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【关键词】化学工艺学 教学改革 石油化工
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2012)16-0001-02
广东石油化工学院坐落于中国南方最大的石油生产基地——广东省茂名市,为华南地区唯一一所石油化工特色院校。学校的化学工程与工艺专业是国家级特色专业建设点,毕业生遍布全国各地的石油化工行业,就业具有很强的针对性,深受用人单位欢迎。广东石油化工学院化学工程与工艺专业人才培养的目标是为社会输送具备化学工程与工艺基本理论、基本知识和基本技能,具有较强工程实践能力、良好的创新意识和较高综合工程素质的人才。毕业生能在石油炼制、石油化工、能源、环保、材料等部门从事工程设计、技术开发、生产管理等方面的工作。化学工艺学作为该专业一门重要的专业课,是基础化学、化工热力学、化学反应工程、化工原理等课程的综合应用。通过该课程的学习,要求学生掌握化工生产的基本原理、主要化工产品的生产方法、工艺流程等。在化学工艺学课程教学中,应注重强化学生的工程意识和基础知识的实际应用能力。
一 结合石油化工特色,创建课程群
从人才培养的角度看,石油化工高校培养的毕业生应具有较强的工程实践能力、良好的创新意识和较高的综合工程素质,以适应石油炼制或石油化工等相关行业的人才需求。毕业生不但要懂得某一专业的基础理论,还要具有某一岗位所需要的生产操作和组织能力,并能在现场进行技术操作和改进,解决生产实际问题。因此,广东石油化工学院石油化工专业所培养的人才具有基层性、实用性和技术性,这是本专业区别于其他普通高校教育的一大特色。根据本专业的特点和学生的基础及接受能力,以培养学生的综合实践操作能力和创新能力为主线,可将石油炼制工程、石油化工产品分析技术、石油产品应用技术与开发、石油储运基础等课程创建一个课程群,围绕本专业人才培养目标,对各课程的主要内容进行精选优化,调整化学工艺学的教学内容。可从这些主干课程中选择一些典型的石化产品,作为化学工艺学的教学案例,分析这些石化产品的生产方法、工艺流程、工艺参数、条件影响等。这种处理方式对课程群里面其他的课程教学可起到辅助和巩固的作用。
二 优化和更新化学工艺学的教学内容
根据教学大纲对教学内容进行处理,把各章节内容按照了解、掌握、应用、设计等不同要求作详细的定位。例如,对于工业生产中已经不采用的生产方法,只要求学生了解某种工业过程可能有多种生产方法即可;对需掌握的内容,可以要求学生对各种生产方法进行比较,分析其适用范围、效果、操作条件、能耗等,从技术经济的角度选择生产方法。学生不仅要掌握教材介绍的几种基本化工产品的生产,而且其生产--方法要会应用,能够举一反三,要能设计出一些简单的生产工艺。例如,在讲授合成氨时,可以先引入哈伯法合成氨工艺的历史及哈伯本人的一些简介,既可以提起学生对合成氨工艺的学习兴趣,又可以了解一些名人的事迹。当学生有了兴趣之后,可以从不同的原料角度,引入不同的生产工艺,如以煤为原料,以天然气为原料,以重油为原料的合成氨工艺,其各自的工段均有所不同,可以在讲授完后让学生总结各不同原料合成氨工艺的异同,这样学生学完之后印象深刻,可以吃透这部分内容。
另外,在组织化学工艺学教学内容时,应着重突出石油化工特色。在第一次化学工艺学讲授过程中,让大家认识到本门课程的针对性、重要性及实用性。在第一章“绪论”部分组织讲授材料的时候,可以结合茂名炼油产业链,围绕几个关键词如石油化工、石油炼制、乙烯工业、茂名乙烯、石化工业区等展开内容学习。例如,乙烯工业是指以石油馏分为原料裂解生产乙烯为主,同时生产丙烯、丁烯、芳烃等产品的生产过程。乙烯是石油化工的基本有机原料,目前约有75%的石油化工产品由乙烯生产。乙烯主要用来生产聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯等多种重要的有机化工产品,乙烯产量已成为衡量一个国家石油化工工业发展水平的标志。再如,对乙烯产品结构的介绍(塑料类、合成橡胶类、液体化工类);对长三角、珠三角、环渤海湾大型炼化一体化企业集群及沿长江产业带分布的介绍等,这些内容可以让学生清晰地认识未来的就业方向、就业区域和就业前景。在这种情况下,学生会充分认识到化学工艺学这门课程的针对性和重要性,在后面的时间里自然会重视这门课程的学习,因为这些内容的学习与他们未来的就业息息相关。
围绕本专业人才培养目标,针对毕业生的就业特点,广东石油化工学院的化学工艺学这门课应该调整教学内容,注重重点内容的凝练。其重点内容应围绕乙烯工业展开。
如以茂名石化乙烯为例,学习乙烯生产原理、工艺技术、产品应用等基本知识;以茂名石化工业区为例,学习乙烯下游产业链、产品应用等基本知识。
乙烯生产原理主要包括乙烯生产过程中的化学反应规律、反应机理、热力学及动力学分析,乙烯生产的工艺参数和操作指标(如原料性质及评价、裂解温度、烃分压、停留时间、裂解深度等)及乙烯生产的工艺过程等。
三 适当引入双语教学
1.分析学情,强化基础,因材施教
