基于綜合能力培養(yǎng)的化工原理課程教學(xué)改革

化工原理課程主要研究化工生產(chǎn)過程中質(zhì)量、動量、熱量傳遞所遵循的基本規(guī)律，講述了重要單元操作的基本原理、工藝計算、設(shè)備結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，可以很好地解決實際生產(chǎn)中遇到的設(shè)計型和操作型問題。該課程屬于工程學(xué)科，它是基礎(chǔ)理論課向工程專業(yè)課過渡的橋梁，是解決實際生產(chǎn)問題的基礎(chǔ)。
化工原理課程涉及大量數(shù)學(xué)、物理中的知識，研究對象是復(fù)雜的生產(chǎn)過程，研究方法多為實驗研究和數(shù)學(xué)模型研究，難度相對較大，而學(xué)生此時往往缺少對化工過程及相關(guān)設(shè)備的了解，所以該課程的學(xué)習(xí)對剛接觸工程學(xué)科的學(xué)生來講是一個挑戰(zhàn)，往往會造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高的情況。僅靠教師單方面的知識灌輸會顯得課程枯燥乏味，很難使學(xué)生積極主動地投入學(xué)習(xí)。特別是在當(dāng)前“新工科”背景下，傳統(tǒng)的化工原理教學(xué)已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)前社會產(chǎn)業(yè)變革與高等工程教育自身發(fā)展的需求，學(xué)生的分析和解決問題的能力、創(chuàng)新能力、表達能力、合作能力、跨學(xué)科知識應(yīng)用能力等在新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)的背景下顯得愈發(fā)重要。加強化工原理課程教學(xué)方法的改革，以企業(yè)需求為導(dǎo)向，精準(zhǔn)提高學(xué)生綜合能力與素質(zhì)是當(dāng)前化工原理教學(xué)的重點。
一、同伴教學(xué)法與“雨課堂”結(jié)合，輔助課堂教學(xué)
同伴教學(xué)法是指教師使用專門設(shè)計的用于揭示學(xué)生錯誤概念和引導(dǎo)學(xué)生深入探究的概念測試題，組織大班課堂教學(xué)，在課堂教學(xué)中實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、師生互動、生生互動的創(chuàng)新教學(xué)模式。這種方法讓學(xué)生更多地參與教學(xué)過程，使得課程內(nèi)容更易被學(xué)生接受，有利于通過課程改革培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。
在化工原理的授課中教師基于“以理論為基礎(chǔ)，以問題為核心”的思想系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)過程。上課前教師先通過“雨課堂”發(fā)送預(yù)習(xí)題目，此類題目一類為概念性問題，使得學(xué)生對即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容有大概的認(rèn)識，一類為具有一定挑戰(zhàn)性的實際應(yīng)用問題，讓學(xué)生帶著疑問和興趣進入課堂；課堂上教師每講解一段知識后，及時在“雨課堂”發(fā)送題目，實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整自己的上課內(nèi)容；教師適時發(fā)送一些需分析推理才能解決的有難度的問題，如流體流動章節(jié)中供水塔高度選擇等問題，留時間讓學(xué)生分組討論，然后選取一組成員為同學(xué)們講解討論結(jié)果，其他組學(xué)生補充或提問，之后教師對學(xué)生的講解情況進行點評，再次強調(diào)此知識點。通過以上環(huán)節(jié)既讓學(xué)生在討論過程中加深對問題的理解，又培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維，啟發(fā)自己進一步思考問題，提高了學(xué)生的自學(xué)能力，同時達到活躍課堂氣氛的效果，讓學(xué)生更加積極地投入化工原理的學(xué)習(xí)。
二、制作動畫，形象展示化工原理知識點
