彭博，廖業(yè)欣，劉彭如，薛興勇，藍(lán)平

(廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 廣西多糖材料與改性重點實驗室，廣西 南寧 530006)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，為實現(xiàn)國家高質(zhì)量發(fā)展，對創(chuàng)新型化工人才的迫切需求越來越顯著。2015年5月國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》，其核心內(nèi)容中就有創(chuàng)新和人才，關(guān)注人才的發(fā)展推動國家創(chuàng)新體系的建立，實現(xiàn)綠色的發(fā)展模式[1]，其中涉及的十大研究領(lǐng)域中絕大部分跟化工相關(guān)，可見化工專業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位。為了推動工程教育改革，2017年2月教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實踐的通知》，號召高等學(xué)校開展“新工科”研究，通過包括課程改革在內(nèi)的各方面的改革推動工科教育改革[2]。2018年9月全國教育大會上，習(xí)近平總書記提出全面振興本科教育[3]，本科教學(xué)在高等學(xué)校中的教育教學(xué)重視程度得到提升。面向國家重大戰(zhàn)略發(fā)展、立德樹人新要求，以學(xué)與教、實踐與創(chuàng)新為主要內(nèi)容，圍繞工程教育新的理念，構(gòu)建人才培養(yǎng)的新模式。在之后多個場合習(xí)近平總書記提到教育的重要使命，2020年9月11日在科學(xué)家座談會上的講話，提到加強(qiáng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，要把教育擺在更加重要位置，全面提高教育質(zhì)量，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。2021年4月19日在清華大學(xué)考察時的講話提到“我國高等教育要立足中華民族偉大復(fù)興戰(zhàn)略全局和世界百年未有之大變局，心懷“國之大者”，把握大勢，敢于擔(dān)當(dāng)，善于作為，為服務(wù)國家富強(qiáng)、民族復(fù)興、人民幸福貢獻(xiàn)力量”。在國家大力發(fā)展教育，促進(jìn)教育改革的背景下，開展“新工科”建設(shè)，應(yīng)對產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的變革，推動我國科技在全球的引領(lǐng)?；W(xué)科對當(dāng)前疫情的防控起到重要作用，比如口罩的材料、防疫醫(yī)藥的提純和生產(chǎn)等?！半p碳”背景下，化工在降碳減排節(jié)能過程同樣能夠起到重要的作用。這些正是因為化學(xué)工程學(xué)科關(guān)聯(lián)能源、環(huán)境、生物、醫(yī)藥、冶金、材料、信息、食品等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)中扮演著重要的角色。因此，開展化工教育的改革成為教育改革的重要一部分，通過改革適應(yīng)新時代的發(fā)展要求已是刻不容緩。

化學(xué)工程以化學(xué)學(xué)科為核心，涉及內(nèi)容與熱力學(xué)、流體力學(xué)等形成交叉，集成物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的分離-反應(yīng)-分離等單元功能[4]。反應(yīng)過程和反應(yīng)場所是實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵所在。而化學(xué)反應(yīng)工程正是圍繞反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理和設(shè)計反應(yīng)器的學(xué)科?；瘜W(xué)反應(yīng)工程目前是化工專業(yè)學(xué)生的核心專業(yè)課。該課程以高等數(shù)學(xué)、四大化學(xué)、大學(xué)物理、大學(xué)英語等基礎(chǔ)課程和化工原理等專業(yè)基礎(chǔ)課為基礎(chǔ)，后續(xù)支持化工過程分析與合成、工業(yè)催化、化工設(shè)計、化工環(huán)保等課程的學(xué)習(xí)[5]。本論文的探索正是在“新工科”背景下圍繞學(xué)生為中心而開展。

1 優(yōu)化課程教學(xué)

化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)傳統(tǒng)的方式課堂PPT授課、平時課后作業(yè)、期末考試，這種授課方式一方面依賴授課教師具備豐富的化學(xué)反應(yīng)工程經(jīng)驗和教學(xué)手段，能夠在課堂中把握教學(xué)的重點難點，能夠在課程講授中充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；另一方面依賴學(xué)生具備自主學(xué)習(xí)、課前預(yù)習(xí)課下復(fù)習(xí)和積極請教老師的主動性。如果在著名高校教師實力雄厚，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，這樣的教學(xué)能取得較好的學(xué)習(xí)成效。然而，對于眾多的地方高校，授課教師多數(shù)沒有很多的工程經(jīng)驗，甚至一些教師的研究方向不涉及化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器，自然對課程的理解不全面；地方高校的學(xué)生基礎(chǔ)相對薄弱，特別是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)弱，導(dǎo)致學(xué)習(xí)起來難度大。從廣西民族大學(xué)化學(xué)工程與工藝的學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程課程過程反饋說明化學(xué)反應(yīng)工程理解難、公式多，在平時的測驗考試體現(xiàn)出來學(xué)生答不到要點、甚至部分學(xué)生面對綜合性試題無從下手等突出的問題。針對這些問題，必然需要改變傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式，堅持OBE理念[6]，培養(yǎng)具有扎實基礎(chǔ)知識的化工人才。以廣西民族大學(xué)為例，具體途徑如下：

