呂 楠，鄭 勝，張譽騰，王帝淞，楊春華，李 強

(東北電力大學 化學工程學院 能源化學工程專業(yè)，吉林 132012)

2019年，新工科建設進入越來越多高校的視野，樹立學生中心，產(chǎn)出導向，持續(xù)改進的理念，對化工專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高要求[1-2]。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，是實現(xiàn)學生培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的依據(jù)和載體，是保障和提高教育教學質(zhì)量的關(guān)鍵?；し蛛x工程是化工類專業(yè)的核心專業(yè)課程，具有較強的綜合性和工程應用性，在化工專業(yè)人才培養(yǎng)中占有重要地位?；し蛛x工程課程內(nèi)容綜合性強，要求具備“物理化學”“化工原理”“化工熱力學”等多學科基礎(chǔ)知識，同時公式多、計算量大，要求具備一定的高等數(shù)學基礎(chǔ)。因此，在傳統(tǒng)教學方式下，化工分離工程課程存在著教學理念陳舊、教學方法與教學內(nèi)容不匹配、考核評價方式單一等多方面問題[3-5]。

本課題以能源化學工程專業(yè)的必修課“化工分離工程”為研究對象，結(jié)合“新工科”建設的要求，討論“化工分離工程”教學方法改革對以學生為中心和成果為導向的積極作用和效果。在“新工科”建設的新要求下，結(jié)合實踐經(jīng)驗，針對分離工程課程特點與教學中存在的問題，從課程內(nèi)容、教學形式等方面，對課程教學改革進行了探索，提出了建設線上教學平臺、理論與實踐相結(jié)合等教學改革措施，培養(yǎng)學生工程能力和工程素養(yǎng)，提高學生的知識運用與創(chuàng)新能力。

1 注重工程實踐能力培養(yǎng)，修訂課程教學大綱

1.1 課程目標的制定與修訂

在能源化學工程專業(yè)最新修訂的培養(yǎng)方案中，更加注重工程實踐能力的培養(yǎng)，調(diào)整了化工分離工程課程與畢業(yè)要求指標點的支撐關(guān)系。根據(jù)課程對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系制定化工分離工程課程的具體課程目標，以畢業(yè)要求達成情況作為主要的修訂依據(jù)，課程組基于課程目標評價報告結(jié)果進行持續(xù)改進。

“化工分離工程”的三個具體課程目標為：①能夠應用所學的相關(guān)知識，進行泡點、露點和閃蒸計算，掌握單元和裝置的設計變量的分析方法，能夠?qū)どa(chǎn)實際中復雜物系中的分離和提純過程中的組分組成、回流比、塔板數(shù)、進料級等相關(guān)的問題的進行計算與分析；②根據(jù)具體的分離要求，結(jié)合目前分離技術(shù)的現(xiàn)狀，運用化工分離工程的基本原理，能夠進行工藝流程的設計，并能夠?qū)Σ煌O計方案進行分析與比較；③能夠根據(jù)具體的實驗要求，運用化工分離工程的基本原理，選擇合理的研究路線，設計實驗方案，能正確地采集實驗數(shù)據(jù)并處理分析。課程目標與畢業(yè)要求指標點的支撐關(guān)系，如表1 所示。

