摘要: 在我国化工类工程人才的培养中，化工原理是化工类专业的一门重要专业基础课，担当着从理论到实践的桥梁作用。文章从思政教育、仿真实验、过程化考核、培养工程意识、案例教学法等方面，探讨了一些理论授课体会，旨在激发学生的学习兴趣，增强理论学习效果，提升学生解决实际工程问题的能力。
Abstract: In the cultivation of chemical engineering talents in our country, the principle of chemical engineering is an important basic course of chemical engineering specialty, which plays a bridge role between theory and practice. This paper discusses some theoretical teaching awareness and reflections from the aspects of ideological and political education, simulation experiment, process assessment, engineering concept training, case teaching method, etc., which aim at stimulating students’ interest in learning, enhancing the effect of theoretical learning, and improving students’ ability to solve practical engineering problems.
1. 引言
化工原理课程是化工类及相近专业的一门重要专业基础课，它在基础课与专业课之间起着承前启后的作用，是自然科学领域的基础课向专业课过渡的入门课程，其主要介绍动量传递、热量传递和质量传递的基本原理及主要单元操作的设备构造、操作原理等内容，这些都和实际的化工生产过程紧密相关，课程学习对学生的专业素质和解决工程实际问题能力的培养起着至关重要的作用。
作者在烟台大学化学化工学院《化工原理》课程的授课实践中，总结了一些教学经验与心得，以期为该课程的理论授课提供参考。
2. 思政案例融入课程教学
化工原理是工科的基础核心课程之一，具有很强的工程性和实践性。充分挖掘与课程相关的思政元素，巧妙融入社会主义核心价值观、中华民族优秀文化等内容，引导学生树立正确的人生观、世界观和价值观，提高思想道德水平、政治觉悟和职业素养[1] [2]，以期培养出优秀的化工人才。
2.1. 爱国敬业、使命感的培养
化工原理课程不仅是工科基础课程，也是学生理解和掌握化工过程与设备运作的关键。通过将思政教育融入课堂，可以有效培养学生的爱国敬业精神和使命感。例如，在涉及传热操作时，引入国家重点工程青藏铁路的建设。青藏铁路所处地区海拔较高，温度较低。为了解决夏季气温较高引起冻土融化，导致路基变形的问题，利用热管技术，通过制冷剂循环将冻土内的热量传递给土层表面，进一步散失于空气中，从而消除安全隐患。通过了解传热知识在国家重大科技创新工程中的应用，能够增强学生对制度自信、文化自信的深刻理解，获得民族自豪感、责任感和使命感。具体案例可以涵盖国家在化工领域的战略需求以及应对全球环境挑战的技术创新，促使学生意识到自己的学习与国家发展之间的密切联系。
2.2. 绿色发展观的培养
绿色发展观是现代化工教育的重要组成部分。在化工原理众多的单元操作中，节能减排是需要考虑的问题，时刻都在践行降低成本、减少污染的绿色发展观理念。在传热过程的讲解中，以传热系数、传热温差和传热面积为抓手，达到提高传热效率、降低设备成本的目的。这样可使学生感受到，通过合理的布局冷热源、换热器设计，可以达到节约能源、降低能耗的目的，从而养成珍惜资源、节约能源的意识。针对均相混合物分离的单元操作如精馏、吸收等，操作原理和设备设计等知识固然重要，但是也要渗透环保理念的培养。在这些过程中，往往会涉及到废气、废液的排放，这就和环保、安全理念相关。国家的相关法律法规对废弃物排放有严格的标准，化工行业要严格遵守相关的法律规范。除了概念、原理、设备等讲解之外，在化工原理课程中，通过介绍绿色化工的基本理念及其应用案例，可以帮助学生认识到化工行业对环境的影响以及绿色化工的必要性。举例来说，分析某些企业如何通过技术创新减少废物排放，不仅能够提升学生对绿色发展的理解，还能培养他们在实际工作中践行绿色理念的意识。