1.1 突出重點的教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化基本概念基本原理的講授

講課中將課程的基本概念、基本原理結(jié)合反應(yīng)器的設(shè)計原理，首選從基本的概念入手，將概念的工程意義闡述清楚，再此基礎(chǔ)上再闡明基本的原理。將反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型與基本原理之間的關(guān)系作為重點，弱化數(shù)學(xué)計算內(nèi)容，減少學(xué)生接受新知識的困難。將反應(yīng)器的模型推導(dǎo)過程作為重點內(nèi)容，以此為例，講述利用物料衡算的方法如何得到不同反應(yīng)器的設(shè)計方程，以此改變學(xué)生對課程公式多的印象，從基本方法入手，得到需要使用的數(shù)學(xué)模型方程?；瘜W(xué)反應(yīng)工程課程的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、物料返混、復(fù)合反應(yīng)選擇率與收率、反應(yīng)過程中的熱量與質(zhì)量傳遞、反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性、催化劑工程等基本原理、基本概念與間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型的特點和緊密聯(lián)系為課程的重點內(nèi)容[7]。廣西民族大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)采用朱炳辰主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》第五版，該教材編寫內(nèi)容豐富，對化學(xué)反應(yīng)工程的重點內(nèi)容講述詳細(xì)，既有利于教師講授具體的知識點又降低了學(xué)生自學(xué)的理解難度。同時，輔助使用許志美主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》，結(jié)合該教材圍繞化工工程教育編寫的角度，在授課中側(cè)重反應(yīng)器與化學(xué)反應(yīng)結(jié)合的講解方法，更容易讓學(xué)生理解反應(yīng)器。多個教材結(jié)合的方法能夠提升課程內(nèi)容更加系統(tǒng)，有助于降低課程學(xué)習(xí)的難度。目前，課程設(shè)置56學(xué)時，難以面面俱到講完全部的內(nèi)容，所以突出重點內(nèi)容，同時引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)其他內(nèi)容。該教材強(qiáng)調(diào)方法論，有利于主講教師結(jié)合科研實踐將抽象復(fù)雜的研究方法以案例的形式具體化，讓學(xué)生體會到科學(xué)問題的解決過程到工程問題的實施再到產(chǎn)品工程，展現(xiàn)學(xué)習(xí)的知識學(xué)有所用，激發(fā)學(xué)生的思考。

1.2 分組課程答辯，調(diào)動學(xué)生深入思考能力

引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊合作，課程講授中布置學(xué)生開展分組調(diào)研課程的內(nèi)容，并進(jìn)行答辯。學(xué)生通過積極準(zhǔn)備課程答辯，能夠深入思考所學(xué)知識，展示團(tuán)隊協(xié)作能力，表達(dá)能力。學(xué)生大三下學(xué)期學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程課，選題范圍在朱炳辰主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》第五版內(nèi)，每組2～4人，時間控制在6～8分鐘之內(nèi)。課程講授對象的翻轉(zhuǎn)，讓學(xué)生能夠更加深刻地學(xué)習(xí)知識。經(jīng)歷課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)討論，提高學(xué)生總結(jié)和表達(dá)能力，針對大四上學(xué)期是學(xué)生找工作的關(guān)鍵時間，對于本專業(yè)的核心課程的深入理解，有助于在面試環(huán)節(jié)更好地展示自己的專業(yè)素養(yǎng)。對于考研的學(xué)生，在大四下學(xué)期研究生錄取復(fù)試過程中面試環(huán)節(jié)更是要展示過硬的專業(yè)知識。規(guī)定范圍的時間內(nèi)凝練出本專業(yè)的核心內(nèi)容，充分訓(xùn)練學(xué)生過硬的專業(yè)素養(yǎng)。因此，通過課程答辯能增強(qiáng)學(xué)生對課程的理解，加深對所學(xué)知識的深入思考。