成人教育的对象主要来源于已经参加工作且具有一定实践经验的在职人员,组成复杂,年龄差异大,学习能力悬殊。成教学生对知识的追求欲很强,迫切需要提高专业理论和技术。又由于每个成人以前所受教育不同,对专业知识的掌握参差不齐,这就要求教师针对成人学生的特点因材施教。例如,从事化工分析检验操作的学员,对常规分析方法和分析手段比较熟悉,但对先进的分析仪器和在线分析比较陌生且充满兴趣,所以在讲授这部分内容时,应尽可能讲述每一种仪器分析方法的最新进展和在线分析的广泛应用。又如,在讲述光谱分析部分时,侧重介绍荧光、红外光谱、波谱学等的工作原理及分析手段,辅以化工软件演示,以此激发学生学习的积极性。另外,成人学生的记忆力远不如全日制学生,针对这一特点,强化理解性记忆显得非常重要,在授课过程中可采用通俗的语言和典型的生产实例结合生产实践传授基础理论知识。如讲述化工热力学和动力学时,针对化学反应温度和压力的确定原则与依据,可结合学生在实际生产中的例子,如氢、氮气合成氨采用高温、高压的目的是提高产率和转化率,扩大产量和降低生产成本;催化剂的应用可降低化学反应的活化能,在较低温度下实现转化,从而降低能量消耗,达到节能降耗的目的,等等。
2.调整知识结构,强化实践教学
教育教学质量是成人教育的生命线,提高成人高等教育质量,已成为当前成人高等教育的重中之重。认真研究成人教育规律,有针对性地调整教学内容,组织实施各个教学环节对于提高成人教学质量至关重要[4]。本科化学工程与工艺专业包括两方面,一个是化学工艺,以产品和生产过程为对象。另一个是化学工程,以生产过程和设备为对象。当今化学工艺和化学工程密切结合,同时有适当分工。由于化工学科的范围扩大了,因此专业范围应该扩大,专业教学内容应适当进行修改。按照“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的培养原则,对原有理论课程体系及其教学内容进行改革,构建目标明确、逻辑严谨、适应区位化工产业经济发展的理论教学体系。专业内容体系的改革应该具有前瞻性,主要体现在改革教学计划,制订培养具有创新能力和全面发展并能与国际接轨的教学规划。改革教学计划主要是三个方面:一是调整学时,减少授课学时,增加学生的自学、思考和个人探索的时间。二是调整知识结构,加大基础课与人文社科课的比例。三是加强实践训练,增加多种实践形式[5]。调整学时可让学生有充分的自学与思考时间,必须推行多种教学方法与采用现代化教学技术相结合,启迪学生思维,引导学生学习,优化课堂教学效果。调整知识结构的目标是加强学生思想素质的培育,传授与近代科学技术发展相适应的知识。化工类专业成人教育课程可归纳为六个教学体系,即:人文与社会科学体系、数理体系、基础化学体系、工程基础体系、化工基础体系和选修课体系。调整体系的第一个措施是增加人文社科体系比例,培育学生思想素质、文化修养、社会道德,并促进人文社科与科学技术的相互交融。第二是增加自然科学基础体系的比例,以适应未来科学的发展。第三是精简专业基础体系的传统内容以适应未来学科的发展。第四是增加自由选课体系的比例,以充分发展个性与兴趣。实践教学课程体系分为以化学理论与应用为主的实验课程体系和以工程能力训练为主的实践课程体系两大块。加强实践可通过加强生产与工程实践的训练,改进生产实习,培养学生的实践能力,最后要鼓励学生进行社会调查和市场调查。
3.改革教学方法,激发学习兴趣
要激发成人学生的学习积极性,在教学中必须转变观念,针对成人学生特点,改革和创新教学方法,采用适合于成人心理特点和社会、技术、生活发展需要的多种教学方法。教学方法的选择直接关系到课程目标能否有效达成,成人教学方法的选择应以服务于成人职业能力提升为出发点,遵循成人的学习原则(主要包括引起学习动机、鼓励参与、个别化、促进迁移、互动性五个方面),针对不同的学习原则选择不同的教学方式[6]。
3.1案例教学法。案例教学法围绕一定的学习目的把实际中真实的情景加以典型化处理,形成供学员思考分析和决断的案例,通过独立研究和相互讨论的方式提高学员的分析问题和解决问题的能力,比较适合成人学生善于独立思考、积极主动地获取知识的特征。例如,在讲授《化工安全技术》这门课时,讲到危险化学品防火防爆这一节内容时,如果按照防火防爆规范设计要求逐条解释设计理念、法规依据和防火规定,则学员深感枯燥、晦涩难懂。此部分引入案例教学法,播放典型火灾和爆炸事故的视频,然后逐条分析事故发生原因、事故损失、责任追究、防范措施等,整个教学过程一环紧扣一环,学生听得兴致盎然。又如,讲到危险化学品安全管理规定时,课堂讲授十分乏味,学生听课心不在焉,若以某单位化学品仓库大爆炸为典型案例,分析导致仓库发生火灾的原因、火灾后可能呈现的几种爆炸态势、处置危险化学品火灾爆炸的灭火方案后,安排学生分组讨论总结分析危险化学品的安全管理措施,整个教学过程中学生都十分投入,踊跃表达个人观点。可见,案例教学法使得枯燥乏味的教学内容和知识变得生动活泼,调动了学生的学习主动性,提高了学习兴趣。