2.3. 科学方法论的培养
化工原理的教学不仅要教授理论知识，还要培养学生科学的思维方式。在教学过程中，运用科学方法论，如实验设计、数据分析和模型验证等，帮助学生理解化工过程中的复杂问题。例如，工程问题的复杂性来源于多因素的共同影响，较难用统一的数学公式进行描述。有时，为了描述真实的状态，在前期的研究过程中，通常引入理想状态，进行推导、演绎得到较为简单的理论公式，之后再进行相关的修正，得到真实状态下的表达式。化工原理中的三种传递，动量传递、热量传递、质量传递，所包含的复杂公式都是从理想体系得到的牛顿粘性定律、傅里叶定律和菲克定律中演化、修正而来。在复杂工程问题的处理过程中，通过凝练关键科学问题，引入理想体系或概念，将复杂问题理想化，之后再进行修正的思路予以解决。
2.4. 逻辑思维能力的培养
化工原理的学习需要强大的逻辑思维能力。通过引入实际案例和问题情境，学生需要运用所学理论进行分析和推理。本门课程所涉及内容多、知识面较广，在各个单元操作的讲解过程中，需要遵循一定的逻辑性。首先，讲解单元操作中所用到的基本概念和基本原理。其次，分析研究单元操作过程及其相关计算问题(设计型计算和操作型计算)。最后，将所学的基本理论知识应用于实际的工程问题，帮助学生将理论知识和实际应用做到有机统一。
3. 引入仿真实验
实习、实训等是学生对真实职业环境的重要体验过程．但是这些教学环节的发生地点，通常是进行实际生产操作的工厂，一般都不让学生进行现场操作，以免发生意外和生产事故。所以，利用计算机软件模拟真实的操作、控制环境，进行化工仿真实训，能够使学生巩固理论知识，提高操作技能。仿真训练通常接近于实际生产过程，通过仿真，加强学生对现场的认识，使学生有种身临其境的感觉。能够掌握常见典型化工单元过程的操作，对开停车规程、正常开工、调节等知识点、操作要点、工艺参数范围、控制系统的原理、阀门及操作点的作用有较为详细的了解。通过事故发生演练，使学生了解事故产生的原因、危险扩散的过程、产生的后果以及如何排除事故等内容。增强学生安全意识，提高工程素养。教师可以统一讲解和演示，学生同时进行操作，同学之间还可以进行交流讨论，学生较容易掌握整套操作流程，消除畏难情绪，增强学生的自信心，激发学生的学习兴趣，提高效率。
4. 过程化考核
为了提升学生综合素质，降低应试教育的影响，全过程化考核在众多高校开展实践[3]。过程化考核不以期末考试作为唯一考核办法，提高过程性考核所占份额，将平时作业、小测验、学习笔记、期中考试等按照不同的比重，纳入总成绩。过程化考核是一种基于学生学习过程的评估方式，具有以下优势：(1) 不仅关注学生的最终成绩，还关注他们在学习过程中的表现，包括参与度、解决问题的能力和团队合作等，全面评价学生能力；(2) 采用多维度过程化考核，对各个章节内容设置习题测试、章节测试，在学习过程中和学习后进行考核。通过定期的过程性评估，教师可以及时发现学生在学习中的问题，对重难点知识的理解掌握情况，并给予针对性的指导和反馈，改进课堂教学的方式和方法；(3) 这种考核方式可以激励学生持续努力，通过不断的自我评价和改进，增强他们的学习动力和自我管理能力；(4) 化工原理章节较多，且以前期学习的高等数学、物理化学、化工热力学等科目作为学习基础，需要学生花费大量的精力和时间进行学习和消化。加之，课前不预习、课后不复习、迟到等现象在学生中普遍存在。而过程化考核可以针对不同的教学环节，不受时间、地点的限制，鼓励学生自主学习，将学习情况及时的反馈给任课教师。同时，这种灵活的考核机制可以有效减少学生旷课、迟到等现象，使学生端正学习态度，培养良好的学习习惯。教师在实施过程化考核时，也应该注意以下问题：多元化的考核方式也赋予教师较多选择进行相应的考核，但是教师要审慎地选择考核方式，让其达到直接、高效的目标，同时注意课程目标达成度和课程考核方式之间的匹配性。考核方式确定之后，考核权重的设置会直接影响学生对于此项考核的重视程度，对于考核目标的达成起到重要作用，因此，教师应根据课程目标合理地设置考核方式。
5. 培养学生的工程意识
5.1. 过程速率的意识培养