1.3 撰寫課程論文，提高學(xué)生分析總結(jié)能力

隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生到了大三下學(xué)期已經(jīng)學(xué)習(xí)了很多專業(yè)課程，除了化學(xué)反應(yīng)工程外，還學(xué)習(xí)了化工原理、化工熱力學(xué)、化工設(shè)計、分離工程等。對于本專業(yè)的認(rèn)識怎樣？對于本課程的理解怎樣？這些都是化工專業(yè)高等教育的核心關(guān)注點。學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于思考和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生具備思考的習(xí)慣和總結(jié)的能力成為創(chuàng)新教育的關(guān)鍵問題。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會總結(jié)已經(jīng)學(xué)過的知識，理清每個課程眾多知識點構(gòu)成的課程體系，明析多個課程交織的專業(yè)知識網(wǎng)絡(luò)，凝練專業(yè)知識的表達(dá)，同時認(rèn)識自身的知識儲備量并及時彌補(bǔ)學(xué)習(xí)。論文撰寫過程查閱文獻(xiàn)資料，訓(xùn)練學(xué)生對信息的識別能力和文獻(xiàn)檢索能力。立足規(guī)范、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，讓學(xué)生認(rèn)識到理工科的科學(xué)特點，培養(yǎng)理性科學(xué)思維，提高對知識、問題的分析總結(jié)能力。

1.4 引入前沿研究，拓展課程內(nèi)容

化學(xué)反應(yīng)工程起源從20世紀(jì)20年代合成氨技術(shù)發(fā)明和應(yīng)用到現(xiàn)在百年的歷程中仍在不斷地發(fā)展。面對當(dāng)今資源、能源、環(huán)境等重大問題，使用經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)工程知識解決困擾人類生存發(fā)展的問題，已經(jīng)是當(dāng)代化工人應(yīng)當(dāng)勇于承擔(dān)起的責(zé)任。由于學(xué)科的快速發(fā)展，教材的編寫無法時時跟進(jìn)最新的科技前沿。催化反應(yīng)作為化學(xué)反應(yīng)工程重要的內(nèi)容，也是當(dāng)今世界研究熱門的領(lǐng)域，補(bǔ)充講述催化科學(xué)前沿，讓學(xué)生了解目前的三大催化挑戰(zhàn)：發(fā)展催化以解決能源和化工生產(chǎn)中的突出問題、發(fā)展催化以通向清潔和可持續(xù)的未來、應(yīng)對催化的復(fù)雜性[8]。概述催化反應(yīng)過程前沿研究，主要是技術(shù)耦合，例如催化精餾[9]、膜催化[10]等。講新型的催化反應(yīng)器，拓展學(xué)生對反應(yīng)器設(shè)計的認(rèn)知，例如駱廣生教授的微通道反應(yīng)器[11]、陳建峰院士的超重力反應(yīng)器[12]等。通過前沿的研究，拓展學(xué)生的視野，讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)工程的重大研究意義，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)同感和為學(xué)生注入源源不斷的學(xué)習(xí)動力。工程科學(xué)教育，需要讓學(xué)生多接觸真實的反應(yīng)情況、真實的應(yīng)用條件、真實的生產(chǎn)工況，這樣在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題，帶著問題進(jìn)入課程的學(xué)習(xí)能夠增強(qiáng)學(xué)生對課程的深入理解。在日后的工作崗位，面對工廠的生產(chǎn)問題能夠提出可行的解決方案，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的工程師。

2 強(qiáng)化實踐教學(xué)，提高創(chuàng)新水平

工科學(xué)生所學(xué)知識最終的落腳是要解決復(fù)雜的工程問題，學(xué)習(xí)成效僅靠課程教學(xué)不能滿足國家對培養(yǎng)創(chuàng)新人才的要求[12]。因此，實踐教學(xué)成為需要不斷加強(qiáng)的一環(huán)?；瘜W(xué)反應(yīng)工程的實踐教學(xué)主要內(nèi)容：化學(xué)反應(yīng)工程實驗、化工實習(xí)和包含大學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽、全國大學(xué)生化工設(shè)計大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗項目等學(xué)科賽事。利用實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)過的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器的設(shè)計知識，去解決實際面臨的工程問題。通過學(xué)生自主思考、動手操作、獨立發(fā)現(xiàn)分析解決問題，系統(tǒng)地掌握化學(xué)反應(yīng)工程課程的知識，形成實現(xiàn)創(chuàng)新的堅實基礎(chǔ)。

2.1 設(shè)置化學(xué)反應(yīng)工程實驗，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