3.2对比式教学法。化工专业有些课程的内容比较相似,要想区别并理解记忆这些内容,对比法是一种行之有效的讲授方法。例如,有机化学中的双分子亲核取代、单分子亲核取代和双分子消除反应、单分子消除反应非常相似,很容易混淆,而这部分内容既是重点又是难点,在讲授过程中可以把这四个内容放在一起进行列表找出相同点和不同点,并抓住几个关键词取代、消除,单分子、双分子进行讲解,再从反应机理进一步对比,这样就使学生对这几个概念有一彻底的理解,从而达到对理论知识的掌握。又如物理化学中有一些公式十分相似,如范特霍夫公式、克-克方程和阿累尼乌斯方程外在形式的相似隐含它们之间一定有内在联系,只要分析一下上述关系式的来源即可发现它们相似的内在原因。这些公式相似的内因是由于它们都反映某种平衡关系及体系从一个平衡态变到另一个平衡态的条件。通过对几个相似公式的分析,把不同章节的公式联系在一起,通过挖掘教材内容和各知识点的结合,使学生易于理解及记忆,有利于成人学生对相关内容记忆得更深刻。
3.3任务引领式教学法。任务引领式教学法是按照工作任务的相关性进行教学设计,以工作任务和工作内容为核心组织教学内容,并按照知识的逻辑体系选择和组织课堂内容。工作任务的提出应依据职业岗位的工作程序进行设计或选择,注重培养学习者关注工作任务目标的完成,而不再是仅仅关注知识的识记。在化工工艺专业教学改革过程中,笔者根据企业需要和成教学生实际,在教学上进行了尝试。以《化工工艺学》课程中的“合成氨生产工艺”为例,合成氨生产工艺在化工工艺教学中是很重要的一个部分,在这部分内容的教学过程中,将合成氨工艺分成了三个主要任务。任务一是合成氨原料气的制造,在此任务下分成了三个子任务即以煤为原料的制气工艺、以重油为原料的制气工艺和以天然气为原料的制气工艺。在确定教学重点内容时,可选择当今应用较多的制气工艺如煤制气进行教学。任务二是合成氨原料气的净化,此任务下设四个子任务,即原料气的脱硫、变换、脱碳和精制。每一个子任务都有具体要求及完成任务的办法,还设置考核方式及评分标准等。任务三是氢、氮气的压缩和氨的合成。通过上述任务的设置,使学生明白了学习一个典型产品合成氨需要做哪些事情,在完成这些任务的过程中需要掌握哪些基本知识,能够获得哪些技能。任务引领式教学法使得学习内容更加具体,考核方式更有意义,学习效果更好。
3.4仿真教学法。仿真教学法利用模仿真实的工作程序和环节进行教学,达到理论与实践相结合的目的。学生置身于仿真环境中,可以充分调动感觉、运动和思维,极大地提高学习效率。化工仿真训练系统可把各种设备的外观、结构,以及运行模式直观地显示在计算机屏幕上,学生可以按照操作规程训练,如果操作错误,仿真训练系统就会提示或者终止操作,而且训练系统会把操作错误的原因列出,并且会让学生按照提示将正确操作执行下去,实现了理论知识与实践紧密的结合。另外,化工生产装置投资费用高、流程复杂,介质在管道和塔器中进行,无法观察到实际现象,教学过程受场地、设备、物料消耗等因素的限制,学生的学习效果不佳。引入化工仿真训练系统,可以形象、生动地展现生产原理、工艺流程、仪器设备的结构特点、操作方法,可以逼真地模拟开停工操作过程。学生通过仿真训练系统的操作,对设备、工艺流程的运行情况会有更深刻的理解,对出现的故障和问题会有一个正确的解决方法,充分了解了生产原理和设备的操作控制要点,为从事实际工作打下坚实的基础。
3.5利用信息手段,完善教学环节。加强信息化教学手段推动教学过程的信息化进程,有利于提高课堂教学效率。化工专业的专业基础课程,如《有机化学》中的有机化合物分子结构,由于结构抽象、复杂,很难用语言描述清楚。化工专业的专业课程,如《化工工艺学》中有许多工艺流程图和设备结构图,用常规方法进行教学,既难板书又费时间,一堂课下来难以完成大纲规定的教学任务。针对上述情况采用现代高技术大容量的多媒体教学手段,借助计算机技术将图像、声音、文字、动画等相结合,形成“动静结合、声形并茂”的教学情境,使微观世界变得直观、明了,非常有助于学生对知识的理解和掌握。利用多媒体课件教学可以使有机化合物的结构一目了然,可以使各流程中物料的流向、产物的分离、设备的结构形象生动。
4.培养化工专业应用型人才
关键词:化学反应工程;教学改革;实践
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.200
化学反应工程是化工类专业的一门核心课程。该课程以物理化学、化工原理、化工热力学等化工专业基础课为先修课程,其主要研究物料从进入反应器到离开为止的全过程,主要解决过程中的反应动力学和反应器分析与设计两个基本问题。化学反应工程内容涉及多学科,理论较抽象,数学模型多,计算复杂繁琐,有些方程只能通过数值计算求解。因此有不少学生把化学反应工程认为是大学中最难学的课程之一[1-3]。
重庆三峡学院是一所普通本科院校,学校人才培养目标是培养应用型技术人才。在化学反应工程的教学中,结合学生的实际情况,让学生能系统掌握本课程的内容,使教学内容达到较为合理的程度,力求把化学反应工程基本观点与相关基础知识紧密联系起来,着重培养宽口径、厚基础、应用型化工高级人才。为此,以培养学生综合运用基础知识分析、解决实际问题的能力为目标,把课程的理论研究与教学方法、手段等方面研究相结合,积极地进行教学改革探索与实践[4-6]。
1 教材的选择和教学内容的精选
