郑争志

(安徽大学化学化工学院，安徽 合肥 230601)



PBL模式在化工原理课程体系教学中的探索

郑争志

(安徽大学化学化工学院，安徽 合肥 230601)

PBL教学模式是以学生的主动学习为主，将学习和现实问题相结合的一种新型教学模式，根据其特点，将此教学模式和化工原理理论课、化工原理实验和化工原理课程设计进行了有效结合。通过这项教学改革措施，有效的提高了化工原理课程体系的教学效果，增强了学生的工程意识，并为我校化学工程与工艺专业2014年通过中国工程教育专业认证提供了有力的支撑。

PBL模式； 化工原理；实验；课程设计；教学改革

PBL(problem-based learning， 以问题为基础的学习方法) 模式是一种近几年在实践型课程中出现的新型教学模式，是以问题为导向，以学生为中心，基于实际问题的教育方式， 1969 年由美国的Barrows 教授首创，目前已成为世界上比较流行的一种教学方法[1]。与传统教学方法以教师讲授为主不同，PBL 教学模式是以学生的主动学习为主。PBL 教学模式将学习与现实的任务或问题结合，让学生置身于问题中，把学习过程设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学生团队合作和自主学习来解决问题，从而将所设计问题隐含的科学知识更深刻的学习，形成解决问题的技能和自主学习的能力[2]。

PBL教学模式的特点符合工科专业实践类课程教学的需求，PBL 教学模式可以在工科专业实践类课程教学中有效开展。化工原理是化工类及其相关专业的核心基础课程，它以化工及相关工业中各种物理生产过程为背景，系统阐述了这些物理生产生产过程中的各种单元操作的基本原理、设计计算、典型设备选型及安装等内容，是介于自然科学理论与工业生产实践之间的一门“桥梁”学科[3,4]。该课程体系包括化工原理理论课、化工原理实验和化工原理课程设计，有工程学科的典型特点，应用面广，实用性强。学生学习化工原理理论课程，第一次接触到“工程”的概念[5]，并在化工原理实验和化工原理课程设计中不断加强。因此，本课程对学生工程意识的培养具有至关重要的作用[6]。

而学生在学习该课程前，接触的课程主要是化学、高等数学和物理学等理论性较强的基础课，缺乏工程观念， 学生的学习仅仅局限于书本的内容和习题， 对实际的工业生产过程缺乏了解， 在遇到实际问题时， 无法对学过的知识进行灵活的应用，进而影响其他和该课程相关的其他课程或设计的学习。

学生工程观念的形成和培养对其顺利走上专业岗位有重要作用[7]。针对本课程体系特点和教学中存在的问题，我校化工原理课程教研组教师不断的将新的实践教学方法引入到传统化工原理课程体系教学的过程中。其中，把PBL教学模式与化工原理课程体系结合，培养学生的工程意识和解决实践问题的能力，取得了显著的成效，为我校化学工程与工艺专业2014年通过中国工程教育专业认证提供了有力的支撑。

1 PBL教学模式与化工原理理论课程学习相结合

传统的PBL教学模式是以问题为导向，以实际问题为载体，学生以小组为单位，突破课堂限制，使学生研究和学习的时间、 空间得到拓展和延伸，培养学生综合知识、运用知识的教学方法。根据化工原理理论课程的特点和学时的限制，该理论课程在学习过程中很难做到以小组分工和讨论的形式进行课下学习，课上总结。但是在学习相关理论前，可以以问题为导向，启发学生根据问题去思考，带着问题在学习过程中通过理论学习一步一步揭开问题的答案和原因，从而提高学生学习的积极性和主动性。

对于化工专业或以化工原理课程为专业核心课专业来说，化工原理理论课一般在大二下学期和大三上学期进行。此时的学生只学习了理论性较强的基础自然学科，没有工程意识和工程观念。对此时的学生只能提出和所教学理论内容相关的日常生活例子作为问题，引发学生的思考。例如在学习能量传递重要内容——伯努利方程之前可以让同学们思考：为什么火车站台要划一米线？家里给鱼缸换水的时候只要用一根软管一吸，水就会源源不断的通过软管从鱼缸流出来？在学习传热这部分内容之前可以让同学们思考：日常使用的暖水瓶为什么采用软木塞，为什么瓶胆要镀银，还要对瓶胆抽真空？打开水的时候是把水放的满满的好，还是不要打的太满，水位到瓶塞之间还有一段空隙比较好？刚上完体育课比较渴，刚从暖水瓶里倒出来的开水如何让它比较快的变凉，这些方法的原理是什么？在学习蒸馏这部分内容之前可以让学生思考：通过粮食发酵出来的米酒度数一般比较低，如何得到酒精度较高的酒？等等。

