＊施達 晏金燦 藺華林 王宸宸 熊力堃 韓生

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 上海 200014）

引言

化學(xué)工藝學(xué)是高?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程。課程涉及的內(nèi)容需要化工原理，化工熱力學(xué)，化學(xué)反應(yīng)工程和分離工程等一系列化工專業(yè)的基礎(chǔ)課程作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，通過對于實際案例的設(shè)計和分析講解，讓學(xué)生具有從理論出發(fā)，通過課程所學(xué)知識，合理應(yīng)用并去解決實際問題的能力。所以，化學(xué)工藝學(xué)的課程內(nèi)容更偏向于實際綜合應(yīng)用。針對于課程目標，需要學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中，可以掌握化工生產(chǎn)工藝流程整體設(shè)計的基本方法和思路，分析復(fù)雜流程的單程轉(zhuǎn)化率、全程轉(zhuǎn)化率、選擇性等效率指標，建立初步的工程概念。同時，學(xué)會運用化學(xué)工藝學(xué)的基本原理對化工產(chǎn)品的工藝流程進行設(shè)計、對工藝流程中遇到的復(fù)雜工程問題提出有效的解決方案。并且，認識化工生產(chǎn)中發(fā)國家有關(guān)的經(jīng)濟、環(huán)境、法律、安全、健康等政策和制約因素。培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的理念。除此之外，培養(yǎng)學(xué)生能夠運用工藝流程圖對化工生產(chǎn)中的復(fù)雜工程問題及解決方案，通過專業(yè)的術(shù)語進行描述。與此同時，了解影響產(chǎn)品成本的工藝技術(shù)因素，理解工藝技術(shù)路線的經(jīng)濟性。綜上，化學(xué)工藝學(xué)不僅是要求學(xué)生對于課本知識的理解，同時要求學(xué)生掌握對于實際化工流程中設(shè)計，計算等一系列問題的分析能力。針對課程本身的屬性以及目標，目前的教學(xué)方法還可以進一步改善。

1.教學(xué)方法的現(xiàn)狀

針對于目前化學(xué)工藝學(xué)課程的教學(xué)方法而言，主要的教學(xué)手段還是通過課堂講述和PPT結(jié)合的方法進行傳授。而且，一般高校對于課程的設(shè)計為32個課時左右，但是課程涉及到大量知識點和內(nèi)容，所以無法在課堂上對所有知識點進行詳細講解。同時，對于目前的教師隊伍而言，由于青年教師的大量引入，大部分新引入的教師，對于實際化工流程的設(shè)計操作等理解較為薄弱。

具體而言，首先對于教學(xué)手段，課上主要通過PPT和講解的方式進行教學(xué)，對于需要與實際案例相結(jié)合的化學(xué)工藝學(xué)課程，這樣的講解不僅較為枯燥，學(xué)生的興趣不高，難以接受，導(dǎo)致上課的效率較低，通常學(xué)生對于課堂內(nèi)容的接受比例非常低；與此同時，絕大多數(shù)流程的講解都遵循化工流程設(shè)計的原則，意味著動力學(xué)和熱力學(xué)分析在整個教學(xué)過程中不斷重復(fù)，一定程度上也導(dǎo)致了內(nèi)容枯燥，難以調(diào)動學(xué)生的積極性。而且，知識點的理解在沒有現(xiàn)場實際觀察和操作的條件下較難理解，一般需要學(xué)生在其他例如化工原理，化工熱力學(xué)等化工基礎(chǔ)課程有較為扎實的基礎(chǔ)，可以在基本的知識點理解的基礎(chǔ)上，進行活學(xué)活用，從而達到化學(xué)工藝學(xué)課程的教學(xué)目的。但是實際情況，學(xué)生通常對于知識的理解以死記硬背為主，無法活學(xué)活用和真正的培養(yǎng)分析解決問題的能力。

其次，對于課時而言，化學(xué)工藝學(xué)一般都為32個課時，但是需要講述的內(nèi)容多，其中涉及到熱力學(xué)、動力學(xué)對于設(shè)備流程影響的知識點較難，需要較多的時間去講解，特別針對于原理方面的知識點，需要學(xué)生回憶已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，從而達到課程中學(xué)生理解操作單元的設(shè)計，反應(yīng)流程的溫度、壓力選擇以及流程分離操作方法等問題的目的。除此之外，課程對于知識要求的廣度，也大于其他化工專業(yè)基礎(chǔ)課程，例如一氧化碳變換反應(yīng)過程中，對于最佳反應(yīng)溫度低于平衡反應(yīng)溫度的現(xiàn)象，通過理論分析結(jié)合工業(yè)實際操作，提出解決方法，本知識點的講授，需要學(xué)生具有扎實的熱力學(xué)背景，同時，對于化工原理中換熱的知識有深入的理解，才可以構(gòu)建出直接冷卻式反應(yīng)器的設(shè)計思路。所以，較短的課時造成了教學(xué)過程中出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容涵蓋廣，無法在有限的時間內(nèi)完成所有內(nèi)容的講解，或者在涉及所有方向和知識點的條件下，涵蓋內(nèi)容不足，深度不夠，很多知識點都是一筆帶過等等一系列問題，導(dǎo)致授課的效果并不理想，學(xué)生對于化學(xué)工藝學(xué)課程的知識掌握程度較差，所以需要調(diào)整以及研究更為合適的教學(xué)方法，從而達到更好的平衡。

