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［摘要］在國家“雙一流”高校建設背景下，實施化學工程學科教學改革對于提高教學質量和學科影響力具有重要作用。以化學反應工程課程教學為例，將多層次過程分析與計算機模擬有機結合，開展項目驅動式教學，可以讓學生不斷提高綜合分析能力，增強工程意識，做到從理論知識到實際應用的有序轉變。

［關鍵詞］化學工程；多層次；計算機模擬

近年來，隨著化工企業數量不斷增加，技術含量不斷上升，企業對高校化工類畢業生的數量需求不斷增加，質量要求不斷提高［1］。但一項針對高校化工類畢業生的調查顯示，46％的畢業生在校時希望轉到其他專業進行學習，只有半數畢業生將興趣作為當初報考化學化工類專業的首要因素，另有很多畢業生認為化學化工企業危險、有害，工作環境差。化工類畢業生對于擇業就業的憂慮，體現出高等教育專業人才培養的不合理性。化學工程是一門系統、復雜的交叉學科，包含化學分子動力學、流體力學、反應器設計與選擇、傳熱傳質等基本理論，涉及內容多、范圍廣，對于學生各方面能力均有較高的要求［2］。傳統的“老師講課，學生考試”的單一教學模式難以激發學生的學習興趣，更難以培養社會需要的化工綜合人才，已不再適應課程教學的需要。針對不少學生對該學科望而生畏，“不會學、不會用”的現象，如何通過優化教學模式提高學生的學習興趣，使他們能將相關理論知識應用到實際工作中，對于綜合性化工人才培養及化工企業的發展至關重要。

一、教學改革內容

（一）建立多層次教學模式

化學反應工程作為化工學科中集合微觀、介觀和宏觀變化的一門綜合性課程，涉及分子層面、反應器層面和化工流程層面［3］。目前該課程主要采用老師講課、期末考試的授課和考核方式，教學效果不佳［4－5］。此外，大多數高校的化學反應工程教學仍停留在傳授書本理論階段，沒有設置實踐應用環節，學生難以將所學理論知識熟練地運用到工程實踐中去，這門課的教學意義自然也大打折扣。現有的教學模式難以使學生真正理解和消化相關專業知識，改革迫在眉睫。化學反應工程教學應該有層次地遞進，針對具體的工程應用案例，進行多層次的過程分解，并分析不同層次間的關聯，最終達到提高學生分析和綜合應用能力的目的。因此，教學中可將化工過程分為分子化學反應、反應器及流程系統等多個層次，從微觀到介觀再到宏觀分別進行分析，以充分激發學生的學習興趣，提高學生的學習效率和分析、解決實際問題的能力，實現理論最終服務于實踐的目標。

（二）基于模擬軟件強化學科各課程間的關聯

計算機模擬作為一種新興技術手段，具有成本低、速度快、資料完備及可模擬各種工況條件下的操作等優點［6］。計算機模擬可以將化工設備及原理以生動、直觀的形式反映出來，不僅能激發學生的興趣，而且能有效促進學生對基礎知識的學習和掌握。計算機模擬技術還可以有效、真實地反映工況，進行復雜的工程化設計和分析，增強學生的工程意識，使其建立理論與實踐的聯系。化學反應工程模擬具有多層次的特性，如基于MS、HyperChem軟件的微觀分子反應模擬，基于Fluent、MFIX、EDEM軟件的介觀反應器模擬，以及基于Aspen　Plus、PROII軟件的宏觀化工流程模擬。化工過程常涉及諸多化學反應、反應器、反應流程及系統，綜合性較強，學生只有在學好本學科各門課程的基礎上進行關聯，才能融會貫通。借助實驗室現有的模擬軟件，教學中可以構建以多層次模擬實現過程為導向、強化課程間關聯的模擬機制［7］。經多層次模擬軟件的綜合應用及相關課程的關聯，學生才能從微觀到介觀再到宏觀，逐步加深對化工過程的理解。