化工原理課程往往在大二下學(xué)期或大三開設(shè)，大部分學(xué)生此前并未接觸過化工生產(chǎn)過程，所以對涉及的單元操作原理、現(xiàn)象、設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝等沒有直觀的認(rèn)識，僅僅通過文字和靜止的圖片很難讓學(xué)生充分理解某些化工原理知識，且真正反映化工原理知識的實物實驗較少且陳舊，不能很好地滿足教學(xué)需求，部分原理不能通過真實的實驗現(xiàn)象直接體現(xiàn)，如間壁傳熱過程、中央循環(huán)管式蒸發(fā)器工作原理等。而Flash、PPT或草圖大師等軟件可以根據(jù)教學(xué)需求制作簡單且生動的動畫，用這種形式展示化工原理知識點是一種非常合適的授課途徑。
在化工原理的教學(xué)中教師可以給學(xué)生布置一個任務(wù)，要求學(xué)生以團隊的形式，通過Flash、PPT或草圖大師制作動畫，演示1～3個化工原理單元操作過程或設(shè)備工作原理，同時安排1節(jié)課的時間進行動畫作品匯報，教師根據(jù)實際情況進行點評和打分，學(xué)生根據(jù)建議將作品修改完善并交給教師收集。通過動畫的制作能促使學(xué)生積極地查閱資料，在解決問題的過程中加深了對單元操作及設(shè)備原理的理解，特別是復(fù)雜單元操作過程或現(xiàn)有資料有限時，學(xué)生會主動聯(lián)系指導(dǎo)教師探討并反復(fù)改進動畫；同時增加了學(xué)生的計算機相關(guān)技能的學(xué)習(xí)，除了Flash、PPT外，一些學(xué)生甚至利用草圖大師、C4D、Revit等難度較大的軟件進行動畫制作，更加直觀地展現(xiàn)了化工原理的知識點。通過化工原理動畫制作環(huán)節(jié)，學(xué)生的分析問題的能力、計算機制圖能力、團隊合作能力、匯報表達能力均得到了一定的提升，同時擴充了教師的教學(xué)素材庫。
三、自學(xué)并匯報化工單元操作知識
化工原理課程主要是講解一些經(jīng)典的化工生產(chǎn)經(jīng)典單元操作相關(guān)內(nèi)容，教師并未著重對最新的、前沿的化工原理知識進行講述。同時在設(shè)備部分的講解上教師并未對設(shè)備類型進行完全覆蓋，大部分常用的、主流的設(shè)備工作原理及流程講解較細致，但仍有部分重要設(shè)備講解較簡單，如蠕動泵、磁力泵、柱塞泵、膜分離設(shè)備、噴霧干燥機、冷凍干燥機、沸騰干燥機、蒸發(fā)器等，這些設(shè)備在制藥工程、生物制藥專業(yè)有著廣泛應(yīng)用，但在書本中卻未重點提及。這導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)內(nèi)容不能緊跟信息時代的發(fā)展，與部分企業(yè)的實際生產(chǎn)脫節(jié)，同時學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣也會降低。
在化工原理授課中教師將一些熱門、前沿領(lǐng)域的單元操作知識留給學(xué)生研究講解，如其他類型泵、氣體輸送機械、攪拌、蒸發(fā)設(shè)備、超臨界流體萃取、吸附、膜分離等，課本上這些內(nèi)容有限，需要大量資料文獻加以充實。教師可以按小組的形式將題目在學(xué)期初分配下去，每組針對一種單元操作或設(shè)備進行文獻資料收集查閱及PPT制作，在相應(yīng)授課階段進行PPT匯報。小組成員一起完成PPT的制作，圍繞該單元操作原理及設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作流程，所有成員均進行上臺匯報，不嚴(yán)格限制匯報時間，有部分學(xué)生的匯報技巧和狀態(tài)比在動畫作品匯報時有了明顯的進步。匯報完后學(xué)生根據(jù)匯報內(nèi)容提出問題，由匯報小組回答，最后教師對此內(nèi)容進行補充和總結(jié)。部分學(xué)生制作的PPT覆蓋面廣、內(nèi)容前沿，可用作以后教學(xué)。通過此環(huán)節(jié)，教師將授課的主體交給學(xué)生，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理的積極性和主動性，同時鍛煉了學(xué)生文獻資料的查閱能力、團隊合作能力、分析解決工程問題的能力、語言表達能力等。
四、引入“一張紙”半開卷考試模式，優(yōu)化考核標(biāo)準(zhǔn)