再次，目前國內(nèi)青年人才引進的力度大，所以高校很多課程目前由剛?cè)肼毣蛘呷肼?～5年之內(nèi)的青年教師進行授課。部分青年教師在教學(xué)方面已經(jīng)具備一些經(jīng)驗，但是大多學(xué)青年教師在教學(xué)方面的基礎(chǔ)相對薄弱，同時，青年教師普遍存在沒有較為系統(tǒng)的化工業(yè)界實習(xí)或者實踐經(jīng)驗，對于成果轉(zhuǎn)化以及落地的經(jīng)驗相對有限。特別是對于化學(xué)工藝學(xué)需要和實際化工流程聯(lián)系緊密的課程，多數(shù)青年教師在實際流程的設(shè)計，運行，開車等方面，并不具備充分的了解和長期的經(jīng)驗。雖然，青年教師上課比較有活力，課堂氣氛活躍，但是這種情況依賴于教師自身性格，本身和課程的關(guān)聯(lián)程度較低，而且也不能成為一個可以廣泛學(xué)習(xí)的方法去實踐應(yīng)用。上述情況導(dǎo)致了青年教師在授課中課本內(nèi)容和實際案例的脫節(jié)，教學(xué)內(nèi)容和實際流程的銜接較為生硬，難以達到讓學(xué)生真正理解，學(xué)以致用的目的。而且，加重了傳統(tǒng)教學(xué)模式所帶來的問題。

2.教學(xué)方法的探討

針對目前高校對于化學(xué)工藝學(xué)課程的所遇到的問題，可以采用一些更為先進以及合適的教學(xué)方法以及更為完善的培養(yǎng)體系，可以進一步優(yōu)化我們目前對于化學(xué)工藝學(xué)課程的教學(xué)體系，從而更好地讓學(xué)生去理解和掌握課程內(nèi)容，達到學(xué)以致用的目的。具體而言分為以下幾個方面。

首先，對于化學(xué)工藝學(xué)課程的教學(xué)手段而言，在目前現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展的時代，教學(xué)的手段和方法，以及平臺得到了很大的拓展和開發(fā)。特別是以來，由于教學(xué)全部轉(zhuǎn)為線上，進一步刺激了線上教學(xué)方法和平臺的開發(fā)。所以，除了傳統(tǒng)的講授以及PPT之外，還可以通過更多的軟件和平臺來進行輔助教學(xué)，例如：微課，超星學(xué)習(xí)通等一系列學(xué)習(xí)平臺[1]。

具體而言，在課程的不同階段可以通過不同的教學(xué)方法，例如相關(guān)軟件和平臺的輔助，設(shè)置相對應(yīng)的內(nèi)容以及任務(wù)，從而達到對應(yīng)的教學(xué)目的（如圖1），通過多種教學(xué)方法的混合運用，更好的完成教學(xué)任務(wù)。具體而言，在課前，對于課程中將要涉及到的知識點，通過微課或者微視頻的形式，提前預(yù)習(xí)，例如吸放熱反應(yīng)溫度和平衡常數(shù)間的關(guān)系，傳熱系數(shù)等的理解，對于本身基礎(chǔ)不扎實，或者知識點印象不深刻的情況下，學(xué)生可以提前進行自主學(xué)習(xí)，在課前先鞏固基礎(chǔ)知識。因為就目前的教學(xué)現(xiàn)狀而言，學(xué)生通常在理解化學(xué)工藝學(xué)課程的內(nèi)容之前，需要去回想之前學(xué)過的知識點，這樣造成了學(xué)生課堂中效率較低，無法及時跟上上課的內(nèi)容和流程，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)內(nèi)容不扎實。所以，通過課前在平臺用5～10分鐘的時間提前復(fù)習(xí)知識點的方法，不但可以讓化學(xué)工藝學(xué)課程內(nèi)容的講授更為流暢，學(xué)生更容易跟上教師的教學(xué)節(jié)奏，同時，可以保證在課堂中有限的時間內(nèi)將時間更多的分配到化學(xué)工藝學(xué)本課程需要去重點講解的內(nèi)容上，例如流程的確定，溫度和壓力的選擇等等。