通过这些问题的引导，可以让同学们知道化工原理所学的理论知识不止局限于工业应用，在实际生活里也随处可见，学好这门课不但能对生活中相关的问题知其然，还会知其所以然，同时也会增加同学们解决日常相关问题的能力，提高了学生们学习这门课的兴趣和积极主动性。在学习完相关理论知识后，再把此部分知识的应用延伸至工业应用，在工业应用的过程中会遇到哪些问题，这些问题在设备设计及安装维护过程中是如何进行解决的。同时，为检验学生学习了相关理论内容是否融汇贯通，能够灵活应用或者解决实际问题，在考核过程中也可以增加相应的问答题让学生进行相关理论的阐述。

2 PBL教学模式与化工原理实验相结合

化工原理实验作为将化工原理理论与实践联系起来的重要环节，是理论课的重要辅助和补充，它不同于其他基础课程的实验，属于工程实验范畴，是化工及相关学科的重要实验课[8]。化工原理实验是在已经学习完相关理论课程后进行的实践课程，其实验内容以测定参数，验证相关理论为主。根据专业认证相关要求，实验操作一般每台(套)不多余4人，根据分组情况在实验课程的前期，根据相关实验内容的要求，把实验以实际工程生产的形式让学生进行预习，让学生带着问题查阅文献和相关资料，收集与本实验的相关信息，了解该实验装置在工业生产中的用途、 地位和操作方法。通过该过程使学生加固已学理论知识，搞清楚实验目的、 实验原理、实验流程， 并对实际设备的操作、使用规范和安全注意事项有更深入的了解。通过学生对实验过程、实验设备操作及安全注意事项的讲解或者提问的形式，了解学生的预习情况，老师再根据学生预习的情况给予补充或提醒。实验过程中严格进行实验操作，认真进行原始数据的记录，及时进行计算，将结果汇总。实验结束， 老师和学生对相关结果进行讨论分析，并把实验过程和实验结果进行工业应用的延伸，为后面化工原理课程设计、化工设计及工厂的实习见习打下基础。

3 PBL教学模式与化工原理课程设计相结合

化工原理课程设计是化工原理课程后一次综合性能力训练，目的是让学生掌握单元设计的基本要求、流程及设备选择的方法、设计步骤和设计说明书的撰写，培养学生对过程、设备进行选择和设计的能力，训练学生查阅(手册) 资料、撰写设计说明书的能力，培养学生综合运用所学的知识分析问题和解决问题的能力，为学生今后从事化工类型工程设计奠定初步技术基础，对学生工程能力的培养和提高及其重要[9-10]。化工原理课程设计所涉及的课程知识除了化工原理之外，还要求学生学会图纸的绘制方法，能够独立查找和估算化工物性数据，合理论证流程并进行设备的选择，掌握流程和设备设计的一般步骤和具体计算方法，熟练编写设计说明书，达到综合运用所学化工原理课程及其相关知识，提高工程设计的能力。

在学习过化工原理理论课，进行过化工原理实验后，学生掌握一定的理论基础和具备一定的解决实际生产问题的能力。此时采用PBL教学模式开展化工原理课程设计，更能提高学生的工程设计能力。我校化工专业同学化工原理上册学习结束后进行换热器设计，化工原理下册学习结束后进行塔器设计，较其他院校或非化工专业学生进行一次化工原理课程设计相比，学生进行了更全面更深刻的学习。课程设计前期，指导老师根据实际生产任务提出相应的换热器或塔器设计任务。学生每3～5人一个设计任务，每人一个设计条件，合理分工进行查阅文献，汇总资料，提出合理的设计思路和方法。和指导老师进行汇报或讨论后，经指导老师提示注意事项或学生未考虑到的问题，对设计方案进行局部修改后进行进一步设计。在设计过程中，学生需要查阅资料，根据资料中已有的工程经验值自行选择设计初值，待设计过程完成后再对代入的初值进行校核，看是否满足赋值条件。从设计方案的确定，设计过程的进行到画出设计图纸和设计说明书，整个过程都是以学生为主题，将学到的理论知识、实际操作经验和查阅资料收集汇总的信息运用到解决工程设计问题中去。

化工原理课程设计量较大，并且设计一般集中在学期末的两周，为保证课程设计能顺利圆满地完成，保证每位同学的设计工作量，要求指导教师能及时地解决学生在课程设计里遇到的问题，并合理规定好学生的设计时间，确保设计的质量。