化工原理課程有較深的理論知識，同時又具有很強的工程實踐性，涉及相當(dāng)多的公式。授課中教師通常會結(jié)合例題和工程實踐反復(fù)強調(diào)這些公式的應(yīng)用，但正是因為公式的復(fù)雜和繁多，很多學(xué)生會忽視對公式的持續(xù)學(xué)習(xí)，導(dǎo)致考試前死記硬背公式，缺少對公式的理解[6]，甚至只能針對一種類型的題目套用公式，卻不能靈活應(yīng)用公式解決其他類型的題目。化工原理題庫豐富，學(xué)生往往針對教師講解的重要類型題目搜索答案，然后死記硬背解題流程，這與傳授學(xué)生工程科學(xué)技術(shù)知識、培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際工程問題能力的初衷背道而馳。為了改變以上局面，提高學(xué)生對化工原理知識的理解、分析和應(yīng)用能力，我們在今年考試中引入了“一張紙”半開卷的期末考試模式。
半開卷模式具體實行情況如下，考試前教師利用一節(jié)課的時間對整本書的重點知識進行梳理，在PPT上展示需要學(xué)生著重理解的公式等知識點，并將一些難點公式通過例題進行講解。接下來教師要提醒學(xué)生務(wù)必把公式理解，然后將自己認(rèn)為重要的知識點和公式寫在一張A4紙上，內(nèi)容不限，要求這張A4紙內(nèi)容必須手寫，不能打印，不能多層覆蓋，同時在紙上寫上自己的姓名和學(xué)號。考試前1～2天學(xué)生將這張紙交給授課教師檢查，若合格則教師用醒目的筆簽字，若與要求不符則沒收紙張并讓學(xué)生重新寫。考試時學(xué)生只能帶這張由授課老師簽字的A4紙進入考場，可隨意查閱此A4紙內(nèi)容，不得翻閱其他資料，若有翻閱除此A4紙外其他資料則視為作弊。監(jiān)考教師考前查看學(xué)生帶的這張A4紙是否符合要求，若不符合則沒收此紙。考試結(jié)束后將此紙和試卷一起收走。
為了使半開卷考試更能體現(xiàn)學(xué)生對化工原理知識的理解程度，教師重新建立了試卷庫，力求題目內(nèi)容覆蓋面廣、解題方式靈活并盡可能與以往題目不同，難度與之前閉卷考試相比有了一定的提升，可更客觀、全面地體現(xiàn)學(xué)生化工原理知識的掌握水平。
通過此次半開卷考試的實行，考試成績和之前閉卷考試相比方差明顯變大，兩極分化變得嚴(yán)重。少部分學(xué)生分?jǐn)?shù)會有明顯的進步，取得較高分?jǐn)?shù)，但同時有部分學(xué)生分?jǐn)?shù)很低。可見對于平常學(xué)習(xí)態(tài)度端正、能對知識進行理解的學(xué)生而言，“一張紙”半開卷考試模式會減小他們的記憶壓力，并能通過半開卷資料的準(zhǔn)備進一步加深對內(nèi)容的理解，對成績的提高起到一定的促進作用；而對于部分依賴死記硬背記憶公式，而平常對公式?jīng)]有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)理解的學(xué)生而言，試題難度加大，成績則會偏低；對于平常不學(xué)習(xí)的學(xué)生來說，兩種考試模式成績都很低；總體的平均分有所下降。通過“一張紙”半開卷考試可培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)、靈活應(yīng)用知識的能力，有助于學(xué)生工程技術(shù)能力的養(yǎng)成和提升。
修改后的考核標(biāo)準(zhǔn)為半開卷考試分?jǐn)?shù)占60%；動畫制作及匯報分?jǐn)?shù)占10%，“雨課堂”成績占10%，考勤占10%，前沿知識匯報占10%。此標(biāo)準(zhǔn)能準(zhǔn)確地反映學(xué)生在整個化工原理學(xué)習(xí)過程中的質(zhì)量，讓學(xué)生的綜合能力得到全方位的體現(xiàn)。
五、結(jié)語
經(jīng)過以上對化工原理課程教學(xué)的改革探索，能夠讓學(xué)生對化工原理課程的學(xué)習(xí)有了更多的熱情，同時使學(xué)生多方面的能力獲得提升，特別是繪制設(shè)備原理動畫的過程，讓部分學(xué)生“如魚得水”，并自學(xué)了相關(guān)專業(yè)的其他知識。有部分學(xué)生將此動畫加以文字說明，并創(chuàng)作成科學(xué)文章上傳自己經(jīng)營的微信公眾號中，這對教學(xué)的開展提供了新的思路。在以后的教學(xué)中，教師會進一步在以上方面進行有益探索，同時增加教學(xué)內(nèi)容的整合和優(yōu)化，使學(xué)生的積極主動性得到更大程度的發(fā)揮，進一步有針對性地提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。