圖1 課程教授過程的目的和方法

同時，在課堂上，可以穿插一系列的互動的問題，通過互動的方式[2]，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，同時啟發(fā)學(xué)生可去思考，通過思考解決問題的過程，進一步加深對于化學(xué)工藝學(xué)知識的理解，達到事倍功半的效果。例如，在氨合成的講解過程中，通過課前氨對于人類的重要意義，讓學(xué)生理解課程目的。在課堂中，通過氨合成的反應(yīng)方程式，讓學(xué)生思考氮氣和氫氣的來源，進一步鞏固化學(xué)工藝學(xué)中原材料需要來源廣泛，廉價等一系列要求。在探索氫氣的來源時，通過引導(dǎo)，引出甲烷制氫氣的方法。然后通過相關(guān)流程、熱力學(xué)和動力學(xué)的分析，理解流程過程中反應(yīng)器壓力和溫度的確定，同時對于反應(yīng)原料的處理，以及產(chǎn)物的分離提純步驟的合理設(shè)計。

除此之外，在課堂上，可以通過翻轉(zhuǎn)課堂等先進的教學(xué)方法，增加小組活動，通過課前給出化學(xué)品制備的方程式，讓學(xué)生以5人左右為小組，進行資料的查閱，通過從原料，反應(yīng)和分離三個步驟，熱力學(xué)和動力學(xué)等理論分析，設(shè)計一個生產(chǎn)流程。然后，讓學(xué)生展示設(shè)計的流程以及生產(chǎn)方法，通過對于自己設(shè)計的流程和其他流程以及現(xiàn)有實際流程的對比，分析各個流程的優(yōu)劣點，提出進一步提升改動意見。這樣的方法更有利于學(xué)生對于知識的理解以及掌握，更容易明白化學(xué)工藝學(xué)課程的目標以及實現(xiàn)方法。與此同時，在課后，可以通過超星學(xué)習(xí)通等平臺給學(xué)生布置相關(guān)的問題和設(shè)計，通過一些開放性問題，使得學(xué)生在課后對于課堂講解的內(nèi)容進行進一步的分析和探討。例如上述提及的氨合成過程中，如果甲烷制氫過程中帶來二氧化碳作為溫室氣體，面對國家“十四五”提出的“碳達峰”和“碳中和”的要求，需要減排二氧化碳，那我們需要對于流程進行改進和優(yōu)化，學(xué)生可以進一步去查閱資料，設(shè)計出滿足要求的流程。通過課后的相關(guān)問題，可以對課堂的知識點，特別是化學(xué)工藝學(xué)中流程設(shè)計的方法和原則進行進一步的鞏固和理解，有助于學(xué)生對于化學(xué)工藝學(xué)整體設(shè)計思路和方法的活學(xué)活用。

其次，面對化學(xué)工藝學(xué)課程課時短的問題，可以通過如下幾種方式進行優(yōu)化解決。首先，基于化學(xué)工藝學(xué)課程本身與實踐連接緊密的特點，可以在教學(xué)環(huán)節(jié)中增加實踐環(huán)節(jié)，實踐環(huán)節(jié)主要內(nèi)容為去相關(guān)化工廠進行流程的參觀[3]，比如油品的裂解流程，以及甲醇的制備流程等等。實踐環(huán)節(jié)的流程參觀可以對應(yīng)化學(xué)工藝學(xué)中較為成熟的化學(xué)品制備工藝流程，這樣學(xué)生在字面知識的基礎(chǔ)上，通過對于現(xiàn)場流程的觀察以及認知，有助于加深對于工藝流程的理解。同時，通過化工工程師對于流程的講解以及實際操作，讓學(xué)生加深對于書本知識的理解，從而使得課堂上有限的時間可以進行高效的講解以及授課。同時，實踐實習(xí)的安排采取了類似于化工原理課程理論和實踐課程相結(jié)合的方法，這樣的方法實際上給予了化學(xué)工藝學(xué)課程更多的教學(xué)時間，也有助于知識的講授和學(xué)生的理解。其次，結(jié)合教學(xué)方法的探索，適當?shù)脑谡n前，課中和課后采用一種或多種教學(xué)方法進行混合教學(xué)的模式[4]，通過實踐環(huán)節(jié)的引入和教學(xué)方法的開拓，可以在有限的課堂時間內(nèi)，對于化學(xué)工藝學(xué)課程的教學(xué)重點和內(nèi)容進行深入淺出的講解，不但提高了本身教學(xué)的效率，同時也有助于加深學(xué)生對于工藝學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。