表1 支撐畢業(yè)要求指標點的課程目標

1.2 課程內(nèi)容與考核方式

1.2.1 課程內(nèi)容重新解構(gòu)，建立知識體系框架

教學內(nèi)容是整個教學活動的主體部分，反思教學內(nèi)容是對理論知識的重新思考和把握，在保證教學內(nèi)容是以培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為導向，符合教學目標和教學大綱的基礎(chǔ)上，對課本上的理論知識重新解構(gòu)，構(gòu)架邏輯關(guān)系，建立跨章節(jié)銜接順暢的知識體系?；し蛛x工程課程由于公式多，計算量大，講授時應該注重由淺入深，由點到面，幫助學生建立課程知識整體框架。例如，由簡單的單級平衡過程引入，讓學生掌握相平衡的理論，相平衡常數(shù)、泡點、露點和閃蒸計算等，再進行多組分分級分離過程中單元和裝置的設計變量的分析；之后利用所學的基礎(chǔ)理論和計算方法進行多組分多級過程的分析和計算，從簡單的清晰分割假設引入，讓學生掌握芬斯克公式計算最少平衡級數(shù)，再進行芬斯克公式反用使學生們輕松掌握全回流下非關(guān)鍵組分分配。課程內(nèi)容由簡入繁，幫助學生建立自己的課程知識框架和體系，只有真正掌握才能夠綜合應用。同時，及時更新案例，選擇鮮活、飽滿的教學案例，進行重點知識內(nèi)容銜接，使學生對解決復雜問題產(chǎn)生興趣。最后總結(jié)提煉精華，給學生以啟發(fā)。幫助同學們建立一套具有科學性、時代性的課程知識內(nèi)容體系。

根據(jù)課程目標進行詳細的教學內(nèi)容安排，化工分離工程課程分為理論教學和實驗教學兩部分?？倢W時為 32學時，其中理論 28學時，課內(nèi)實驗 4學時。

理論教學分為 5 個單元，分離過程的基本概念、分類和特征及展望 (2學時)、單級平衡過程及相關(guān)計算(6學時)、多組分多級分離過程分析與簡捷計算(8學時)、多組分多級分離的嚴格計算(8學時)和分離設備的性能和效率(4學時)。實驗教學分為 2個實驗項目，分別為：反應精餾制備乙酸乙酯(2學時)，超純水制備中的分離工藝(2學時)。具體的教學內(nèi)容和教學方式如表2所示。

表2 知識內(nèi)容與教學方式

表3 課程目標與評價依據(jù)占比關(guān)系表

1.2.2 課程考核及評價方式多元化

多元化考核，增加挑戰(zhàn)度，建立完善的過程性考核與結(jié)果性考核有機結(jié)合的課程考核制度，是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)。從考核與學習評價來說，強調(diào)過程性考核，制定嚴格的過程考核指標，考核難度逐漸增強。隨堂測試及時監(jiān)測學生對基礎(chǔ)理論的掌握情況；設計報告考核，體現(xiàn)學生自主學習能力和創(chuàng)新能力；實驗成績，考察學生的理論結(jié)合實踐的動手操作能力；期末試卷著重考察學生的分析和解決復雜工程問題能力。最終，以綜合成績對學生的能力進行全面的評價，隨堂測試占比10%，實驗成績占比20%，專題報告占比15%，期末成績占比55%，全方位對學生的工程實踐能力進行評價。

增加課程考核方式和內(nèi)容審核環(huán)節(jié)，課程的教學大綱中需包含課程考核方式、內(nèi)容與課程目標審核表，以確保課程評價面向產(chǎn)出，即課程評價依據(jù)合理。評價審核考核方式、內(nèi)容與課程目標是否符合，化工分離工程課程的課程評價指標如表4所示。

表4 考核方式、內(nèi)容與課程目標審核表

2 化工分離工程課程教學模式的改革與探索

針對化工分離工程課程特點與教學中存在的問題，對教學設計、教學方法等方面進行探索，采用 “線下與線上相結(jié)合” “理論與實踐相結(jié)合” 等方式促進知識、能力、素質(zhì)有機融合來培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的綜合能力。

2.1 線下與線上混合教學模式

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展為線上教學的發(fā)展提供了寶貴的機遇?；趯W校數(shù)字化教學平臺，在超星網(wǎng)絡平臺建立化工分離工程在線網(wǎng)絡課程。相較于傳統(tǒng)的線下課堂，一方面，線上課堂可以提供更加豐富的課程資源，如課程大綱、教材、老師錄制的知識點視頻，習題庫等，不僅可以幫助學生查漏補缺，還可以滿足學生個性化的學習需求。另一方面，線上教學可以幫助教師高效開展教學工作。課前，可以通過線上課堂布置預習視頻任務點，線上課程可以實時統(tǒng)計學生觀看學習的數(shù)據(jù)，幫助教師進行高效的管理。線上課程的隨堂測試功能，可以及時考察學生課上基礎(chǔ)知識的掌握情況，第一時間反饋學生的學習情況，為后續(xù)有針對性的復習和差異化教學提供參考。通過“線下與線上相結(jié)合”的教學形式，顯著提高了學生對基礎(chǔ)知識的掌握。

