吳宇瓊

（江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056）

《分離工程》是化學(xué)工程與工藝及相近化工類專業(yè)的一門專業(yè)必修課。分離在化學(xué)、石油、冶金、食品、輕工、醫(yī)藥、生化和原子能等工業(yè)領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用，尤其是石油化工生產(chǎn)過程，分離裝置的費(fèi)用占總投資的50%～90%［1］。當(dāng)前，高等教育應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生以不變應(yīng)萬變的能力，具有專業(yè)特有的思維方式，教會(huì)學(xué)生能夠像專業(yè)職業(yè)者思考問題。筆者結(jié)合課程特色和學(xué)生自身特點(diǎn)，對(duì)《分離工程》課程進(jìn)行了教學(xué)改革的初步探討。

1 課堂教學(xué)

1.1 采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

以往教學(xué)課件多以文字為主，制作形式枯燥乏味，不能生動(dòng)表達(dá)分離過程及作用原理，也不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的聽課積極性。教學(xué)改革過程中，筆者在現(xiàn)有課件的基礎(chǔ)上，配以自制或網(wǎng)上下載了大量工廠視頻錄像、關(guān)鍵設(shè)備的Flash動(dòng)畫演示（如圖1所示）、圖片、音頻等素材，制作出CAI課件。本課件包括大量分離設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、作用原理；氣液、液液間的相互作用過程和各種操作狀態(tài)，采用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的活動(dòng)視頻、二維和三維動(dòng)畫、圖像等方式來表達(dá)，在課堂上給學(xué)生以很強(qiáng)的實(shí)物感，增加了課堂的信息量，形象、逼真地重現(xiàn)了分離工程設(shè)備中的操作現(xiàn)象和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使課堂內(nèi)容既豐富又生動(dòng)，大大增強(qiáng)了學(xué)生們對(duì)抽象事物與過程的理解與感受。

圖1 自制電滲析法淡化海水的Flash動(dòng)畫

由于視覺是一種處于優(yōu)勢的“信息接收器”，通常情況下，大腦對(duì)視覺輸入的信息吸收率最高可達(dá)80%［2］。因此，教學(xué)除采用CAI課件為主外，需再輔以板書。本著多看有助于學(xué)生理解和記憶的原則，重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容適時(shí)地借以板書，利于師生之間的直接交流，便于控制教學(xué)節(jié)奏，使學(xué)生能跟上教師的教學(xué)思路；教學(xué)內(nèi)容的重現(xiàn)力強(qiáng)，隨寫隨看，并可長時(shí)間保留在黑板上以示強(qiáng)調(diào)；還可靈活刪減，利于發(fā)揮教師在教學(xué)過程中突發(fā)的靈感。

1.2 緊跟分離動(dòng)態(tài)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

本課程選用劉家琪主編的面向21世紀(jì)教材——《分離過程》，根據(jù)以往的教學(xué)大綱，只重點(diǎn)講解了與多組分精餾及多組分吸收相關(guān)的章節(jié)，知識(shí)結(jié)構(gòu)有待拓寬。

為了緊跟分離技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，拓寬基礎(chǔ)，強(qiáng)化能力培養(yǎng)，體現(xiàn)創(chuàng)新精神，在教學(xué)內(nèi)容上重新作了調(diào)整，注重基礎(chǔ)性與先進(jìn)性、經(jīng)典與現(xiàn)代等方面的銜接，以應(yīng)用為目的進(jìn)行理論教學(xué)，精簡理論推導(dǎo)和理論驗(yàn)證內(nèi)容，用直觀形象化的解釋直接給出公式。同時(shí)在理論教學(xué)中及時(shí)增加先進(jìn)、合理、經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)且有充分依據(jù)的新內(nèi)容及最新分離動(dòng)態(tài)，比如新型的綠色化工分離技術(shù)：膜分離、超臨界萃取、等離子體技術(shù)等。這樣可以開拓學(xué)生視野，使之及時(shí)把握化工相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的最新發(fā)展方向和前沿，為開拓專業(yè)思維、加強(qiáng)對(duì)分離工程發(fā)展的認(rèn)知提供幫助。教學(xué)內(nèi)容調(diào)整前后的講授章節(jié)學(xué)時(shí)比較見表1。

表1 教學(xué)內(nèi)容調(diào)整前后講授章節(jié)學(xué)時(shí)的比較 /學(xué)時(shí)

1.3 采用引導(dǎo)式、案例式、探討式等教學(xué)方式

過去的《分離工程》的教學(xué)方式是以教師為中心，教師優(yōu)先占有教育資源，主導(dǎo)著教學(xué)的全過程。從教學(xué)形式到教學(xué)內(nèi)容的選擇，學(xué)生始終處于被動(dòng)地位，無法培養(yǎng)學(xué)習(xí)的自主性，再加之師道尊嚴(yán)的權(quán)威和約束，更難以形成教學(xué)過程中師生之間的平等交流、溝通、協(xié)商、對(duì)話［3］。教學(xué)質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心，一套切合實(shí)際、適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求、科學(xué)完善的教學(xué)質(zhì)量體系對(duì)于激勵(lì)教師努力教學(xué)起到了重要作用［4］。

