熊玉春，黨 丹，孫 晨，龔彥文，張 雷

(河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州 450001)

化工分離過程是將混合物分離與提純的工程科學(xué)，它聯(lián)系化學(xué)工程與化學(xué)工藝，是理論到實踐的重要過渡課程，教學(xué)過程與目標中應(yīng)當重視理論與實踐的緊密結(jié)合。中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會在“化工與制藥類及相關(guān)專業(yè)”認證補充標準中明確提出“對化工類專業(yè)，專業(yè)類課程的教學(xué)內(nèi)容包括分離工程、化工系統(tǒng)工程等”[1]，也說明了本課程在專業(yè)中的主干地位。

本課程內(nèi)容包括工業(yè)生產(chǎn)中常見的多種分離操作過程，研究化學(xué)工業(yè)過程中物質(zhì)分離和純化的工程實現(xiàn)，講授化工實際生產(chǎn)中多組分復(fù)雜物系分離過程的原理、流程、計算、應(yīng)用以及相關(guān)領(lǐng)域的前沿研究方向。它要求學(xué)生具備物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、傳遞過程等先修課程的堅實基礎(chǔ)，并在課程學(xué)習(xí)中對有關(guān)相平衡、熱力學(xué)、動力學(xué)機理、傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞的理論知識方面進行了進一步拓展和應(yīng)用。通過本課程，學(xué)生應(yīng)當一方面掌握各主要分離過程的基本原理，包括特性分析、操作特點、簡捷和嚴格計算法；另一方面還應(yīng)具備分離工藝設(shè)計、計算、操作和研究的高級能力。

本課程的特點在于內(nèi)容繁雜，講授的單元操作在經(jīng)典的精餾、吸收、萃取等分離過程之外，還包括特殊精餾技術(shù)，超臨界流體萃取、反膠團萃取和雙水相萃取等新型萃取分離技術(shù)，以及化工生產(chǎn)中常見吸附分離技術(shù)和膜分離技術(shù)，及其模擬計算方法。各單元內(nèi)容之間相關(guān)性較弱，每一單元的開辟都要從回顧先修課程開始，鋪陳大量概念與公式，在內(nèi)容回顧與概念講解中占用較多課時，擠占了課程中工程實例與應(yīng)用等方面高階內(nèi)容的學(xué)習(xí)時間。

因此，結(jié)合落實以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，對照“兩性一度”的金課標準[2]，本課程進行了從純課堂教學(xué)到“線上線下”混合式教學(xué)模式的改革，對課程進行了多方位混合式設(shè)計構(gòu)建與實踐。

1 教學(xué)目標設(shè)計

依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案，以及本課程的課程目標，教師為本課程設(shè)置了如下的教學(xué)目標：

(1)基礎(chǔ)知識：學(xué)生通過理解課程知識，能夠描述常見化工分離過程的基本原理和流程。通過閱讀文獻，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用于新問題。

(2)應(yīng)用：學(xué)生通過作業(yè)練習(xí)，能夠運用課程知識，進行復(fù)雜化工生產(chǎn)中分離操作單元的設(shè)計、控制和改進。能夠充分認識到分離過程在節(jié)能減排中的重要作用，以及對生態(tài)文明建設(shè)的重要意義。

(3)高級思維：學(xué)生通過理解課程知識和相關(guān)文獻閱讀總結(jié)，能夠應(yīng)用分離過程的基本原理，識別和判斷復(fù)雜化工生產(chǎn)過程中分離操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。在教師指導(dǎo)下，能夠?qū)﹀e誤的解決方案進行合理剖析。

(4)人文維度：學(xué)生能夠綜合資源循環(huán)利用、經(jīng)濟成本、安全環(huán)保、社會影響等方面影響，對工程倫理和職業(yè)道德有正確的認識，注重環(huán)境保護和生態(tài)文明。培養(yǎng)學(xué)生愛國敬業(yè)的家國情懷，提升對國家、社會和家庭的責任感和專業(yè)使命感。增強學(xué)生民族自豪感和自信心，并且能夠勇于承擔歷史責任。