2.2 多元化教學策略設計

化工分離工程課程的特點是內(nèi)容綜合性強，涉及多學科基礎(chǔ)知識，同時公式多、計算量大，學生在學習過程存在著一定的畏難情緒，根據(jù)教學內(nèi)容合理地設計教學策略，可以幫助學生適應由易到難的學習過程。例如，化工分離過程的分類、特征等基本概念，可以采用多媒體教學，提供更多的素材，激發(fā)學生對課程的學習興趣。對于分離過程的基本理論內(nèi)容，如單級過程是多組分多級分離過程的基礎(chǔ)，可以采用多媒體與板書結(jié)合。對相平衡常數(shù)的計算、泡露點的計算采用板書公式逐級推導，幫助學生打好基礎(chǔ)。單元裝置設計變量計算可以采用講解+互動提問式教學，由淺入深，幫助學生建立自信。多組分多級分離過程則需要案例逐一講解，培養(yǎng)學生分析復雜工程問題的思維，加強習題練習，學以致用，培養(yǎng)解決復雜工程問題的能力。建立“案例庫”，緊跟前沿，以問題為導向，激發(fā)學生的求知欲。利用分組討論和翻轉(zhuǎn)課堂，激發(fā)和鼓勵學生的創(chuàng)造性思維。

2.3 理論與實踐相結(jié)合，注重實踐能力培養(yǎng)

采用 “理論+實踐”的教學模式，建設“高階性”課堂。多組分多級分離的嚴格計算是解決實際復雜工程問題的關(guān)鍵，是培養(yǎng)學生工程實踐能力的基礎(chǔ)，也是化工分離工程課程的難點。除了掌握計算方法，更重要的是能夠進行復雜工程問題的嚴格計算。但是，由于多組分多級分離的嚴格計算的計算步驟繁瑣，人工運算難度大，實際工程中采用系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬軟件Aspen Plus進行計算。為了加強學生實踐能力的培養(yǎng)，將Aspen Plus軟件引入課堂教學，讓學生利用Aspen軟件進行工藝計算，培養(yǎng)學生利用現(xiàn)代化工具和手段解決工程實際問題的意識和工程實踐能力，為后續(xù)的課程設計、畢業(yè)設計，以及未來從事相關(guān)行業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。同時，開展反應精餾制備乙酸乙酯實驗和超純水制備實驗，培養(yǎng)學生的動手能力和綜合實踐能力。

2.4 鼓勵自主學習，鍛煉創(chuàng)新能力

隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代分離技術(shù)的發(fā)展和更新是必然的趨勢。隨著分離要求越來越高，需要不斷進行分離工藝流程的設計，探索新的分離原理和開發(fā)新的分離技術(shù)。培養(yǎng)學生以發(fā)展的眼光看待行業(yè)，培養(yǎng)學生自主學習和終身學習的意識，是化工分離工程課程的兩個素質(zhì)目標。通過設定分離要求，讓學生自主選擇分離過程，進行分離工藝流程的設計。學生通過查閱文獻了解目前分離技術(shù)的研究進展和動向，如膜分離、超濾和微濾、反滲透、電滲析等新型分離技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展前沿，能夠根據(jù)具體的分離要求，運用化工分離工程的基本原理，進行工藝流程的設計，并能夠?qū)Σ煌O計方案進行分析與比較，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和終身學習能力。

3 結(jié)束語

秉承以學生為中心，以產(chǎn)出為導向，對新工科背景下化工分離工程課程教學實踐進行了探討。為了達成知識能力和素質(zhì)的教學目標，持續(xù)改進化工分離工程課程大綱，把“線上學習-課堂教學—實驗教學—自主學習”的教學模式融入整個教學過程中，旨在培養(yǎng)出一批具有卓越工程能力和創(chuàng)新能力的應用型高級專門人才。