化工原理课程教学方法改进与优化措施探讨

＊孙宝昌 刘伟 陈聪,2 梁鹏举

（1.北京化工大学化学工程学院 北京 100029 2.北京化工大学教育部超重力工程研究中心 北京 100029 3.塔里木大学化学化工学院 新疆 843300）

化工原理以“三传一反”中的“三传”（质量传递、热量传递和动量传递）为理论基础阐述工业上常见的单元操作，是化学工程与工艺及相关专业的核心课程，是化工专业的基础课，是从化工基础理论过渡到工程实际的支点，在整个学科体系中占有重要地位[1-2]。学生通过该课程的学习能了解各个单元操作的基本原理、典型设备的结构与工作原理，学习单元过程及其典型设备的设计或操作计算，以解决工业生产过程中的相关问题，分析各种单元过程中的参数影响规律，寻找较优操作条件，探索单元操作强化新方法和改进的途径[3]。

当前化工原理教学过程中，存在着课程难度大、化工行业转型发展中产生的新工艺、新流程和新的工程案例很少体现在课程教学中，存在教学与工程实际脱钩、学生缺乏学习动力等问题。因此，在课堂教学中如何改进和优化化工原理课程教学以提高教学质量，培养学生的工程素质，帮助学生更好地学习化工原理，已成为各大高校关注的重点。

1.存在问题分析

（1）课程教学难度大。化工原理课程内容包括流体流动、流体输送、传热、吸收、蒸馏、萃取和干燥等诸单元操作，其中每个单元操作相对独立，涉及内容广且零散，公式复杂且繁多，需要理解、记忆并准确运用，学习难度较大。在课程时间紧张的情况下，更容易出现“填鸭式”教学，如背公式和刷习题，加大了课程难度，易使学生的学习积极性受挫。同时，还存在书上案例陈旧等问题，进一步增加了教学难度。

（2）理论与实践脱轨。化工原理是联系化学和化学工程的重要纽带。在实际教学过程中，教师往往过于重视理论教学，缺乏工程实践，导致学生在学习中理论与实践脱轨，缺乏对工科的正确认识。在化工原理课程学习时，学生接触的往往是纯理论，对实际化工过程的概念很缺乏。因此，当面对化工原理中半理论半经验的研究方法与公式时，许多学生会产生困惑，难以理解。

此外，化工原理课程中的配套课程（如化工设计、化工实验和仿真模拟等）与理论课学习时间不一致，对教学效果产生不利影响[4]。

（3）学生学习动力不足。进入大学学习后，部分学生由于自控能力较弱，特别是针对单元操作理论和知识点，学习兴趣不高，有着“及格万岁”的心态。课上不认真听讲，不注重预习和复习，缺乏学习积极性与能动性。久而久之学生学习能动性下降，考试不过关率逐渐增加（图1）。

2.改进措施

对于上述问题，我们可以从教学方法、课程安排、考核机制等方面进行优化/改进。利用“北化在线”智慧教学平台开展包括课堂讲授、线上线下融合的教学形式，将知识点以案例、新型单元操作为例引入到课堂中，让学生提前对知识的重难点有一定的把控。“北化在线”上面有丰富的学习资料，可以作为很好的学习数据库为学生预习以及课后巩固知识提供良好的支撑作用。只有多学习，多努力，学生的学习能力才有本质的突破及提升。

让学生化身“工程师”，以工程师的视角去发现问题、分析问题、解决问题，直到对单元操作的新设计，改变其以往被动学习的态度，化身为学习的主人。化身“工程师”，还能提高学生理论与实际相结合的能力，这样能明显提升学生的思考能力，逻辑思辨能力，以及站在工程师的姿态上设计问题、解决问题，学生通过反思自己与化工先驱们的不足之处，最终收获的不仅是知识，而是这段宝贵的人生经验，能为后续学习和工作奠定良好的基础。在单元操作学习前提出，学习完成后提交设计，或组织课堂汇报、班级点评，指出优劣，作为学习成绩的考核之一。

（1）多样化教学。采用多样化教学方法，改变原有单一的授课模式，提高学生的学习积极性。

运用多媒体技术，将教学中所涉及到的理论、单元操作原理等内容转化为视频，将抽象的理论变得生动且直观，有助于学生学习单元操作理论、单元设备及工艺流程，提高教学效果[5-6]。例如，在流体输送这一单元中，讲解泵等流体输送设备时，以动画或实物视频为载体，向学生直观地展现离心泵、往复泵和旋转泵等流体输送设备的结构和工作原理，阐明不同种类设备的相似与区别。在传热与传质过程中各单元操作的设备结构、工作原理和操作特性，也可通过多媒体课件展现。在吸收、精馏和萃取等复杂工艺流程教学时，运用多媒体动画展现整体工艺的动态流程、各单元操作的作用和各物流的走向等，都利于学生理解工作原理与工艺流程。