（三）以項目驅動培養創新型人才

解決企業招聘難、學生就業難等一系列問題的關鍵是培養符合市場和企業需求的創新型、復合型人才。化學反應工程作為化學工程學科的重要課程，涉及傳熱、傳質、化學反應等復雜過程，不僅要讓學生掌握基本理論知識，而且要讓學生學會利用基本原理解決工業實際問題，具備從實驗室體系到工業體系跨越的能力。因此，教學改革的重要目的是結合實際工業項目，提高學生分析和解決工程問題的能力，即以項目驅動培養創新型人才。項目驅動教學主要落實在課程設計和畢業論文等綜合教學環節中。教師可以鼓勵學生進入課題組，結合工程項目實例進行學習，并借助模擬軟件對復雜化工問題進行多層次模擬和分析，從基礎化學理論到反應器再到化工流程，逐步加深對化工過程的理解，提高實踐應用能力；同時通過學習軟件和閱讀英文文獻，提高英文水平。在此過程中，教師還可以工程應用實例反哺教學，回歸教學的本質，形成項目驅動促進教學的全方位人才培養機制，培養符合社會需要的國際化優秀人才。

二、教學改革實施

針對化工類學生普遍存在的缺乏學習興趣及工程意識薄弱的現狀，本次教學改革力求改進和優化化學工程學科的教學模式，充分激發學生的學習興趣，提高學生的實踐應用能力，進而促進本學科優秀人才的培養。下面以化學反應工程課程教學為例，介紹本次教學改革的實施。

（一）借助模擬軟件實現多層次模擬

計算機模擬技術的興起和發展促進了工業實驗研究，降低了試驗風險，推動了課程教學的發展，使學生的學習能力得到了提高。在課堂上，教師向學生介紹模擬軟件的發展和應用，通過具體案例詳細說明利用模擬軟件解決工程問題的方法與步驟，讓學生在熟悉基本原理的同時學以致用。學生組成若干小組，各組員明確分工，利用軟件自行學習并請教相關課程老師，獨立完成任務，然后共同討論和分析各部分存在的問題并加以改進。教師要求各小組成員相互合作，借助模擬軟件將化工過程進行分解，首先模擬分子反應層次過程，解決微觀化學反應實現的問題；其次模擬反應器層次過程，解決介觀的傳遞、流動、反應耦合的問題；最后模擬化工流程層次過程，解決宏觀的流程和系統優化的問題。通過以上多層次、多尺度的模擬及強化，學生可以更加深入地了解由微觀到介觀再到宏觀的化工過程，不斷提高分析與解決問題的能力。值得注意的是，不同專業的課程涉及不同的學科知識，本次教學改革措施有望應用到其他學科。

（二）結合工程實例實施多層次分析

在化學反應工程的教學過程中，教師可結合工程案例，由淺入深、由簡到繁地分層次講解基本知識。如在講授聚乙烯合成工業時，教師首先應該從聚乙烯合成反應原理（即分子層面）入手，隨后進入分子、反應器層面，包括實驗室規模和中試規模，最后以反應器為操作單元帶領學生逐步認識和了解工業化工流程層面。此外，教學中應設置工程應用實例分析環節，對學生加強多層次過程分析的引導；結合具體的工程實例安排學習任務，讓學生以團隊合作的形式，將課堂所學理論知識應用于分析并解決具體的工程問題；形成具體的考核機制，讓學生以書面報告或PPT形式展示案例分析成果，并以合適的權重計入最終考核成績。

（三）依托教學資源拓展學生國際視野

學習書本知識是基礎，而有效地運用知識才是最終目的。本次教學改革的目的就是要提高化學工程學科的教學質量，培養符合市場和企業需求的創新型、復合型人才，推動工業、社會的長足發展和進步。因此，教師可依托現有的工程項目和課題組學術資源，積極鼓勵學生進入課題組，通過學習具體項目中復雜的工程實例來強化化工過程模擬軟件的應用，并進行多層次的模擬及分析，這樣就能在完成項目任務的基礎上反哺教學。與此同時，教師可以讓本科生與研究生共同學習英文軟件，研讀經典的英文文獻，開拓他們的科研視野，鍛煉其科研能力。此外，教師可以借助課題組的資源，為本科生提供到國內外知名高校課題組合作交流的機會，將項目與教學科研相結合，以科研帶動項目，以項目驅動教學，從而提高學生的工程思維和英文水平，加強國際校際交流，為培養國際化優秀人才奠定基礎。