优秀的教材是课程教学的基本保证。有关化学反应工程的教材版本很多,体系编排差别较大,所涉及到的内容大都符合教学大纲的规定,因此合理选择教材对于教学和学习非常重要。根据我校的实际情况,在研究多个版本教材的基础上,认为普通高等教育“十一五”国家级规划教材、由陈甘棠教授主编的《化学反应工程》(第三版)符合教学内容及授课体系,该书定为我校化学反应工程课程教材。该书内容经典系统,覆盖面大,循序渐进,篇幅较短,易于学生掌握。其它版本的教材当中,朱炳辰教授主编的《化学反应工程》更注重反应工程研究方法介绍,并在相应章节中论述了反应工程学科的新进展,便于读者深入钻研。两本教材各有特色,可互为补充。另外选取优秀的外文版教材译本作为学生的参考书,让学生涉猎到化学反应工程学科的前沿知识,开拓视野。
课程教学内容要力求体现本学科的科学性、先进性和适用性。教师只有掌握了该课程的知识结构特点,才能够抓住教学重、难点,精心选择教学内容。化学反应工程课程的基本内容包括反应动力学和反应器设计与分析两个方面,依据化工过程中的化学反应与反应过程中的动量、热量和质量传递关系来讲解,并对反应器进行设计与分析,阐明反应动力学基本原理。在实际的教学中,教师应清楚课程各部分知识的结构层次与相互关系,紧紧围绕反应工程学科的两个基本问题,把基本观点与基础知识联系起来,从工程分析的角度讨论化学反应工程中的重要概念。因此任课教师备课时必须认真钻研教材,了解本学科发展动态及前沿,精心组织讲课内容,合理安排,突出重难点,内容详实。重点讲授气-固相催化反应本征动力学与宏观动力学、理想流动反应器、反应器中的混合及对反应的影响等章节,突出工程意识,增强学生分析问题和解决问题的能力。对于气-液反应及反应器、气-液-固三相反应工程和多流体相的反应过程等内容,进行适当讲解。同时努力拓宽教学内容信息,把学科研究的最新工业化成果向学生介绍,激发他们的创新意识和工程意识。对于本课程与其他学科领域交叉形成的一些新的分支,如聚合反应过程、生物反应工程、电化学等,以学生自学为主,达到开拓学生的视野和培养学生创造力的目的。
2 采用灵活多样化的课堂教学模式
课堂教学是化学反应工程理论教学的主要环节。本课程涉及较多工程数学知识,且要求有一定的逻辑思维能力,由于学生的数学基础比较薄弱,专业基础知识面也不宽,课堂讲授的内容和方法必须适当,才能收到较好的教学效果。在化学反应工程课程的教学过程中,采用多种多样的n堂教学方法,改变完全以教师为中心的讲授式教学为多种教学方法并用, 以达到提高学生学习的主动性,提高课堂教学效果。下面介绍主要采用的几种教学方法。
2.1 讲授式教学
教师系统地向学生传授学科知识。教师在讲授每一章时都可先用几分钟的时间,采用图示的方法,概括本章主要内容和基本理论结构框架,让学生领会教学目标,明确教学思路和重、难点以及具体应用实例,特别要联系实际和知道如何应用到相应的具体计算当中。在每一堂课开始时,都应该有承上启下的对上一节课的内容相应的总结,使学生能够将知识有机地结合起来。教师在讲授过程中要详细讲解典型内容,并要突出重、难点。如气-固催化反应和气-液反应过程,可以根据反应物分子必须接触碰撞才能进行反应的共同特点入手,讲解其最基本的反应步骤。让学生了解其共性后,能够举一反三,推导出相应的液-液、液-固反应过程,既调动了学生学习的积极性,又能使学生牢固掌握基本理论。
2.2 互动式教学
即授课过程中教学双方经常进行交流互动。教师可以选出教材中较为典型的章节或例题,首先提出问题,由学生自行阅读课本,让学生带着问题自主学习,以学习课程知识为重点,让学生自行讨论阅读的内容后,全班讨论或小组讨论,最后教师强调并总结该部分内容中的关键概念和原理等。每次课程结束时,教师可以给学生布置总结本次课程内容的任务,下次课上随机抽出几位学生对前一次课的内容进行提纲挈领式的回顾,由此达到督促学生课后自主复习,及时消化,保证知识的连贯性,达到温故而知新的目的。互动式教学方法能够促使学生自主学习,新问题的提出,又能刺激学生主动想法获取问题答案,学生上课的积极性很快提高,取得了良好的教学效果。
2.3 归纳对比法教学
化学反应工程教材中的概念抽象,公式繁多,教学推导过程复杂。归纳对比法在化学反应工程的教学过程和指导学生复习巩固知识过程中起着重要的作用,可以把零散的、不成系统的基本概念知识系统化、理论化。例如,将理想反应器和非理想反应器,连续反应器和间歇反应器,平推流反应器和全混流反应器,等温恒容反应与等温变容反应,流化床反应器和固定床反应器等基本概念进行对比。通过比较,找出概念的相同点和不同点,把相近的概念区别开来,从而达到简化、概括和记忆的目的。除了本学科之内的概念比较外,也可以不同学科进行比较。如把反应器中三传问题与化工原理中的单元操作相比较,把宏观动力学与物理化学课程的本征动力学相比较,有意将化学反应工程和已经学过的课程进行联系,以加深学生对该课程学习的兴趣。将复杂的概念用列表、提纲等简单明了的形式表达出来,使学生在“识同辨异”中增进学习兴趣,在“归纳”中渗透,在“对比”中巩固,最终达到提高学习效率的目的。
2.4 案例教学法[7]
化学反应工程教材中的很多化工案例,内容过于简略,学生很难从中真正领会到案例的作用。对于教学过程中选用的一些能够反映技术发展前沿和创新科研的工业实例,可采用案例教学法。从化工实践中选取合适的案例,进行专题讨论,充分调动学生学习的积极性,发挥学生在学习中的主体作用,使他们通过积极的思维后主动获取知识。在案例教学的讨论中要注意教材中前后章节内容的连贯性,不孤立分割每一章节内容,要让同学意识到,所学的知识不是独力的而是共同为解决实际问题服务的。例如在讲授固定床气-固相催化反应时,选择学校实习基地宜化化工集团公司合成氨多段绝热固定床反应器的案例,结合生产实习认识,对固体催化剂的装载具体要求,反应器的具体实际类型和操作条件、操作方式等进行详细讲解和讨论,让学生深刻体会气-固相反应的过程、固定床催化器的特点、使用情况和选型原则等,初步掌握化工生产过程分析问题和解决问题的方法,培养学生理论联系实际能力。案例教学可以给学生留下深刻的印象,从而激发他们的创造欲,使他们成为推动学科发展与技术进步的新生力量。