考慮到目前教師隊伍中，青年教師的比例逐漸增加，對于化學(xué)工藝學(xué)這樣需要廣泛的實踐基礎(chǔ)以及認識的課程而言，青年教師對于課本知識的理解都很扎實深刻，特別對于熱力學(xué)和動力學(xué)的公式推導(dǎo)和分析，以及流體力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)工程等理論知識的掌握非常扎實，可以根據(jù)設(shè)計的要求，進行分析計算，設(shè)計滿足條件的流程和反應(yīng)器，但是對于理論和實際之間的銜接較弱，面對開車，停車或者遇到的一些實際故障，不清楚如何解決。這樣理論和實踐之間的脫節(jié)是青年教師需要解決的首要問題。面對這樣的問題，可以組織化學(xué)工藝學(xué)授課的青年教師，進行短期的化工企業(yè)實地培訓(xùn)，由富有經(jīng)驗的老教師以及化工廠的工程師帶隊，去進行實地的考察以及學(xué)習(xí)，特別是書中出現(xiàn)的部分工藝流程，重點了解實際化工流程存在的問題，改進的方法以及流程的發(fā)展，同時，面對國情，了解實際情況下，我們國家對于高附加值化學(xué)品生產(chǎn)過程中，原材料的選擇以及其對整體流程溫度壓力的影響，以及對于整體流程能耗以及經(jīng)濟成本的影響等一系列問題的系統(tǒng)學(xué)習(xí)以及了解，真正的做到了解一個流程和其中設(shè)備設(shè)計的相關(guān)方法，通過實際流程的認知和課本內(nèi)容相結(jié)合，加深自己對于知識的理解。這樣也更有助于青年教師本人，對于化學(xué)工藝學(xué)課程理論和實際的鏈接，從而在之后授課過程中，進行更有深度的講解。

3.應(yīng)用型高校教學(xué)特點

應(yīng)用型高校相比較研究型高校而言，更加注重知識的利用以及與實際流程的結(jié)合，換言之，對于知識的理解的深度要求較低，但是更注重學(xué)生學(xué)以致用的能力。對于化學(xué)工藝學(xué)課程而言，應(yīng)用型高校的教學(xué)目標更注重如何通過熱力學(xué)和動力學(xué)的分析，去合理的設(shè)定反應(yīng)的溫度，根據(jù)原料和反應(yīng)的過程，設(shè)計后續(xù)分離過程的方法，從而達到對應(yīng)產(chǎn)物流程的整體合理設(shè)計的目的。在課程的講解過程中，應(yīng)該更側(cè)重設(shè)計的過程，以及對于流程的優(yōu)化等一些內(nèi)容。所以需要在化學(xué)工藝學(xué)課程的教學(xué)過程中，更多的側(cè)重于實際流程的設(shè)計和理解，以及后續(xù)的調(diào)控等知識內(nèi)容的掌握。使得化學(xué)工藝學(xué)課程的學(xué)習(xí)可以增強其對于實際流程的設(shè)計以及理解，弱化推理和演算的過程。同時，對于應(yīng)用型大學(xué)而言，可以通過更多校企合作的方式，通過企業(yè)教師對于行業(yè)的理解和豐富的經(jīng)驗，在化學(xué)工藝學(xué)課程之外，進行一到兩次行業(yè)相關(guān)的講座活動，一方面讓學(xué)生更能清楚的認識到現(xiàn)在國內(nèi)和國際工藝學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀，同時，另一方面讓學(xué)生了解自己所學(xué)的化學(xué)工藝學(xué)知識的應(yīng)用，進一步增強學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿，加深學(xué)生對于知識的理解和學(xué)習(xí)的效率。

4.結(jié)論

本文探討和分析了目前高校所出現(xiàn)的一些在化學(xué)工藝學(xué)課程教學(xué)方面的現(xiàn)狀，面對教學(xué)方法單一，教學(xué)時間有限，青年教師實踐經(jīng)驗缺乏等現(xiàn)狀，提出了相對應(yīng)的解決方法。比如，通過合理應(yīng)用各種線上教學(xué)平臺和設(shè)備，適當增加學(xué)生和青年教師的實踐活動以及培訓(xùn)等方法，拓寬了教學(xué)的方法，增強了教學(xué)的趣味性以及效率，鍛煉了學(xué)生利用化學(xué)工藝學(xué)知識處理實際問題的能力，增強了青年教師理論和實踐銜接的能力。特別對于應(yīng)用新高?；瘜W(xué)工藝學(xué)課程的授課以及目標，作為更面向?qū)嶋H的教學(xué)體系，如何進一步完善和提升教學(xué)方法，從而達到滿足應(yīng)用型大學(xué)獨特的化學(xué)工藝學(xué)教學(xué)目的做了清楚的表達。