(5)關(guān)心：學(xué)生能關(guān)注化工生產(chǎn)中存在的安全環(huán)保問題，并愿意為此改進而付出努力。培養(yǎng)勇于擔當、精益求精的職業(yè)精神。培養(yǎng)學(xué)生踏實的工匠精神，建立周密、嚴謹?shù)墓こ趟季S模式。

(6)學(xué)會學(xué)習(xí)：文獻查閱任務(wù)貫穿始終，促使學(xué)生產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)能力和意識，能夠自主獲取相關(guān)的較新的中外文資料，進而能夠認識到我國在化工領(lǐng)域取得的成就和進展，增強民族自豪感和自信心，為以后的學(xué)習(xí)、工作奠定必要的基礎(chǔ)。通過對文獻的總結(jié)，提高書面和口頭表達能力。

(7)溝通交流：學(xué)生能夠在分組任務(wù)中合理分配任務(wù)，團結(jié)協(xié)作。通過外文資料的查閱，培養(yǎng)國際視野及跨文化溝通能力。

這些教學(xué)目標是多維度且層層遞進的，有助于課程目標的達成，并能夠有效支撐本專業(yè)畢業(yè)要求指標點。

2 “線上線下”教學(xué)模式設(shè)計

從課程特點可以看出，本課程的內(nèi)容與教學(xué)要求，比起傳統(tǒng)的課堂講授，更適合通過線上+線下的內(nèi)容分配，詳略得當、重點突出地進行講授與學(xué)習(xí)。因而本課程進行了“線上線下”混合式教學(xué)設(shè)計，通過課前-課中-課后的學(xué)時分配，將本課程相關(guān)章節(jié)中較為基礎(chǔ)的概念性內(nèi)容，和較為簡單的部分放在SPOC中由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，而把應(yīng)用性內(nèi)容和有稍高難度的拓展性內(nèi)容放在課堂上進行講授，形成“線上基礎(chǔ)自學(xué)→自學(xué)效果考查→薄弱點剖析→進階內(nèi)容講授→課后復(fù)習(xí)完成作業(yè)→作業(yè)講解”這樣一個環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)過程，中間還會根據(jù)課程進度和具體內(nèi)容，穿插針對性的討論環(huán)節(jié)和文獻查閱任務(wù)，從而使整個教學(xué)活動形成一個有機整體。從學(xué)生學(xué)習(xí)與復(fù)習(xí)角度，如果概念與原理不清晰，則可以通過線上資源的反復(fù)回放進行有效鞏固，而工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，則通過課堂面授和師生討論環(huán)節(jié)重點實現(xiàn)。這樣的教學(xué)模式，可以使學(xué)生在鞏固基礎(chǔ)知識的同時，能夠在教師的帶領(lǐng)下，對相關(guān)知識進行運用，鍛煉高級思維，并在課堂討論中加強溝通交流能力。