引入“翻转课堂”让学生主导教学过程，化被动为主动，同时增加了课堂趣味。学生以小组为单位，就某一主题进行交流讨论，并以课件的形式进行讲授，最后由老师补充和总结。在该过程中，能深化学生对教学主题的认识，更好的理解和掌握相关知识点。

（2）将理论与工程实践结合。在教学过程中，让学生学会理论与实践相结合，解决单元操作从实验室到工业运用放大过程中的工程问题，培养学生解决工程问题的能力。

案例教学是理论联系实际的有效手段之一[7-8]。教学中采用“生活实例-理论教学-工程案例”三位一体的方法将理论与实践相结合，从生活实际中的相关单元操作问题/现象出发，激发学生求知欲，进而开展理论教学，解释生活中各种现象背后的基本原理，加深对理论知识的理解，然后引入工程案例讲述相关理论在工业中的运用，让学生提出自己的观点和建议。使学生掌握理论知识、提高实践能力的同时，树立学生工程思维和培养学生工程素质。同时，该过程中需科普相关领域的前沿技术，拓展学生视野。

以吸收过程为例，引入大气污染问题，继而引出吸收这一单元操作，讲授相关理论知识，然后讲解工业吸收中的脱硫过程，强化学生印象，列举吸收的应用，如天然气脱硫、尾气脱硫等，让学生针对工业需求，分析对比吸收方法及不同吸收剂的优劣，设计合理的脱硫工艺。此外，也可以结合学校科研特色科普相关技术前沿知识，向学生介绍超重力脱硫技术的原理和应用，在强化学生对知识点记忆的同时，培养学生的学习兴趣。

此外，合理安排化工设计、化工原理实验和仿真模拟等配套课程的时间与顺序，穿插在化工原理课程中，将理论与实践相互印证，可以更好的帮助学生学习和理解化工原理的理论知识。

（3）多维考核评价体系。现有的考核评价体系主要依据学生的考试成绩来考评学生的学习情况。考核方法单一，也使考核多流于形式。因此，建立多维的考核评价体系对真实掌握学生的学习情况、提高学生学习积极性具有重要意义。

课上除去考勤外，增加不定期随堂作业，检查学生对本节课知识点的掌握程度，在每章教学结束后，设置随堂小测试，在一定程度上督促学生及时复习和查漏补缺。课外可以利用慕课等网络平台，让学生通过网络资源完成课前预习与课后复习。后台统计数据可作为调整课程进度的依据，这些可作为凭据计入平时成绩，丰富考核体系[9-10]。

采用多维度考核评价体系，一方面，可以降低学生学习难度，增加学生对课程内容的理解；另一方面，也可以增强学生学习积极性，调动学生主观能动性，帮助学生更好的学习与掌握课程内容（图2）。

图2 提高学生学习兴趣的多样式授课思路

此外，有部分化工教育工作者提议对课程内容进行改革，修订教学大纲，亦或是将《化工原理》和《传递过程》这两门课依据“三传”划分成若干门课，分别教授质量传递、热量传递和动量传递等内容，使学生更系统化地学习相关知识[11]。

3.教学改革实施效果

教学改革过程中取得的效果如图3（a）和图3（b）所示：通过图3（a）可以看出学生取得A的人数从2021—2023年逐年上升，取得B和C的人数逐年下降。从图3（b）中可以看出学生对教师通过新型的授课模式满意程度也在逐年发生转变，2021—2023年非常满意的人数迅速上升，满意和不满意人数也在逐年下降。通过效果数据分析可以明显看出这种新型的授课模式对学生平时成绩提升、学生对教师授课满意程度均带来了显著性的有利影响。虽然这种新型授课模式对传统教学模式带来了大的冲击，但我们仍要不断思索如何能将化工原理授课水平拔高到一个新的高度，让越来越多的人爱上化工原理，享受化工原理带来的愉悦感。

图3 （a）学生成绩变化比例图；（b）学生对教师授课满意度图

4.总结

目前，化工原理在化工及相近专业中有着重要地位，所教授的“三传”是诸多专业课的基础，对教学过程中出现的问题和发现的不足，我们需要不断改进教学方法，多元化教学方式、优化教学内容，以调动学生的学习积极性。同时，要重视理论与实践的结合，提升学生专业能力，树立工程思维，在当前化工行业转型的背景下，将学生培养成更具竞争力的高素质、应用型、复合型的“新工科”人才。