3 理论教学与实践教学充分融合
在教学过程中,化学反应工程课程组教师充分认识到理论教学与化工专业实验和化工设计的统一性,理论知识能指导实践,科学实践又能帮助将感性认识上升为理性认识后,再应用到实践中去。抓住各实践教学环节的机会,将本课程中的理论融入实践教学之中。
由于校院两级投入的加大,实验条件和实践教学条件有了较大的发展。针对本课程所设置的教学实验有多釜串联反应器停留时间分布测定实验、管式反应器烃类裂解反应实验、苯酐合成实验、固定床与流化床的流动特性测定实验和乙苯脱氢制苯乙烯实验。现在开设的化工专业实验中,有很多实验是和理论课程紧密相连的,只要科学合理安排理论教学和实验教学,就能使二者有机结合,为本课程的实践教学提供良好的支撑。进行相关实验能够进一步强化学生所学的理论知识,让学生在实验过程中认识真正的反应器,并将所学理论知识运用到反应器的操控和数据的处理。改变那种老师“抱着走”的单一教学方法,提高学生学习的积极性和主观能动性。
课程设计是完成课程教学后对该课程基本知识和技能进行综合应用的一个教学环节,通过课程设计培养学生解决生产实际问题的能力和知识的综合应用能力。为了进一步深化学生对化工反应器的认识,建成了仿真计算实验室,仿真实验室安装有化工设计模拟软件,为学生化工设计实践提供了良好条件。化学反应工程课程的主讲教师也是化工设计指导老师,学生以小组为单位,教师提出设计课题,学生查阅工程手册等资料,采用CAD 绘制设计图纸,并通过答辩完成课题设计。通过反应工程的课程设计,初步培养学生的工程理念。
化学工程与工艺专业的学生都必须要经历认识实习和生产实习等实践环节。化学反应工程课程组教师充分利用这些实践教学环节,引导学生把课程理论知识与现场生产实践相结合。例如在实习中,给学生下达任务,了解相关工业反应器的形式和特点,其中所发生反应的类型和特点,记录反应器进出物料组成和流量等数据,利用该数据进行物料衡算,计算主产物的收率、选择性等,使学生利用所学知识,体会到所学知识在实际工作中的作用,激发学生学习兴趣,实现理论与工程实际的紧密结合。
4 改革考核方式
考试具有测评教师教学水平和学生学习效果的功能,还有引导学生积极学习的“无形指挥棒”作用。考试制度的改革可以同时有效促进教学内容、方法和手段的改革。考试通常有开卷和闭卷两种,各有特点。本课程采用平时成绩(占20 %)和期末考试成绩(占80 %)相结合的考核方法。化学反应工程课程试题多年来一直坚持教考分离,每次考试试卷由其他教师按基本要求从试题库出70%的考题,主讲教师根据各自的讲课特点出30%的考题组合而成。这种命题方式既考虑了课程的基本要求,实施教考分离,又能充分发挥各主讲教师自己的讲课特色,要求学生体会课堂教学的内容。
平时成绩按照学生平时出勤、作业、课堂回答问题及课堂练习考核、写小论文、写专题报告等情况综合评定给出。平时学生可以上学校化学反应工程精品课程网站,自主学习,使学生的综合素质得以提高。
期末笔试考核学生必须掌握和熟记的基本理论、数学模型与计算方法等,按照期末笔试答题情况给出期末成绩。这种综合评定成绩方式督促学生注重综合素质的提高,对学生良好的学风建设起到了促进作用。任课教师在每次考试后,要求必须对试卷进行详细分析和课程总结,找出试卷中学生存在的共性问题和薄弱环节,为下一轮教学起到借鉴和促进作用,并注意在教学过程中不断改进和完善,实现教与学两方面共同提高。
5 结束语
在当今实施素质教育、培养创新型人才的社会大背景下,化学反应工程作为一门工程学科,要求学生系统掌握反应工程课程的内容,能够把反应工程基本观点与工程知识紧密联系起来,从工程应用分析的角度来讨论重要的工程概念。通过课堂教学与专业实验、生产实习相结合以及创建课外实践教学活动平台和考试形式等多方面的教学改革,并比较了改进前后的教学方法对教学效果的影响进行,发现不同的内容采取相应的教学方法,学生更便于理解掌握教学内容,收到了良好的教学效果。化学反应工程的教学改革还只做了初步的改革探索与实践,每个学校具体情况都不一样,应根据自己的专业方向和办学特色做进一步的探讨。
参考文献:
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[论文关键词]化工原理 “教学做”一体化 项目化教学 实训基地建设
“化工原理”课程是研究化工单元操作过程规律,进行设计优化和操作优化的一门重要的实践性、工程性、应用性的化工专业主干核心课程。通过该课程的学习,对于高职化工专业学生的综合职业技能培养和职业素质培养起着主要支撑功能。高职“化工原理”课程的设计理念与思路:以职业能力培养为重点,与行业企业合作进行基于工作过程的课程开发与设计,充分体现职业性、实践性和开放性的要求;课程设计基于多元智能的人才观,能力本位的教育观,工作过程导向的课程观,行动导向的教学观,学习情境的建设观,工学结合、校企合作的课程开发观等现代职业教育理念;借助建构主义学习理论,突出化工行业特色,建立“以化工项目任务为载体,以行动为导向,以完成综合性工作任务为目标,教学做一体化的职教模式”。
