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[摘要]工程教育背景下，要求強(qiáng)化化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的工程意識(shí)及解決復(fù)雜工程問題的能力。《化學(xué)反應(yīng)工程》作為高校化工專業(yè)本科生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，對(duì)該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有重要支撐作用。因此在課堂教學(xué)中，引入大型化工工業(yè)過程案例教學(xué)，可讓學(xué)生深入理解理論知識(shí)，培養(yǎng)工程思維，提高解決工程問題的能力。

[關(guān)鍵詞]工程教育；化學(xué)反應(yīng)工程；教學(xué)改革

1工程教育背景下對(duì)《化學(xué)反應(yīng)工程》課程的要求

《化學(xué)反應(yīng)工程》主要面對(duì)三年級(jí)化工相關(guān)專業(yè)本科生，建立在物理化學(xué)、化工原理等專業(yè)基礎(chǔ)課之上，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的核心課程。本課程主要探究化工生產(chǎn)過程中化學(xué)反應(yīng)的宏觀反應(yīng)過程，建立數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此進(jìn)行不同類型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與分析。工程教育認(rèn)證背景下，要求每個(gè)專業(yè)都要有明確、公開的畢業(yè)要求，而且畢業(yè)要求能支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成；還要將畢業(yè)要求分解為若干個(gè)可衡量的指標(biāo)點(diǎn)，畢業(yè)要求和指標(biāo)點(diǎn)，要明確教學(xué)活動(dòng)(課程、實(shí)習(xí)或設(shè)計(jì)等)。因此，很多專業(yè)課程都根據(jù)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)重組教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，以支撐畢業(yè)要求的達(dá)成[1-2]。我國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)頒布的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015)》中給出了評(píng)價(jià)培養(yǎng)質(zhì)量的12條畢業(yè)要求，在畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)中《化學(xué)反應(yīng)工程》課程對(duì)其中6條均有支撐，對(duì)工程知識(shí)、問題分析及設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案這3條具有強(qiáng)支撐[3]。因此，為培養(yǎng)與強(qiáng)化化工相關(guān)專業(yè)學(xué)生的工程意識(shí)、具有分析工程問題以及解決實(shí)際工程問題的能力，開展《化學(xué)反應(yīng)工程》課程課堂教學(xué)改革是對(duì)工程教育強(qiáng)有力的支持。

2當(dāng)前《化學(xué)反應(yīng)工程》課堂教學(xué)的現(xiàn)狀

常規(guī)教學(xué)過程中，多采用內(nèi)容驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法，在計(jì)劃學(xué)時(shí)內(nèi)根據(jù)教學(xué)大綱的要求講授課程，雖然教師在授課階段也關(guān)注學(xué)生綜合素質(zhì)、優(yōu)化理論知識(shí)和建模求解能力的提升，但沒有以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向來(lái)反向設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)，也沒有關(guān)注學(xué)生核心能力和畢業(yè)要求的達(dá)成。近年來(lái)，針對(duì)《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)改革研究較多，主要集中在以下幾個(gè)方面：(1)將“互聯(lián)網(wǎng)+”引入教學(xué)，提高課程的實(shí)時(shí)性和互動(dòng)性；(2)提倡“開放式”“研討式”教學(xué)，以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、提高創(chuàng)新能力；(3)采用“案例教學(xué)”并結(jié)合科研實(shí)踐，主要針對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)選擇不同案例；(4)增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，包括課程設(shè)計(jì)、仿真訓(xùn)練、專業(yè)實(shí)驗(yàn)及企業(yè)實(shí)習(xí)；(5)軟件輔助，如將AspenPlus、AutoCAD、ChemCAD軟件應(yīng)用于教學(xué)環(huán)節(jié)。以上改革措施都對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高起到一定推進(jìn)作用，但針對(duì)工程教育背景下的新要求，不僅需要在輔助教學(xué)方面與時(shí)俱進(jìn)，更應(yīng)該在理論教學(xué)的內(nèi)容上進(jìn)行更新。因此，探索將大型工業(yè)過程作為案例，引入課堂教學(xué)的整個(gè)環(huán)節(jié)，從理論學(xué)習(xí)上加強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)和提高分析工程問題的能力。