4 PBL教学模式对老师和学生的要求

PBL作为一种新的教学模式，对教师的素质和教学技巧都有很高的要求。要求教师不但对本专业、本课程内容熟练掌握，还应当扎实掌握相关学科知识，并要具备提出问题解决问题的能力、灵活运用知识的能力、严密的逻辑思维能力。我校化工原理教研组教师均担任至少一门除化工原理课程体系以外的化工专业必修课程，例如，化工热力学，化学反应工程，化工仪表及自动化和化学分离工程等课程。同时，教研组教师均有化工相关专业工科教育背景，具备扎实的工程训练基础和系统的工程观念。为了解化学工业生产的最近技术和设备，教研组教师经常去工厂、企业和其他高校进行调研；从事化工原理课程设计和其他设计课程教学的老师还根据自身情况，依据地理优势，利用假期去安徽省化工设计院和东华工程科技股份有限公司进行设计培训和训练，从而不断提高个人专业技能，为PBL教学模式在化工原理课程体系的顺利开展提供了强有力的前提条件。

PBL教学模式在化工原理课程体系中开展，还需要学生具有一定的知识储备。比如，学生需要具备微积分的概念和运算能力，以便学习化工原理理论课过程中基本知识和相应公式的推导计算；学生需学习过物理化学课程，以便学习质量传递中的亨利定律和拉乌尔定律相关内容，理解理想体系的概念；学生需学习过工程制图，以便读懂图纸资料中单元操作设备结构，并在设计过程中通过画图表达出来；等等。学生从得到教师提出的生产操作问题或设计项目开始，就要查阅大量的文献资料，并积极与其它同学交流沟通以便工作后能主动学习，灵活运用所学知识解决实际工程问题，胜任工程师这一角色。

5 结 语

PBL教学模式是一种新型的教学模式， 具有很多其他教学模式不可比拟的优点。化工原理课程体系，尤其化工原理实验和课程设计性质及教学环境特点非常适合采用 PBL教学模式。我校在化工原理课程体系教学过程中， 采用了这种新型的教学模式，取得了比较好的教学效果。PBL教学模式不仅使学生在化工原理课程体系理论学习中提高了工程意识，还锻炼了学生们查阅文献资料、归纳总结和自学的能力，这些将对今后走上工作岗位，开展工程项目打下良好基础。

[1] 刘春城. PBL教学模式在工程训练教学中的探索与实践[J]. 实验技术与管理, 2012, 29(4):158-161.

[2] 张瑶. PBL在急救医学教学中的应用[J]. 中国高等医学教育, 2009(5):92-93.

[3] 郭继志, 穆文俊, 陈世醒, 等.把培养学生的工程意识和工程能力贯穿化工原理教学全过程[J].化工高等教育, 1997(3):31-33.

[4] 倪献智.化工原理课程教学中突出工程观点和方法教育[J].化工高等教育, 2007(3):79-82.

[5] 徐畅. 化工原理课程教学改革探索[J], 合肥师范学院学报, 2013, 31(3): 94-96.

[6] 王维德.化工原理教学应重视培养学生解决工程问题的能力[J]. 化工高等教育, 2006(2):79-80.

[7] 戴益民, 李浔, 张跃飞, 等. 专业认证背景下化工原理实验工程素质的培养[J].化工高等教育, 2013(4): 39-41.

[8] 赵清华, 高焕方, 许俊强, 等. 化工原理实验教学中工程观点的培养[J]. 化工高等教育, 2010(1): 37-39.

[9] 刘瑞江, 张业旺, 李红霞, 等. 化工原理课程设计实践教学研究[J]. 实验科学与技术, 2015, 13(2): 92-95.

[10]马四朋, 钟理. 化工原理课程设计的深层改革探索[J]. 化工高等教育, 2006(2): 43-45.

Exploration of Teaching System in Principles of Chemical Engineering Course by PBL Model*

ZHENGZheng-zhi

(School of Chemistry & Chemical Engineering,Anhui University, Anhui Hefei 230601, China)

PBL model teaching mode, which is engaged students learning activity, is a new methodology consisted of the learning and real problem. According to the characteristics, the PBL module is effectively combined with the Chemical Engineering Theory course, the Chemical Engineering Laboratory course and the Chemical Engineering Design course. The PBL module not only improved the teaching efficiency, but also enhanced the consciousness of engineering of students. Via this measure of teaching reform, it offered a strong support to the Chemical Engineering and Technology major in our university passing the Chinese engineering education professional certification in 2014.

PBL model; Principles of Chemical Engineering; experiment; curriculum design; teaching reform

安徽大学本科教育质量提升计划项目(No:ZLTS2015056)；安徽大学化学化工学院研究基金。

郑争志(1984- )，女，讲师，主要从事烟气脱硫和化工分离过程的研究。

G420

A

1001-9677(2016)021-0166-03