一、基于工作过程导向,重构课程内容体系,全面实施“项目化教学”
“化工原理”课程遵循学生职业能力培养的基本规律,打破学科体系,重新构建教学内容。以真实工作任务及其工作过程为依据,整合序化教学内容,与行业企业合作进行基于工作过程的项目化课程开发与设计,全面实施“项目化教学”,把整个学习内容归纳分解为“流体输送系统的认识”“液体的压力测量”“管子的连接和阀门的安装及使用”“列管换热器的选型”等16个项目,科学引导学生对知识的掌握和强化应用能力的训练,突出本课程的应用性、工程性特点,激发学生学习本课程的积极性。“项目化教学”是以项目为载体,工作任务为驱动,工作过程为行动导向,以能力为目标,以学生为主体,将理论与实践有机结合,“教、学、做”一体化,使学生在完成任务的过程中掌握知识和技能。
通过教师到企业生产岗位调查,对企业一线技术骨干、工程技术人员和管理人员的访谈,完成化工单元操作岗位核心能力工作分析表,然后在企业人员共同参与的情况下,针对工作分析表分解出任务表,确定化工单元操作的工作过程作为课程的主线,并据此设计教学项目和学习任务。它是从生产实际出发,选择典型事例作为教学的主题,以实践为导向,教师为主导,学生为主体,师生通过共同实施一个完整的项目工作,并且共同评价项目工作成果而进行的教学活动。遵循“资讯、计划、决策、实施、检查、评估”这一“行动导向的教学观”进行教学设计。本课程采用“教、学、做”合一的职教模式,在理实一体多媒体教室,实施开放式的教学方式,采取分组教学,发挥学生的主体作用,学生自主设计、策划、完成、评价整个工作任务。学生为完成工作任务,在获取信息、设计方案、制定操作规程、操作等完整实践过程中“做中学,学中做”,从而掌握职业技能、获得专业知识。根据“行为导向”原则,使学生在完成工作任务的同时,构建自己的经验和知识体系,运用新学习的知识与技能解决过去从未遇到的问题。在每个项目教学内容完成后,选用实际工程案例对其综合分析、解剖和总结,由此巩固学生所学知识和增强工程应用的意识。
基于建构主义的项目教学法与传统的教学法相比,有很大的区别,主要表现在改变了传统的三个中心:由以教师为中心转变为以学生为中心,由以课本为中心转变为以“项目”为中心,由以课堂为中心转变为以实际经验为中心。课程追踪企业对岗位人员的考核评价标准,根据行业技术水平的不断发展,定期开展岗位工作调查,进行典型工作任务分析,努力追求工作过程系统化的课程教学模式,以满足不断提高的技术对从业人员的要求。
二、建立基于行动导向的“教学做”一体化职教模式
本课程主要是将“项目化教学”“案例教学”“多媒体教学”“化工单元操作综合实训”“化工单元操作课程设计”“计算机化工单元仿真实训”“参观实习”“生产性实训”“企业顶岗实习”“先进辅助教学手段”“网络教学技术”等多种教学方式有机地结合起来,融专业知识培养和素质教育、教学和生产实践为一体。构建全面提高学生职业素质,突出实践能力的“教、学、做”一体化的技能培养模式。
以培养学生具备基本职业素养和技能为目标,把工学结合作为高等职业教育人才培养模式改革的重要切入点。科学设计学习性工作任务,改革教学方法和手段,合理设计实训、实习等教学环节,融“教、学、做”为一体,强化学生能力的培养。进行化工单元操作实验,探索学生校内学习与实际工作的一致性,课堂与实习地点的一体化。化工课程设计包括:列管式换热器设计、填料吸收塔工艺设计、板式精馏塔工艺设计等。计算机化工仿真实训技术,开发了虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。加强优质教学资源和网络信息资源的利用,把现代信息技术作为提高教学质量的重要手段,不断推进教学资源的共建共享,扩大受益面。 转贴于
1 化工单元操作综合实训室。学院投资300万元建成了“化工生产实训基地”,包括化工单元操作实训室、化工校内实训基地,总建筑面积达2000平方米,拥有雷诺实验、柏努利实验、流体流动综合实训装置、阻力综合实训装置、离心泵性能综合实训装置、管路拆装实训装置、传热综合实训装置、过滤综合实训装置、精馏操作综合实训装置、吸收操作综合实训装置、干燥综合实训装置、流态化干燥综合实训装置、气体膜分离综合实训装置、洞道干燥实验装置、板框过滤机及过滤实验装置、双锥回转真空干燥器、箱式干燥器、水环式真空泵、结晶器、DCS化工过程控制系统等实验实训装置一百多台套。经过多年的建设,综合实训室现具有符合要求的各种设备,功能齐全,实训效果良好,能够满足化工原理“教、学、做”一体化教学的要求。
2 化工仿真实训室。学院建设了化工单元仿真实训室及化工装置仿真实训室,配置了200台计算机和北京东方仿真公司的化工仿真实训软件。通过形象、科学、简易、安全、经济、有效的化工仿真模拟技术,可进行化工单元仿真实训和模拟真实的化工生产操作。化工单元仿真实训包括:离心泵、精馏塔、换热器、液位控制、吸收解吸、固定床反应器、流化床反应器、压缩机等。化工生产仿真实训操作包括:乙烯、聚丙烯、乙醛氧化制醋酸、催化裂化、催化重整等装置,具有模拟工厂开车、停车、正常运行和各种事故现象的处理,再现真实生产过程的实施动态特性。达到了既能对生产实际有一个很好的认识,又能亲自动手进行反复操作,更全面、具体、安全和深入地了解不同的化工生产操作,锻炼提高了学生的专业应用技能。
