钟瑞琴

(中国石油大学(北京) 化学工程与环境学院，北京 102249)

化工原理是中国石油大学(北京)石油化学工程及相关专业本科生必修的一门专业基础课，是我校作为石油特色鲜明、工科为主的院校的核心主干课程之一，担负着我校化学工程、石油加工、化工过程机械和自动化等专业的本科生教学由理论到工程、由基础到专业的过渡桥梁作用，对这些专业本科生的专业素质和工程能力的培养都起着至关重要的作用[1-2]。

化工原理课程涵盖了化工生产过程及其装置，内容涉及多种常见的基本单元操作、各种化工机械的结构和原理以及操作，其中既有由浅入深的过程和理论分析，又有诸多实践的经验总结[3-4]。由于《化工原理》课程内容较多，涉及的知识面较广，实践性和应用性强等特点，不仅学生普遍反映该课程较难，教师也面临若干教学难题。虽然我校自动化专业《化工原理》课程已开设多年，课程性质也早已从专业限选课变为专业必修课，但是在历年的该课程教学中普遍存在着学生学习目的不明确、学习动力不足，教师教学效果不佳等问题。

作者通过自身多年的自动化专业《化工原理》课程教学经历和对自动化专业本科生的调研发现这些问题主要是由以下几个因素造成的：

(1)《化工原理》课程的内容和体系相对稳定和陈旧，并未涉及自动化专业与《化工原理》课程讲授的化工单元操作之间的关系和应用的实例，导致不少学生认为该课程与自动化专业的其它专业课程之间没有太大关系，对其将来从事自动化专业工作没有太多用处，因此不仅限制了学生知识面的扩展，而且不利于学生建立起对《化工原理》课程必要性和重要性的正确认识，大大降低了该专业学生深入学习的兴趣。

(2)课程的大部分内容是从工程实践中抽象出来的数学模型和经验方程式[5]，由教师主导对每一个单元操作进行详尽的阐述及公式推导，对此学生不仅有枯燥感，也不能体会出课程应用性强的特点。

(3)自动化专业的《化工原理》课程学时短，任务重。相比于我校化工专业的两学期128学时授课，自动化专业的《化工原理》课程仅有一学期64学时，又同时包括流体流动、流体输送机械、传热、吸收和蒸馏五大基础章节的内容，因此若教学过程中仍沿用以往以教师课堂授课为主的教学方式，则显得教学节奏过于紧凑，不利于学生对课程内容的消化理解，教学效果不佳。

为了实现面向自动化专业的《化工原理》课程中教与学的质量和效果的双提高，通过对我校2014、2015、2016级三个年级自动化专业本科生化工原理课程的教学实践，对课程进行了教学改革。

1 建立化工原理课程与自动化专业间重要联系

针对自动化专业本科生普遍认为的《化工原理》课程与自动化其它专业课程相关性不强的问题，在教学过程中有意识地将化工原理课程与自动化其它专业课程内容进行关联化，在教学中增加了其它专业课中需要用到化工原理知识的讲述。

根据我校自动化专业培养方案中课程设定，经调研后发现专业必修课《过程控制工程》、《过程检测仪表》，专业选修课《石油加工工程》，专业实践或者实习《过程控制综合实践》、《炼厂认识实习》等自动化专业课均直接或间接应用到化工原理课程部分知识。自动化专业也称为控制科学与工程，核心就是做控制，我校的自动化专业是以学习化工过程控制为主的。在化工过程控制中，经常对四种量进行控制：流量、液位、压力、温度。在学习如何对这四种量进行控制之前，首先必须要学习化工生产过程的操作和原理，才能加深对控制范围的理解，以达到正确高效的控制。在自动化本科生专业必修课《过程检测仪表》的课程学习中流量检测仪表需要用到《化工原理》课程中流体流动章节的相关知识。《化工原理》中讲授的伯努利方程是该章学习的重点和难点，也是设计和使用各种流量检测仪表装置如孔板流量计，转子流量计等的原理和基础。只有掌握了这些装置的测量原理才会懂得如何使用或设计仪表。

在自动化本科生专业必修课《过程控制工程》中更是多处都体现了与《化工原理》课程内容相关的知识。例如该课程的液体输送设备的控制、传热设备的控制、精馏塔的控制这三章，分别对应了《化工原理》课程的流体输送机械、传热、蒸馏三章的相关知识。在课堂讲授《化工原理》中液体输送设备的流量计的结构和原理部分时，适当结合《过程控制工程》中的液体输送设备的控制方案内容。在讲授《化工原理》中传热过程原理、换热设备结构时，适当结合《过程控制工程》中的传热设备热焓和热量控制方案内容。在讲授《化工原理》中精馏过程原理、精馏设备结构及性能影响因素分析时，适当结合《过程控制工程》中的精馏塔产品质量指标选择、精馏塔基本控制和优化控制以及自动化专业选修课《石油加工工程》中石油蒸馏章节中的原油蒸馏塔的操作特性和工艺计算等内容。

