂，部分高校的“化工原理”理論課程的學(xué)時均有一定的削減[2]。以淮陰工學(xué)院為例，在2018年前，化工類專業(yè)的“化工原理”理論課程的總學(xué)時為108課時，分上下兩學(xué)期完成，而在2018年之后的新教學(xué)大綱和培養(yǎng)方案中，“化工原理”的課時被消減為94課時，導(dǎo)致教師沒有充分的課時將化工原理單元操作涉及的理論知識講解清楚，更無法講解工程實踐涉及的案例，導(dǎo)致理論教學(xué)效果不理想，學(xué)生只能“記住”相關(guān)知識應(yīng)付考試。不打好理論知識的基礎(chǔ)，“化工原理課程設(shè)計”的操作性環(huán)節(jié)就無法開展，導(dǎo)致學(xué)生在課程設(shè)計過程中受到挫敗，失去對該課程的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)付了事，增加了課程的教學(xué)難度，形成了惡性循環(huán)。

1.2? 課程設(shè)計題目、類型偏少，與實際生產(chǎn)脫鉤

一般高校教師是在博士畢業(yè)后直接進(jìn)校任職的，缺乏工廠實際生產(chǎn)經(jīng)驗。因此，在課程設(shè)計選題過程中，基本是以“化工原理”教材中的案例及例題為背景，選擇一定的內(nèi)容作為課程設(shè)計的內(nèi)容，導(dǎo)致選題陳舊而且多年不變。部分教師甚至只改變了年產(chǎn)量、壓力、溫度等個別知識點，再將其作為一個新的題目讓學(xué)生完成設(shè)計任務(wù)，導(dǎo)致部分學(xué)生直接參考上一屆學(xué)生的設(shè)計，套用相關(guān)公式，依葫蘆畫瓢，或者直接將老師改變的參數(shù)帶入原公式計算，而不是通過自己的思考進(jìn)行相關(guān)的計算。雖然完成了任務(wù)，但只是機械性地模仿計算，沒有真正理解公式的物理意義和適用條件及設(shè)備的選型原理，導(dǎo)致課程設(shè)計流于形式，學(xué)生收獲不大，達(dá)不到課程培養(yǎng)方案中的教學(xué)目標(biāo)。

1.3? 課程設(shè)計時間偏短

完成一個完整的課程設(shè)計需要查閱文獻(xiàn)、確定設(shè)計方案，再衡算物料、衡算熱量、設(shè)備選型、確定工藝流程及計算附屬設(shè)備，內(nèi)容詳實、復(fù)雜。一般高?；I(yè)的課程設(shè)計時間為兩周，一個學(xué)生一般無法在規(guī)定時間內(nèi)完成所有的工作。因此，許多學(xué)生在方案設(shè)計及計算過程中抄襲他人的成果，有的學(xué)生即使在設(shè)計參數(shù)不一樣的條件下也會直接使用他人的工藝流程圖，雖然按時完成了課程設(shè)計任務(wù)，但并沒有相關(guān)的知識儲備。另外，在考核過程中遇到內(nèi)容相似的設(shè)計說明書，老師無法判斷到底是哪位學(xué)生抄襲了其他學(xué)生的，因此也無法準(zhǔn)確地給出每一位學(xué)生的真實成績。

2 “化工原理課程設(shè)計”教學(xué)過程中的改革措施

基于“化工原理課程設(shè)計”教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合其他高校教師在該課程教學(xué)過程中的改進(jìn)方法和經(jīng)驗，根據(jù)淮陰工學(xué)院的實際情況，對該課程的教學(xué)提出以下改革措施。

2.1? 借助“線上教學(xué)”，改革教學(xué)模式

隨著“互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展，“線上教學(xué)”成為一種新的教學(xué)模式。慕課、泛雅、超星等網(wǎng)絡(luò)課堂的興起，突破了線下教學(xué)理論課時不夠的局限[3]。通過慕課等網(wǎng)絡(luò)課堂，教師可以將“化工原理”的理論基礎(chǔ)知識及各單元操作制作成視頻傳到各課程網(wǎng)站。對于在課堂學(xué)習(xí)過程中沒有聽懂的知識點，學(xué)生可以進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)課堂重新聽講，最大限度地掌握相關(guān)知識。對于因為線下課時少而導(dǎo)致部分知識點在課堂上不能系統(tǒng)講解的內(nèi)容，也可以做成視頻發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)課堂上，學(xué)生可以利用課余時間完成知識的學(xué)習(xí)。線上網(wǎng)絡(luò)課堂的教學(xué)延伸了線下的課堂教學(xué)，為“化工原理課程設(shè)計”基礎(chǔ)知識的儲備奠定了基礎(chǔ)。