3改革內(nèi)容與途徑

3.1教學(xué)內(nèi)容改革

《反應(yīng)工程》課程中理論知識(shí)居多，如反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的建立、反應(yīng)器模型及反應(yīng)器的計(jì)算部分，偏重于模型建立和理論推導(dǎo)，雖然有例題輔助理解，但是一旦涉及到實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生還是無(wú)從下手，尤其是反應(yīng)器選擇和設(shè)計(jì)上。現(xiàn)有的案例教學(xué)，通常是針對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，引入不同的案例，每個(gè)案例只對(duì)當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)有加深理解的作用，但是各案例之間缺乏相關(guān)性，一旦遇到大型工程設(shè)計(jì)問題，學(xué)生無(wú)法對(duì)問題進(jìn)行解剖分析。如每年舉行的“全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽”，想?yún)⑴c的學(xué)生很多，前期報(bào)名都很踴躍，但是很多同學(xué)在工藝過程確定的過程中就放棄了，主要原因就是對(duì)工程問題缺乏理解分析的能力，無(wú)法將學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與之相關(guān)聯(lián)。尤其是在反應(yīng)器部分，動(dòng)力學(xué)方程的建立及反應(yīng)過程模擬都是常見的難題，筆者在歷年指導(dǎo)參賽學(xué)生過程中深有體會(huì)。因此考慮在教學(xué)中引入經(jīng)典的合成氨工藝過程為教學(xué)案例。首先，精心分解課程知識(shí)點(diǎn)；然后將案例按照所包含的知識(shí)點(diǎn)類別，分解成不同的過程模塊；按照知識(shí)點(diǎn)順序調(diào)動(dòng)相關(guān)過程模塊，融匯講解。截至反應(yīng)器設(shè)計(jì)部分，完成整個(gè)案例，讓學(xué)生更深切的認(rèn)識(shí)、理解工程問題，以及如何將理論知識(shí)應(yīng)用于解決復(fù)雜工程問題。

3.2教學(xué)方式改革

3.2.1圍繞精選知識(shí)點(diǎn)的研討式教學(xué)

精心選擇適合知識(shí)點(diǎn)，利于展開課堂討論，并對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，與教學(xué)計(jì)劃相結(jié)合。教學(xué)過程中靈活創(chuàng)設(shè)問題情境，如，分析反應(yīng)器時(shí)，以合成氨過程的反應(yīng)器為分析對(duì)象，討論其催化劑裝填特點(diǎn)、操作條件及方式等，建立互動(dòng)模式。教師作為啟發(fā)者和引領(lǐng)者，讓學(xué)生相互交流，發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的問題，提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，以及增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

3.2.2案例教學(xué)與仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

選擇典型經(jīng)典的合成氨工業(yè)過程為教學(xué)案例，結(jié)合學(xué)生的實(shí)習(xí)認(rèn)識(shí)，利用仿真實(shí)驗(yàn)室具備的合成氨仿真實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)整個(gè)工藝過程的理解。對(duì)固定床反應(yīng)器進(jìn)行深入探討，讓學(xué)生對(duì)固定床反應(yīng)器內(nèi)氣－固相反應(yīng)過程、反應(yīng)器的選型及操作原則等有所體會(huì)，能結(jié)合理論知識(shí)初步對(duì)化工生產(chǎn)過程的實(shí)際問題進(jìn)行分析、在對(duì)操作過程進(jìn)行的模擬調(diào)整中，深刻體會(huì)工業(yè)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)性，達(dá)到深刻理解、精確總結(jié)、熟練運(yùn)用的目的。

3.3考核方式改革

建立課內(nèi)實(shí)踐和期末考試相結(jié)合的考核方式。取消平時(shí)成績(jī)項(xiàng)，增加課內(nèi)實(shí)踐作業(yè)項(xiàng)，具體考核方式為：課內(nèi)實(shí)踐和期末考試，分別總成績(jī)的40%和60%。課本上的課后作業(yè)因?yàn)橛写鸢福鳛閷W(xué)生自選完成的內(nèi)容，不參與平時(shí)成績(jī)的構(gòu)成。課內(nèi)實(shí)踐結(jié)合教學(xué)案例，讓學(xué)生對(duì)案例中反應(yīng)器選擇、設(shè)計(jì)、催化劑的確定等部分進(jìn)行分析改進(jìn)，輔助Aspen等軟件的應(yīng)用。在期末考試方面，增加案例分析方面的試題。

4結(jié)語(yǔ)

根據(jù)工程教育背景下對(duì)化工專業(yè)的要求，重新設(shè)計(jì)了《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)開展研討式教學(xué)，并選用經(jīng)典的合成氨過程將案例教學(xué)與仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提升評(píng)價(jià)體系，提高學(xué)生參與課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性。可為理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用提供預(yù)演式平臺(tái)，從而使學(xué)生在實(shí)習(xí)、實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中能更熟練的運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，為畢業(yè)后解決實(shí)際工程問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者:丁春華 鄭育英 方巖雄 單位:廣東工業(yè)大學(xué)