例如“相平衡”一章，其涉及相平衡常數(shù)的計算、泡露點計算、閃蒸計算等內(nèi)容，與《化工熱力學(xué)》密切相關(guān)，該章首先對《化工熱力學(xué)》中學(xué)習(xí)過的相關(guān)知識進行了回顧與總結(jié)，如逸度系數(shù)、活度系數(shù)等，而這原本就屬于《化工熱力學(xué)》中的難點內(nèi)容，同時又是相平衡常數(shù)計算式推導(dǎo)的基礎(chǔ)，不得不占用較多時間在課堂上引導(dǎo)學(xué)生進行復(fù)習(xí)回顧。但這些內(nèi)容是學(xué)生學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，復(fù)習(xí)工作完全可以放在課外進行，因此在進行教學(xué)改革時，預(yù)先把該部分內(nèi)容錄制成短視頻，放在了SPOC中，由學(xué)生在課堂教學(xué)之前完成，如果有個別同學(xué)理解和掌握比較吃力，還可以反復(fù)回看。教師針對該部分內(nèi)容設(shè)計客觀試題，在課堂上通過隨堂測驗的方式考查學(xué)生對相平衡基礎(chǔ)知識的掌握情況，并根據(jù)測驗結(jié)果有針對性地即時剖析薄弱點，進而開始新內(nèi)容講授，將線下課時重點放在相平衡常數(shù)計算式的推導(dǎo)、相平衡常數(shù)計算式的簡化、試差計算流程分析、物系的泡露點計算舉例、等溫閃蒸計算舉例、絕熱閃蒸分析與計算策略等相平衡知識的實際運用與重難點討論，以及課后作業(yè)的分析講解上，從而提高了課堂教學(xué)時間的利用效率。授課環(huán)節(jié)完成之后，布置相平衡知識的應(yīng)用型作業(yè)，例如等溫閃蒸計算等，由學(xué)生課后完成，教師批改后下次課堂進行統(tǒng)一點評講解，加深學(xué)生對該部分知識的印象，提高理論知識的應(yīng)用能力。

再例如“精餾”一章，其內(nèi)容可分為多組分精餾和特殊精餾兩大部分。多組分精餾涉及到的以《化工原理》中的雙組分精餾為基礎(chǔ)，雖然有較多的新概念，如關(guān)鍵組分與非關(guān)鍵組分、輕組分與重組分、分配組分與非分配組分、清晰分割等，但其理論基礎(chǔ)和計算框架并未脫離《化工原理》中學(xué)習(xí)過的知識，且精餾過程分析、最小回流比分析等，也都與雙組分精餾類似。因此在進行教學(xué)改革時，把這些新概念、新內(nèi)容的介紹結(jié)合雙組分精餾的相關(guān)知識回顧，以短視頻的形式放在SPOC中供學(xué)生預(yù)習(xí)，課堂上同樣采用隨堂測驗的形式進行考查，針對考查反映出的普遍薄弱環(huán)節(jié)，例如多組分精餾最小回流比的計算、不同組分定義的區(qū)別等進行課堂重點詳解；在此之后的課時，則重點放在多組分精餾塔設(shè)計計算的策略分析上，如精餾塔操作壓力的確定方法和清晰分割假設(shè)等，提高學(xué)生綜合運用理論知識的能力。特殊精餾部分則介紹了共沸精餾、萃取精餾、加鹽精餾、反應(yīng)精餾等內(nèi)容，涉及概念較多，且內(nèi)容理解難度不大。因此在進行教學(xué)改革時，這些特殊精餾方法的基本概念和過程特點錄制成短視頻，由學(xué)生在線上自主進行學(xué)習(xí)，在課堂上采用隨堂測驗的形式考查學(xué)習(xí)成效。課堂的主要時間用于各種特殊精餾的過程分析和工程實例講解，尤其是不同反應(yīng)精餾操作流程的區(qū)別和適用條件對比，加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)完成之后，要求學(xué)生針對某一特殊精餾方法，查閱一篇近期的研究性英文文獻，并撰寫文獻閱讀報告，在學(xué)習(xí)通中提交，再組織學(xué)生對所提交材料進行自評和組內(nèi)互評。從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的同時，能夠?qū)ο嚓P(guān)知識進行運用，鍛煉高級思維，并加強了終身學(xué)習(xí)能力和溝通交流能力。

又如“吸附”一章的知識點較多，涉及的概念多，吸附操作流程多樣，但多數(shù)概念容易理解，因此在本課程的教學(xué)改革中，教師對這一章的內(nèi)容進行了梳理，把吸附作用的作用力形式、吸附劑種類、攪拌槽吸附、固定床吸附、變溫吸附、變壓吸附等基礎(chǔ)內(nèi)容和易于理解的操作流程以短視頻的方式放在線上由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，而將氣/液相吸附平衡理論、離子交換吸附理論、金屬離子螯合吸附機理、移動床吸附、模擬移動床吸附、膨脹床吸附及泡沫分離技術(shù)等較難理解的理論和流程實例放在課堂上進行講解，并結(jié)合部分文獻進行剖析，在提高課堂時間的利用效率的同時，使學(xué)生更好地掌握相關(guān)知識。