在化學(xué)工程與工藝專業(yè)實驗中為學(xué)生開設(shè)5個涉及到化學(xué)反應(yīng)工程類的專業(yè)實驗：多釜串并聯(lián)返混、單釜和管式反應(yīng)器性能測、乙醇?xì)庀嗝撍埔蚁庖汗塘骰残阅軠y定和內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器中宏觀反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)測定?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)實驗和化學(xué)反應(yīng)工程屬于兩個獨立的課程，存在內(nèi)在緊密的聯(lián)系。因此，調(diào)整培養(yǎng)方案在授課學(xué)期為學(xué)生開設(shè)相關(guān)的實驗，構(gòu)建“理論-實踐”結(jié)合的綜合授課方案。實驗的授課同樣改變以往的單一模式，借助現(xiàn)有的實驗裝置，實施設(shè)計式實驗教學(xué)，通過項目式開展實驗授課。具體的實驗授課流程：首先讓學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)實驗講義、實驗小組討論設(shè)計實驗流程，之后實驗小組確定實驗方案，指導(dǎo)教師審核實驗方案，為實驗小組準(zhǔn)備需要的儀器藥品并強(qiáng)調(diào)實驗過程的安全問題。通過實驗方案審核后，實驗小組開始分工實驗操作、實驗數(shù)據(jù)記錄處理。指導(dǎo)教師根據(jù)實驗小組的實驗過程結(jié)果給出指導(dǎo)意見。最后實驗小組根據(jù)指導(dǎo)意見及時補(bǔ)充實驗，并撰寫實驗報告。整個實驗過程強(qiáng)調(diào)學(xué)生對實驗的自主設(shè)計、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力以及對數(shù)據(jù)處理和編寫報告的寫作技能。

2.2 結(jié)合工程學(xué)科競賽，培養(yǎng)知識的運用能力

引導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等，廣西民族大學(xué)化工專業(yè)學(xué)生近三年來，共計獲獎/立項72項。通過完整嚴(yán)格的競賽訓(xùn)練，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。其中獲得全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽二等獎3項、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國家級銅獎1項、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽廣西壯族自治區(qū)級一等獎1項、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目國家級立項4項。學(xué)生在參加各類競賽的過程中能學(xué)到Aspen Plus、Atuo CAD等專業(yè)軟件，熟悉文獻(xiàn)檢索，學(xué)會作品展示等。化工設(shè)計大賽中，反應(yīng)器的設(shè)計是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，反應(yīng)器的選型、催化劑的類型、物料的種類等綜合考慮，突出創(chuàng)新性，對學(xué)生運用化學(xué)反應(yīng)工程知識的訓(xùn)練具有非常大的幫助。眾多參賽學(xué)生反饋參加過競賽后，對化工專業(yè)的認(rèn)識加深了，同時學(xué)會了運用所學(xué)知識。

3 結(jié)語

化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程學(xué)科中重要的一門課程，要求學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究和反應(yīng)器設(shè)計，特別是能夠在研究化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上設(shè)計合適的反應(yīng)器實現(xiàn)產(chǎn)品的量產(chǎn)，結(jié)合化工原理、分離工程、熱力學(xué)、傳遞工程原理等課程的內(nèi)容，學(xué)會應(yīng)用所學(xué)解決工業(yè)生產(chǎn)中的工程問題。授課過程中注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、善于分析總結(jié)的能力。在課程改革中突出重點內(nèi)容、引入課程的前沿研究、增加課程答辯和課程論文的方式優(yōu)化課程教學(xué)，根據(jù)課程授課的需要，調(diào)整培養(yǎng)方案，構(gòu)建“理論-實踐”結(jié)合的教學(xué)方案。將化學(xué)工程與工藝專業(yè)實驗、化工專業(yè)競賽的課程實踐與化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)結(jié)合，實現(xiàn)學(xué)與用的結(jié)合，綜合訓(xùn)練學(xué)生的知識運用能力和工程實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，對提升教學(xué)成效非常有益。當(dāng)前新工科建設(shè)要求下，改革化學(xué)反應(yīng)工程課程，從學(xué)生面臨的現(xiàn)實問題出發(fā)，構(gòu)建課程教學(xué)和課程實踐一體的改革方案，關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，為打造高水平本科教育具有十分重要的意義。經(jīng)過改革，廣西民族大學(xué)化工專業(yè)學(xué)生近三年來，共計獲獎/立項72項，取得顯著的成績。隨著時代發(fā)展，教育改革需要持續(xù)跟進(jìn)，對于不斷出現(xiàn)的新問題，值得一起努力探索解決方案，通過不斷地課程改革推進(jìn)新工科建設(shè)，努力發(fā)展高水平本科教育，服務(wù)國家創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略。