信息背景下的課堂教學(xué)更加重視學(xué)生的作用、強(qiáng)調(diào)學(xué)生與教師的互動(dòng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生能力的提升，強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)反饋。教學(xué)過程中，通過提問和逐步啟發(fā)的方式將課程內(nèi)容逐漸展示給學(xué)生，使課堂教學(xué)從傳統(tǒng)的單向傳授變?yōu)殡p向共同的活動(dòng)過程，如圖2所示。在課堂上鼓勵(lì)學(xué)生暢所欲言，注重課堂氣氛的調(diào)節(jié)，學(xué)生在討論中可以學(xué)到許多知識(shí)，同時(shí)也強(qiáng)化了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。為使學(xué)生更容易理解所學(xué)的知識(shí)，針對(duì)一些較繁雜的概念，采用案例式教學(xué)可以達(dá)到事半功倍的效果。比如在講述“共沸精餾”時(shí)，通過甲酸—水共沸精餾案例理解什么是正、負(fù)系統(tǒng)？如何通過共沸點(diǎn)判斷正、負(fù)系統(tǒng)？等等，使學(xué)生在了解具體實(shí)驗(yàn)案例的過程中掌握學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，避免了死記硬背的學(xué)習(xí)方式。

圖2 一張教學(xué)內(nèi)容引入的PPT課件

為增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力，采用讓學(xué)生充分參與的探討式教學(xué)方式。全班分成若干小組，模擬研究小組運(yùn)行，圍繞某一問題開展教學(xué)，具體流程由5個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，即小組分工、問題設(shè)計(jì)、自主學(xué)習(xí)與探究、小組匯報(bào)和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)（見圖3）。比如講解新型分離技術(shù)時(shí)，教師給出幾個(gè)小專題，若干研究小組去查閱、分析、消化資料，并把相關(guān)觀點(diǎn)總結(jié)成科技論文，進(jìn)行課堂討論，最后老師歸納總結(jié)。這樣就避免了學(xué)生上課易疲勞，課堂教學(xué)效果差、滿堂灌的教學(xué)現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)討論過程和撰寫的科技論文進(jìn)行評(píng)分，計(jì)入課程總評(píng)成績。這樣既增強(qiáng)了學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，還擴(kuò)充了學(xué)生的知識(shí)面，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)一步活躍了學(xué)生的思維，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

圖3 學(xué)生實(shí)踐教學(xué)模式

為了讓學(xué)生學(xué)以致用，并為后續(xù)開設(shè)的化工工藝課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程打下基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際工藝給出關(guān)于分離工藝部分的課程設(shè)計(jì)專題，讓研究小組內(nèi)部自主學(xué)習(xí)和探究，引導(dǎo)學(xué)生充分利用信息資源，運(yùn)用自行建構(gòu)知識(shí)體系去解決現(xiàn)實(shí)問題，完成課程設(shè)計(jì)說明書，成績計(jì)入總評(píng)成績。這樣不僅提升了學(xué)生的工程意識(shí)，同時(shí)也鍛煉了他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)、合作、創(chuàng)新能力。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

以往分離工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是上機(jī)實(shí)驗(yàn)，即采用計(jì)算機(jī)語言編程計(jì)算求解泡、露點(diǎn)及塔板。因此，學(xué)生計(jì)算機(jī)語言學(xué)的好壞直接影響到分離上機(jī)實(shí)驗(yàn)完成情況。本來計(jì)算機(jī)語言應(yīng)該是分離上機(jī)實(shí)驗(yàn)的輔助工具，現(xiàn)在卻由于學(xué)生計(jì)算機(jī)語言掌握不好，成了分離上機(jī)實(shí)驗(yàn)的障礙，導(dǎo)致分離工程上機(jī)實(shí)驗(yàn)達(dá)不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

目前國際上有代表性且應(yīng)用較好的化工流程模擬軟件有 Aspen Plus、PROII和HYSYS［5］。其中Aspen Plus是一款功能強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)模擬、化工設(shè)計(jì)及各類計(jì)算的軟件，被廣泛應(yīng)用于化工、石油工業(yè)等領(lǐng)域，在過程開發(fā)、設(shè)計(jì)及老廠改造中發(fā)揮著重要的作用。鑒于Aspen Plus化工流程模擬軟件的功能和特點(diǎn)，將其引入《分離工程》課程及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。采用演示視頻文件學(xué)習(xí)、模擬典型實(shí)例等方法（見圖4），使學(xué)生能快速掌握和運(yùn)用Aspen Plus化工模擬軟件，并借此解決化工分離工程的一些基本問題。Aspen Plus應(yīng)用于《分離工程》課程及實(shí)驗(yàn)教學(xué)，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了其對(duì)課程內(nèi)容的理解，從而提高學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力。掌握此類軟件也有助于增加學(xué)生的就業(yè)機(jī)會(huì)。