3 先进辅助教学手段和网络教学资源。配套了先进的辅助教学设施,如教学课件、教学录像片以及教学模型等。围绕教学内容制作课程的ppt、Flash动画素材、CAI教学短片,以及网络教程和习题训练等,利用人机相交界面的多媒体效果,拓展学生视野,提高了学生的学习积极性、学习兴趣和学习效果。同时提升了教学团队应用现代教育技术设施的能力,显示了利用现代教育技术和教学设施开展专业课教学的优势和成果。《化工原理》课程配套的课程标准、授课计划、教案、习题、授课录像、实训指导书及参考文献目录等都已经在校园网上开放,初步实现了优质教育资源共享。
三、大力推进工学结合,校企合作,培养高素质技能型人才
1 校外实习基地的建设与利用。加强建设实训实习基地是彰显高职办学特色、提高教学质量的重点。学院大力开展校内实训基地建设,不断改善实训实习条件,建成中央财政支持的校内生产性实训实习基地;并且根据化工技术专业的人才培养要求,充分利用泸天化、四川天华等二十多家大型化工企业,建设适合化工专业人才培养要求的校外实训实习基地。校企共建“校中厂、厂中校”实训实习基地。以校企合作为模式,进行参观实习,师生共同参与校内外生产性实训和企业顶岗实习,提高了学生的实际动手能力,强化了学生能力的培养。并且建立了完整的教学质量保证体系和“多元性”的考核评价体系,取得了良好的教学效果。
2 建设具有双师素质的教学团队。本课程教学队伍的建设和配置,充分考虑了专业教学对双师素质、校企合作、工学结合的基本要求,建成有专兼职教师组成的教学队伍。安排专任教师到企业顶岗实践,积累实际工作经历,提高实践教学能力,使专任教师都成为“双师型”教师。并且聘请20位校外兼职老师,他们具有专业理论基础和丰富的实践经验,能胜任本课程的实训实习的指导、课堂教学、项目开发等工作任务,为课程“教、学、做”一体化的实施提供了有力的保障。
关键词: 高职化工类专业 工科化学实验 考核方式
培养学生具有较强的实践操作动手能力是高职院校化工类专业的培养目标之一。工科化学实验是高职院校化工类专业学生必修的基础实验课,是实现培养目标的重要途径。工科化学实验主要包括无机化学实验、有机化学实验和物理化学实验三大基础学科实验。我通过对师生教与学情况跟踪调查发现,师生在实验课教与学过程中存在诸多问题,影响了学生的实验效果,其中传统考核方式对其有重要的影响。如何深化有机化学实验教学改革,全面促进学生综合能力的发展,并设计一种合理、有效的考核方法是我们值得思考的重要课题。我针对高职化工专业的特点与课程特点,通过对现有工科化学实验考核方式的现状分析,就工科化学实验的考核方式进行了一些探索和尝试。
1.现有工科化学实验考核方式现状分析
传统的实验考核方式以批改学生的实验预习报告及实验报告记录为主,忽略或不重视对学生实际操作过程的规范性考查,使得部分学生对实验草率应付,且不能真实反映学生实验课水平。在操作过程中,学生只是被动地、机械地照抄课本完成实验内容,很难提高动手能力和综合实验能力。同时,实验报告甚至有抄袭的现象发生。这样往往直接影响到学生对实验课教学的态度与积极性,往往一学期结束后学生都不知道学习了哪些内容。学生基础实验技能太差,严重影响了后续专业课的正常学习,不利于培养学生的综合素质和创新能力[1]。因此,建立科学的、合适的工科化学实验考核方法,显得非常有必要。
2.对工科化学实验考核方式改革尝试
如何使实验成绩的评定既能客观、公平地反映学生的实验综合能力,又能增加学生对工科化学实验的兴趣,并从根本上重视实验和掌握实验规律,对工科化学实验课的教学显得很重要。我针对旧的工科化学实验考核方式的不足,对工科化学实验考核方式从以下几方面进行了探索。
2.1修改课程标准,改变重理论轻实践的传统思维。
根据高职教育的特点,修改原有的课程标准,改变重理论轻实践的传统思维,将工科化学实验成绩作为一门单列的课程进行考核,能更好地培养学生的综合能力和实践操作动手能力。
2.2考核方式。
工科化学实验课传统考核方式是注重结果,忽视过程。教师要更好培养学生的综合能力和实践操作动手能力,应该更注重实验过程,将实验结果作为检验实验过程是否规范严谨的一个重要量化指标。考核主要采用“一强化,两结合,一创新”的原则。“一强化”即强化平时考核;“两结合”即平时考核与期末考核相结合,理论与实验操作相结合;“一创新”即学生自主设计创新实验考核。工科化学实验成绩采用百分制,主要由平时考核成绩(占50%)+期末考核成绩(占40%)+学生自主设计创新实验考核(占10%)三部分组成。
2.2.1具体量化平时考核细则
从实验的第一节课开始,就向学生提出明确的要求,明确实验平时成绩考核办法,打破传统的“印象评分”,将测评项目具体量化。制定《工科化学实验平时考核成绩评定表》,主要由实验预习、实验纪律、实验操作、实验习惯及实验报告五部分组成,每次实验都对学生进行多方面考核。如下表:
2.2.2平时考核细则要点
教师在实验前为每个学生建立实验卡片,以便在实验过程中及时准确地将学生的操作考核量化。