三、建立高效的教學評價體系

為了評價課程教學改革的成效，我們需要建立一套公平、高效的課程教學評價體系。國際權威認證機構ABET在評價化學反應工程教學效果時有五大要點：1．應用數學和相關工程知識的能力；2．設計實驗、分析和處理數據的能力；3．設計滿足要求的反應器系統的能力；4．識別、表達并解決工程問題的能力；5．使用現代工程工具的能力［8］。可見，國際上對化學反應工程課程教學的評價，不僅僅關注學生對基礎理論的掌握情況，更加關注學生應用現代化工具解決工程問題的能力。以往的課程評價體系主要以考試成績來評價學生對課程的掌握程度和教學績效，因此，建立高效的教學評價體系至關重要，改革中應注意以下三個方面。第一，學生層面。除了關注考試成績，評價體系應注重考查學生對知識的掌握程度和工程實踐能力，從多角度體現學生的課程實驗設計能力、學術交流能力和解決工程問題的能力等。第二，學校層面。學校應建立全方位、多層次的課程教學模式和評價體系，注重頂層設計，結合產學研項目教學成果，在評價學生對課程的掌握程度和工程實踐能力的同時，進一步評判學科影響力。第三，社會層面。結合國家供給側結構性改革，現代大學應著力培養滿足社會和企業需求的應用型、綜合性人才，以更好地傳承“工匠精神”。教學改革成效應由市場和企業評判，實事求是。綜上所述，建立高效的教學評價體系應包括學生、學校和社會三個層面，這不僅關乎學生個人發展，而且對于學科建設、社會發展具有重要作用。

四、結語

改進化學反應工程教學模式、利用計算機模擬輔助教學已成為助力我國化學工程學科走向世界一流的一種有效途徑。在傳統教學模式基礎之上，引入計算機軟件模擬，以具體的工程項目實例為依托，讓學生對化學反應工程中微觀到宏觀的多層次過程進行模擬，并應用專業知識完成具體化工過程的強化和優化，有助于加深其對不同層次過程的理解。本文提出的教學改革措施對于提高學生理論水平和實踐能力、增強學生化工安全生產意識、提升學生反應器工程設計能力和化工生產流程優化能力具有重要意義。

參考文獻：

［1］李青云．化學反應工程課程教學的幾點體會［J］．廣州化工，2014，42（18）：241－242．

［2］辛志玲，張萍，郭文瑤，等．化學反應工程教學改革與實踐［J］．廣東化工，2017，44（4）：147－148．

［3］曹發海，閆宇強，耿桐，等．化學反應工程教學中安全環保理念的培養及實例分析［J］．化工高等教育，2018（6）：83－86．

［4］于紹慧，丁虹．應用型本科院校中數學建模課程的教學改革［J］．合肥師范學院學報，2011，29（3）：21－22．

［5］李風海，陳艷麗，樊紅莉．基于應用型能源化學工程人才培養的《化學反應工程》教學改革探索［J］．教育現代化，2018，5（40）：96－97，100．

［6］郭曉亞，王勇，孫煒偉．化學反應工程課程中的教學方法探索［J］．化工時刊，2018，32（3）：55－56．

［7］張先明，王云飛，孟根其其格，等．化學反應工程課程本科教學實踐與探索［J］．教育現代化，2018，5（6）：73－74．

［8］孫偉振，許志美，劉濤，等．化學反應工程課程教學的量化評價體系建設———國際認證背景下的教學改革與探索［J］．化工高等教育，2018（6）：15－18

作者:周業豐 陸宇劍 胡夏一 韓路長 劉平樂 單位:湘潭大學