圖4 Aspen Plus化工流程模擬軟件演示視頻

我們新開設(shè)了化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)仿真軟件中關(guān)于分離工程的仿真實(shí)驗(yàn)，如共沸精餾、膜分離等（見圖5）。仿真實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了實(shí)踐實(shí)驗(yàn)的不足，以高度仿真技術(shù)提供與實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作一致的線上模擬實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)能力。該仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置，發(fā)揮了仿真實(shí)驗(yàn)在創(chuàng)設(shè)問題情境、驗(yàn)證假設(shè)或猜想等環(huán)節(jié)中的作用，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)和探究解決問題的方法，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)接受式向主動(dòng)探究式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

圖5 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)仿真項(xiàng)目

3 全面評(píng)價(jià)體系

以往評(píng)定學(xué)生成績是以考核學(xué)生掌握知識(shí)為主，平時(shí)成績（占30%）和期末考試成績（占70%）成為教學(xué)全過程的最終形式。這種考核機(jī)制雖然能在一定程度上反映出教和學(xué)的情況，但不足以全面評(píng)價(jià)學(xué)生的能力和素質(zhì)，容易使教師重知識(shí)的傳授而忽略能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，使學(xué)生陷于平時(shí)閑散，考前突擊學(xué)習(xí)，靠死記硬背通過考試的惡性循環(huán)中，導(dǎo)致學(xué)生為了及格而應(yīng)付考試，而不是真正理解掌握應(yīng)用知識(shí)，達(dá)不到考核的目的。這種現(xiàn)象的長期存在，與現(xiàn)行的考核機(jī)制的不完善有著密切的聯(lián)系，只有改革考核機(jī)制，施行綜合素質(zhì)的評(píng)價(jià)，變知識(shí)考核為知識(shí)、能力、素質(zhì)的綜合性考核，才能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)習(xí)過程，而非最終試卷成績。

課程成績評(píng)定采用全面考核方式，全面考核的信息來源包括：最終試卷成績；知識(shí)性作業(yè)成績；研究小組中表現(xiàn)成績（包括來自教師、小組長、小組組員和本人的反饋等多個(gè)維度）；分離工藝課程設(shè)計(jì)、科技論文成績；Aspen Plus上機(jī)實(shí)驗(yàn)、化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)（分離工程部分）仿真實(shí)驗(yàn)成績。具體分配比例見表2。

表2 課程成績分配比例/%

引入全面課程考核體系能全面、真實(shí)的反映學(xué)生的能力水平，及時(shí)通過評(píng)估和反饋使學(xué)生知曉自己能力和知識(shí)方面的不足，促使他們自己主動(dòng)的去充電以完善提高自己，幫助他們與學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行融洽的協(xié)作互動(dòng)，真正高效、愉悅地學(xué)習(xí)。

4 教學(xué)改革效果調(diào)查

為了考察本次教學(xué)改革情況，我們針對(duì)本學(xué)院化工專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，其中參與教改課及未參與教改課的學(xué)生各45人，共發(fā)放調(diào)查問卷90份，回收的有效答卷90份，有效率100%。鑒于樣本空間不大，我們還進(jìn)行了選擇性的訪談，對(duì)問卷所收集信息進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。調(diào)查結(jié)果如表3所示。

表3 教學(xué)改革效果調(diào)查表/%

5 結(jié)語

經(jīng)過多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分別在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核體系3方面對(duì)《分離工程》課程進(jìn)行了教學(xué)改革。通過教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，采用CAI課件與板書相結(jié)合，運(yùn)用引導(dǎo)式、案例式、探討式等教學(xué)方式，引入Aspen Plus化工流程模擬軟件、化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)（分離工程部分）仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采用全面考核方式，加強(qiáng)了分離工程的實(shí)踐教學(xué)，增強(qiáng)了學(xué)生的工程能力，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，使學(xué)生由被動(dòng)聽講變?yōu)榉e極主動(dòng)思考，學(xué)生的綜合思維和分析解決實(shí)際問題的能力顯著提高。分離工程是一門不斷發(fā)展的應(yīng)用型學(xué)科，在今后的教學(xué)中我們將繼續(xù)加深對(duì)《分離工程》課程的研究，不斷地吸收眾長，豐富教學(xué)方法、手段和形式，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)、適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的高級(jí)化工專業(yè)人才。

［1］劉家祺.分離過程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［2］劉國柱，王慶法，王蒞.分離工程課堂教學(xué)中多媒體應(yīng)用之我見［J］.化工高等教育，2011，119（3）：56-58.

［3］杜睿哲，左宇思.信息技術(shù)對(duì)大學(xué)法學(xué)教育的影響［J］.電化教育研究，2011（6）：85-89.

［4］徐薇薇，吳建成，蔣必彪，等.高校教師教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的研究與實(shí)踐［J］.高等教育研究，2011（1）：100-103.

［5］盧澤湘，范立維，廖益強(qiáng).Aspen Plus在《分離工程》教學(xué)中的應(yīng)用［J］.福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2010，13（5）：106-108.