2.2? 加強校企合作，課程設(shè)計題目與實際生產(chǎn)掛鉤

在選題的過程中，教師可以深入企業(yè)，選擇在實際生產(chǎn)過程中涉及的化工單元操作，或者在解決化工實際生產(chǎn)問題的過程中凝練出題目，讓學(xué)生在課程設(shè)計過程中解決實際問題，大大提升了課程設(shè)計題目的多樣性和靈活性。例如本學(xué)期的課程設(shè)計就是結(jié)合一家化工企業(yè)的合作項目，項目中涉及不同的單元操作，將全班學(xué)生分組，一部分學(xué)生設(shè)計換熱器，一部分學(xué)生設(shè)計板式塔，一部分學(xué)生設(shè)計填料塔等。將學(xué)生的設(shè)計與實際生產(chǎn)相結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)以致用，將課堂上所學(xué)的理論知識真正用于實踐，既解決了課程設(shè)計題目單一的問題，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，使學(xué)生在課程設(shè)計過程中得到成就感，大大提高了綜合運用知識的能力。

2.3? 分組完成設(shè)計任務(wù)，增加答辯覆蓋面及分值

國內(nèi)大部分高?！盎ぴ碚n程設(shè)計”的任務(wù)時間是兩周，可以將班級學(xué)生分成不同的組，比如將40個學(xué)生分成? ? ?8組，不同組的設(shè)計任務(wù)不同。組內(nèi)學(xué)生按照組長的分配完成不同的任務(wù)，設(shè)計方案的確定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型、工藝流程的確定及附屬設(shè)備的計算均由不同的學(xué)生負(fù)責(zé)，同組學(xué)生之間互相討論、研究。在答辯過程中，教師可以結(jié)合任務(wù)書和說明書向組內(nèi)任意學(xué)生提問任何和設(shè)計相關(guān)的問題，這就要求組內(nèi)所有的學(xué)生不僅要熟悉自己負(fù)責(zé)的設(shè)計任務(wù)，對其他學(xué)生負(fù)責(zé)的任務(wù)也要有所了解，這種覆蓋面較廣的答辯方式，不僅提高了組內(nèi)學(xué)生對設(shè)計任務(wù)的掌握程度，而且提高了所有學(xué)生綜合運用知識的能力。

2.4? 增強計算機在課程設(shè)計中的輔助作用

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機在課程設(shè)計中的應(yīng)用也越來越廣泛，應(yīng)用價值得到了廣泛認(rèn)可?！盎ぴ碚n程設(shè)計”課程涉及的工藝計算，例如相平衡常數(shù)的計算、理論塔板數(shù)的計算、適宜回流比的選擇、換熱器傳熱系數(shù)的選取等，均需經(jīng)過大量循環(huán)計算的試差法，如果采用手算則要耗費大量精力，且容易出錯。若采用Excel和Aspen Plus等計算機軟件，可以大大減少計算工作量，提高計算的精度和準(zhǔn)確度。由于計算過程中需要用到大量公式，鼓勵有能力的學(xué)生使用Matlab或者VB進(jìn)行編程計算，對于這類學(xué)生可適當(dāng)加分。另外，在板式塔的塔板負(fù)荷性能圖的繪制過程中，可以采用Excel或Origin軟件快速、準(zhǔn)確地繪圖，避免在手工繪制過程中出現(xiàn)錯誤及誤差，大大提高了繪圖結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

“化工原理課程設(shè)計”綜合考查了學(xué)生對理論知識的綜合應(yīng)用和實踐能力，對這門課程進(jìn)行優(yōu)化可以充分調(diào)動學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的積極性、主動性和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神和解決工程實際問題的能力，促進(jìn)學(xué)生計算機應(yīng)用能力的提高。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曾凡花，曾足云.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下化工原理課程設(shè)計教學(xué)改革研究[J].化工教學(xué)，2018，44（9）：158.

[2]宋紅.《化工原理課程設(shè)計》教學(xué)改革的研究[J].廣東化工，2017，44（17）：214-215.

[3]陳婷，路平.《化工原理課程設(shè)計》教學(xué)改革與探索[J].廣東化工，2016，43（18）：187-188.