又如“膜分離”一章，介紹了壓差驅(qū)動、濃差驅(qū)動、電驅(qū)動和液膜等多種不同類型膜分離過程的原理及應(yīng)用，涉及新概念多，且各知識點之間相互關(guān)聯(lián)度低，但是整體上這些概念的理解難度不大，因此在進行教學(xué)改革時，教師把這些新知識點錄制成多個獨立的短視頻，由學(xué)生在線上進行自學(xué)，并給各個膜分離過程配以線上作業(yè)供學(xué)生自主考查自學(xué)成果，同時在線上課程中提供多篇不同膜分離技術(shù)的研究文獻供學(xué)生閱讀，增進學(xué)生對相關(guān)知識的理解，拓寬學(xué)生的知識面，了解我國科學(xué)家在膜分離領(lǐng)域的研究進展，比如通過閱讀文獻來了解張衛(wèi)東在支撐液膜方面的研究成果[3]。而線下課時則重點放在不同膜分離過程的區(qū)別比較，和它們的工程應(yīng)用實例分析上，例如反滲透和電滲析均可實現(xiàn)水的脫鹽，在采用這兩種不同的膜過程進行海水淡化處理時，對其技術(shù)路線和經(jīng)濟性進行比較和分析，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和理論聯(lián)系實際的能力。

3 課程思政內(nèi)容設(shè)計

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上明確提出：“要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人[4]?！痹诠た茖I(yè)人才培養(yǎng)的大學(xué)教育改革中，應(yīng)當深入思考“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”的原則問題，在專業(yè)的教學(xué)中，教師應(yīng)更注重思政內(nèi)容的融入，使學(xué)生樹立起為振興祖國而努力奮斗的家國情懷與使命擔當。本課程挖掘課程思政元素，并融入到教學(xué)過程中，通過案例式教學(xué)(如青蒿素的提取[5])、討論式教學(xué)(如精餾回流比的選擇)以及課下任務(wù)閱讀(如何炳林院士的生平與貢獻[6])方式，以達到課程育人目標，培養(yǎng)學(xué)生愛國敬業(yè)的家國情懷，增強學(xué)生民族自豪感和自信心。培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)道德和工程倫理意識，注重環(huán)境保護和生態(tài)文明。培養(yǎng)學(xué)生踏實的工匠精神，建立周密、嚴謹?shù)墓こ趟季S模式。

4 結(jié) 語

本課程按照“線上線下”混合式教學(xué)模式運行了一個學(xué)期，通過課堂測驗、課后作業(yè)等對學(xué)生線上、線下學(xué)習(xí)活動以及期末試卷進行考核評價，根據(jù)學(xué)生的平時成績和期末成績各項得分情況，分析各課程目標的達成情況，并將其與上一年度純課堂教學(xué)的達成情況相比，可以看到各課程目標的達成情況均有所提高，說明在混合式教學(xué)模式下，學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的掌握與運用能力、高級思維能力、持續(xù)學(xué)習(xí)能力、溝通交流能力等均達到預(yù)期目標，表明混合式教學(xué)改革取得了較好成效，從而使得課程有助于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，鍛煉學(xué)生歸納演繹、邏輯推理能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)造思維，提高學(xué)生在行業(yè)內(nèi)從事相關(guān)工作所需的能力和素養(yǎng)，為學(xué)生畢業(yè)后從事化工行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計、管理打下堅實的基礎(chǔ)。

圖1 課程目標達成情況對比Fig.1 Comparison of the achievement of curriculum objectives