在自动化本科生专业课程设计《过程控制综合实践》中，以上《化工原理》相关知识的理解和掌握更是在学生作设计过程控制系统时会进一步得到加深。

通过这些关联性介绍不仅增强了学生对《化工原理》课程基础性和重要性的认识，也增加了学生对于《化工原理》课程的学习兴趣。

2 变被动学习为主动学习和趣味学习

为了增强学生学习的主动性和积极性，在教学手段中还尝试开展了研讨式教学模式。例如在蒸馏章节中讲授精馏塔的安全操作问题上，结合《过程控制工程》专业课中的相关内容，让学生自己思考讨论精馏塔的哪些操作参数必须限制在约束条件之内？在精馏塔发生不正常操作中，精馏塔的限制条件包括液泛限、漏液限、压力限及临界温差限等会引起哪些控制方面的扰动？常用的控制方法有哪些？怎样设计出比较完善、合理的控制方案？基于以上问题的讨论，不仅加深了自动化专业同学对《化工原理》的基础性和重要性的认识，而且提高了学生应用多种课程所学知识协同解决问题的能力。再如在传热章节中讲授到换热器冷热流体流程的选择问题时，教师先把常见的冷热流体都罗列出来，让学生根据之前所学的一些原理性知识和生活常识来自己思考如何设置该流体应走管程还是壳程的问题，说出理由，与同学们一起思考讨论。在研讨中，学生很深刻地记住了正确的选择。

3 网络学习资源平台建设

为自动化学生搭建了课下学习的网络学习资源平台，具有指导、学习、总结、检测四大功能部分。通过这一平台，使学生更深入地了解这门课的有效学习方法，多方面促进学生对课堂知识的理解和消化，以及对自己学习情况的及时掌握，最终达到使学生对这门课从理论到实践的双促进和提高。

鉴于《化工原理》课程知识点琐碎、工程思维的特点，学生在学习过程中，普遍存在课上能听懂，但课下不会用的现象，即使基本概念和公式都记住，但是遇到问题仍然不知从何下手，分析和解决问题的能力较差。这种现象归根到底还是因为学生的工程意识不足，不具备工程思维所导致。因此，帮助学生尽快掌握《化工原理》课程正确的学习方法是非常必要的，有助于学生掌握整个化工原理的各个单元操作的研究方法、研究手段的规律。在网络学习平台中提供了编写的针对每一章节内容的学习方法、学习要求和学习重点，让学生在明确并掌握正确的学习方法的基础上，对每章的各个知识点和重点知识点有个清晰的认识和重视，从而调整学习方向、合理分配学习时间。

又因为《化工原理》课程课时短、教学任务重，若教学过程中仍沿用以往以教师课堂授课为主的教学方式，则显得教学节奏过于紧凑，不利于学生在课堂的有限学习时间内对课程内容的消化理解，将严重影响教学的效果。因此，在网络学习平台中上传了学生复习和预习版的课件，而之所以不同于教师课堂上使用的课件，是考虑到多给学生留下思考的机会和空间，同时提高对教师课堂讲授的关注度。同时增加了动画和图片，加深学生对某些知识点的形象化认知和理解，作为教材和课堂的有益辅助和补充。

自动化专业本科生常常反映《化工原理》课程知识点过多，只能死记硬背，难以活学活用，如何帮助学生梳理顺每个章节的大知识点之间以及各个细小知识点之间的逻辑关系和有机联系至关重要。在网络学习平台中编写了每章的知识点之间的脉络关系图，展现该章节主要研究内容之间的逻辑顺序和相互关系，进而延伸到每一部分的组成和相互间关系，最终形成了一章内容的整体脉络关系，对于帮助学生学习时由点到面，再由面到点的思考问题方式培养非常有益。

《化工原理》作为典型的工程学科课程代表，学以致用是最终的学习目的，因此对于本科生而言，只能通过大量的做题练习来提高分析问题和解决问题的能力，对于这门课的学习也可以起到检测学习效果和查缺补漏的作用。在网络学习平台中汇总编写了针对自动化专业学生学习的《化工原理》教材的思考题和习题。思考题的设置有助于锻炼学生多角度和全面分析解决问题，锻炼学生串联多个知识点进行分析问题的能力。计算题的设置有助于培养学生利用所学知识来解决实际工程问题的能力。

4 结语

综上，通过以上对自动化专业本科生有针对性的教学改革措施，有效提高了学生对《化工原理》课程的重视度，增强了学习热情和兴趣，锻炼了学习能力，体现了以学生为主体的教学观念。