在实际的化工生产过程中，操作设备的投资大约占总投资的90%，且操作费用中大部分是使用在常规的单元操作中，比如流体流动、精馏、吸收、干燥、传热等。为了提高生产效率，降低设备费用或操作费用，一般都希望在单元操作过程中有较高的传递速率[4]。化工原理的单元操作众多，但是都可以划入三传的范畴，过程速率由推动力和阻力共同决定。操作点与平衡状态之间的距离，可以看作是操作过程的推动力。阻碍操作点向平衡态移动的因素，称之为阻力。显然，通过增加推动力或降低阻力，均可以达到增加过程速率的目的，从而提高生产能力。例如在吸收操作中，为了强化吸收，提高传质速率，首先要根据具体情况分析过程的阻力是主要存在于液相还是气相中，找出起决定作用的控制阻力，然后采取措施降低控制阻力，从而减小总阻力，提高过程速率。当然如果减小非控制阻力也能一定程度上降低总过程阻力，但是这种方法降低的程度有限，并不能真正的解决实际的问题。这种思路在化工原理的学习过程中，非常普遍，比如传热过程中的控制热阻。在学习过程中，应该类比着进行学习，达到举一反三、触类旁通的效果。
5.2. 设计优化的意识培养
社会的进步和经济的发展都依赖于技术的更新迭代和生产效率的提高。在实际的生产过程中，为完成一定的生产任务，需要使用特定的设备，根据设备的形式、制造材料、操作条件的不同，可以存在若干的设计方案。同一台设备，所选用的操作参数不同，会直接影响到设备费与操作费，二者之和为总费用。一般情况下，随着某一个操作参数的变化，设备费用和操作费用的变化趋势刚好相反，二者之和呈现U型曲线的特征，总费用存在极小值，其所对应的操作参数，通常为最优数值。除了经济上的合理性，也要兼顾技术上的可行性，在这种前提下，进行经济核算，使得总费用最小。这种优化设计思想会贯穿众多单元操作的学习过程中，比如精馏操作中的回流比，流体流动中的流速，吸收中的气液比等。
5.3. 复杂问题过程分解
化工过程通常涉及多个复杂的环节，学生需要学会将复杂问题分解为若干个子问题进行解决。在教学中，可以通过案例分析和分组讨论的方式，指导学生如何将一个复杂的化工过程拆解成多个简单的部分，逐步解决每个子问题，最终达到整体优化的目的。这种方法能够帮助学生提升解决复杂问题的能力，并培养他们的工程思维方式。
6. 案例教学法的探究
案例教学是指在教师的指导下，根据学生的特点、教学目的和教学内容，运用、分析案例，引导学生自主探究性学习，以提高学生分析问题、解决问题能力的一种教学方法。目的是通过选择的知识实际案例，培养学生掌握基础知识，解决新问题的能力[5]。案例教学法是一种通过具体案例进行教学的方法，可以帮助学生将理论知识应用于实际问题中。在化工原理的教学中，案例教学的方法可以分为开篇案例法、问题案例法和综合案例教学等。开篇案例法可以在课程开始和每个单元操作的讲授前进行介绍案例，有助于学生了解课程的存在意义和实用价值，提高学生学习该课程的兴趣。问题案例法，是在讲课过程中，针对某一个具体的知识点，教师先列举生产过程中存在的具体问题，通过深入分析导致该问题的原因以及可能的解决思路或方法，引出本章要讲的知识点，可以加深学生对本知识点的印象以及理解程度。综合案例教学是在每个单元操作结束时，给出几个操作型或校核性题目，提出需要解决的工程问题，引导学生综合利用本单元操作的基本知识，提出合理的改造方案，讨论每种方案的优缺点。总之案例教学法实施，能够给理论教学带来事半功倍的效果，显著提升教学质量，具有以下优势：(1) 提高学习兴趣：通过引入真实的化工工程案例，如某化工企业的工程经验或遇到的问题，能够激发学生的学习兴趣，使他们更积极地参与课堂讨论和学习。(2) 促进理论与实践结合：案例教学可以将理论知识与实际应用结合起来，使学生能够理解理论在实际工程中的应用，提升他们的实践能力和综合素质。(3) 培养问题解决能力：通过案例分析，学生需要分析问题背景、识别关键因素、提出解决方案，并进行评价。这一过程能够有效提升学生的问题解决能力和创新思维。(4) 提升团队合作能力：案例教学通常需要学生进行小组讨论和合作，通过团队合作解决问题，可以提高学生的沟通能力和团队协作能力。
综上所述，化工原理的教学不仅需要注重理论知识的传授，还要结合实际案例进行思政教育和职业素养的培根铸魂。通过引入仿真实验、过程化考核、培养工程意识和应用案例教学法，可以有效提高学生的学习兴趣和解决复杂工程问题的能力，培养具有社会责任感和创新精神的“新工科”化工人才。