实验预习是学生进行实验的一个非常重要的准备过程,是实验获得成功的关键因素之一。学生在实验之前应按照要求做好预习工作,以便对实验内容有大致的了解,并做好预习报告,预习报告可反映学生对实验的理解深度。在操作的过程中,教师以提问的方式主要就实验思路是否清晰来进行评定。
实验纪律是完成有机化学实验的根本保证。强调实验纪律的培养,有利于使学生养成严谨、认真、负责的学习或工作态度。实验纪律的考查点在于有无迟到、大声喧哗,是否做与实验无关的事情,着装是否合理,是否服从教师管理等方面。
实验操作对于高职化工类专业学生来说是非常重要的一种技能,实验操作能否做到认真、规范、准确,关系到实验成败,更关系到实验事故的发生与否。实验操作考核的重点在于反应仪器的安装与拆卸、仪器使用的规范性、实验偶发事件的处理、实验结果的准确性等方面。
实验习惯主要从实验桌面、水槽等是否洁净,实验药品及仪器是否放在指定的位置,仪器是否清洗干净等方面来考核。
实验报告在整个实验的平时考核中所占的比例较大。它是整个实验的完结,是将具体实验事实从感性上升到理性的成果,是从实践到理论的升华。为了更有效地进行考核,实验报告的格式应有统一的要求。该项考核的要点在于:(1)格式是否正确,书写是否清晰、规范;(2)实验内容是否合理,是否包含有必要的步骤与装置图等;(3)实验数据是否有效;(4)是否有对实验结果进行分析与讨论,有无提出合理恰当的建议意见;(5)是否及时上交,有无拖欠等[2]。在实验报告的考核中,最核心的一点在于实验数据。为了杜绝学生抄袭或编造实验数据,要求学生在完成实验时应同时提交实验成果与数据记录,教师确认后,签字认可。原始数据记录作为实验报告的一部分,同时提交,方能有效。
2.3期末考核采取理论与实验考核相结合的方式。
期末考核占实验总成绩的40%。期末考核采用技能考核为主、理论考核为辅的方法。技能考核占期末考核的70%,理论考核占期末考核的30%。
2.3.1理论考核
理论考核的形式可以多样化,根据实际情况,教师可采用笔试或提问,就实验室安全、实验操作规范、实验原理及实验现象等进行考核,满分为30分。
2.3.2技能考核
实验操作考试只在期末进行一次。每学期实验全部结束后,由教研室组成考核小组,从所开设的实验当中,选择一个难易适中的综合实验作为考查点。由教师准备好实验操作考试的内容及仪器,制定评分标准,每个学生随机抽取1―2题,进行实验操作考试,整个实验过程全部由学生一人一组在一定的时间内完成,并提交实验记录及数据。教师根据实验操作及实验数据现场评判给出实验操作考试的成绩,实验操作考试成绩满分为70分。
最后结合理论课考试成绩和实验操作考试成绩给出实验课的期末考试成绩。
2.4设计学生自主创新实验考核。
由学生根据所学的工科化学理论和实验操作技能训练,自主设计改进实验方法或设计。该项考核主要是针对实验操作能力较强的学生,可给操作能力较强的学生展示自己能力的机会,充分调动学生的学习积极性,该项考核占实验总成绩的10%。
3.考核效果
3.1为准确评定学生的实验能力提供了较全面测评指标。
由于对实验课的各个环节都提供了具体的评核标准,因此教师可以对每个学生的实验成绩给出较准确、客观的评分。如果仅仅是笔试,虽然可以有较好的区分度,但不能够客观全面地评价学生的综合实验能力,反而容易纵容学生形成平时随随便便、考试突击准备的不良学风、作风。只有将平时考核、期末考核与学生自主设计创新实验考核三部分有机结合,对实验课各个环节进行全程考核,才能较好克服凭印象或一次操作定成绩的弊端,得到既有较好区分度又有较好准确性的评分。
3.2有利于教师随时了解学生、掌握情况,及时调整教学方向。
平时考核、期末考核与学生自主设计创新实验考核三部分有机结合,对实验课各个环节进行全程考核的考核方式不仅能较全面地掌握学生掌握知识的情况,而且能为教师及时提供学生在实验课各个环节中存在的共性和个性问题,有利于教师因材施教、精准下药,及时调整教学方法和方向,把问题解决在实验过程之中。如:我在平时考核的实验预习和实验操作环节考核中发现,学生对实验中不同回流装置的目的不明确、安装与拆卸也不予以区别,说明学生对不同的回流装置的原理理解较差,归纳能力较低。我及时调整教学方法,在进行新的回流操作时有的放矢,运用归纳法、类比法、比较法,引导学生注意分析与其他回流操作的异同点,总结实验中已经出现所用回流装置的目的,借以强化学生对不同回流装置的原理理解,取得了较好的成效,在学期期末理论考核题中恰好出现了有关回流装置的题目,我所带班级学生该题的得分明显高于其他班级。
3.3规范实验操作,端正了学生学习态度。
新的考核方式较传统的考核方式,加大了对学生综合能力和实践操作动手能力的考核,更加科学合理,对学生提出了更高的要求,有利于扭转学生长期以来重理论轻实验的现象,提高学生对实验课重要性的认识。对实验课各个环节的全程考核,使学生能敏感地及时感受到实验各环节中与教学要求的差距,查错补漏,认真规范自己的实验操作,明确下次实验努力的方向,逐步养成良好的实验习惯,进而端正学习态度,培养科学素养,提高实验综合能力,推动工科化学教育教学工作再上一个新台阶。
参考文献:
[1]潘东,李景宁.高师有机化学实验考核改革初探.华南师范大学学报(社会科学版),1998,(1).