化工原理教学改革探索
林晓清
(广东工业大学轻工化工学院，广东广州510006)
Exploration on Teaching Reform of Chemical Engineering Principles
for Bioengineering Majors Based on New Engineering Education
Lin Xiaoqing
(School of Chemical Engineering and Light Industry,Guangdong University of Technology,Guangzhou510006,China)
Abstract:Chemical engineering principle is a professional basic course in the training system of chemical engineering and pharmaceutical major.However,it is difficult for students who are not chemical engineering majors to learn,such as bioengineering majors.In the aspect of teaching content reform,we revised the teaching content according to the characteristics of bioengineering majors,and introduced new technologies,new equipment and new methods used in the development of chemical engineering and industrial bioengineering filed in the teaching process,so as to combine the latest scientific research achievements in bioengineering with unit operation.In the aspect of teaching mode reform,it is proposed to attach importance to the teaching of the first class in the chemical engineering principle and to create a classroom atmosphere in which teachers and students study and discuss together.Through the exploration of the teaching reform of chemical engineering principles,the students of bioengineering major are trained to use the knowledge of chemical engineering principles to solve the practical problems of complex engineering in the field of biorefinery.
Keywords:new engineering；bioengineering；chemical engineering principle；reform in education；complex engineering
高等教育发展水平是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志。工程教育与产业发展紧密联系、相互
支撑。为主动应对世界范围内的新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展，“中国制造2025”等一系列国家战略，教育部推进“新工科”建设，各大高校也在积极探索“新工科”背景下课程教学内容及教学模式改革。
《化工原理》课程是生物工程专业课程体系中一门重要的基础核心课程[1]，内容涉及单元操作基本理论、工艺计算、设备工艺的设计和选型、经济核算和节能等问题[2-3]。然而，广东工业大学生物工程专业《化工原理》课程在讲授过程中普遍存在两个问题：(1)《化工单元操作过程与设备》教材里大部分的教学案例及例题选自石化炼制行业内的生产过程，对于生物工程专业的学生来说比较陌生，学习起来有一定的难度[4]；(2)与化学工程与工艺专业安排的48学时相比，生物工程专业的《化工原理》课程学时安排较少，仅为32学时[5]。因此，在新工科及少学时背景下，生物工程专业开设的《化工原理》课程必须快速适应新工科对高校人才培养的要求，主动对现有《化工原理》课程进行尝试性改革，注重学生快速学习能力的提升，增加对各学科知识能力的交叉融合训练，增强学生良好的工程意识及解决生物炼制领域复杂工程问题的能力，加快对新技术、新业态、新产业、新模式为特点的未来工业经济发展的适应。
1教学内容的改革
小爸爸 演员1.1根据生物工程专业的特点修订教学内容
薛之谦女友目前，《化工原理》大部分教材在编写上都是选用化工生产过程中的案例进行分析，讲授的章节主要包括流体流动、流体输送机械、过滤、传热、蒸馏、吸收、干燥等传统章节[6-7]。因此，我们根据广东工业大学生物工程专业的定位和培养目标，结合化学工程与工业生物工程产业的特殊需求适当调整教学内容，争取做到主次分明、突出重点。比如，针对生物工程中涉及发酵产品生物制造过程中常用到的单元操作，我们在沉降与过滤及其流态化章节中重点讲解离心沉降的原理及应用，并重点介绍生物发酵产品去除微生物菌体及残存固体培养基常用的板框过滤的基本原理及应用。根据微生物发酵、酶解反应中操作温度较低的特点，我们在传热章节中精简了热辐射的内容，在干燥章节中增加了冷冻干燥的相关知识点讲授。同时，我们也适当引入了谱吸附、双水相萃取、超临界萃取、膜分离和结晶等与生物炼制行业密切相关的单元操作的基本原理及应用的讲解，使学生在充分掌握《化工原理》课程中单元操作原理的同时可以更新传统的生物提取分离技术，从而培养生物工程专业学生产学研用相结合的思维方式。
1.2授课过程中引入化学工程与工业生物工程专业发展所用的新技术、新设备和新方法
生物炼制领域内涉及的发酵、酶解糖化、分离提纯、结晶等先进技术在进行产业化应用过程中非常关键的一环就是将实验室的研究成果经小试—中试—工程放大。因此，在给生物工程专业学生讲授《化工原理》课程时，我们非常注重学生在工程经济性观念的培养。一方面，主动将单元操作仿真模拟、Aspen Plus模拟软件、流体力学模拟软件、Comsol Multiphysics、gPROMS等过程模拟软件以及生物
炼制产业最新的工程案例引入《化工原理》课堂教学中。另一方面，结合自己在生物炼制化学品、谱与吸附分离工程领域的研究进展，针对生物丁醇、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛等产品分离纯化的特性，结合数学模型的构建、求解、优化并指导工程放大向学生介绍过程模拟研究如何缩短生物炼制行业中的产业化放大过程，如何节约时间和人力、物力和财力的支出。同时，我们还针对如何从低浓度多组分发酵液中分离纯化目标产物让学生根据所学知识进行分离方法的选择，具体方案的制定，以及不同小组选用不同方法之间的比较，引导学生不仅要会分析问题，还要合理地解释解决问题的过程，使其经济和工程观念融入生物炼制领域复杂工程问题解决中，培养学生严谨的思维方式和解决实际问题的能力。
[收稿日期]2021-03-10
[基金项目]广东工业大学高等教育教学研究和改革项
[作者简介]林晓清(1987-)，男，福建泉州人，博士研究生，副教授，广东工业大学能源化学工程系系主任，主要研究方向为吸附与谱分离工程、生物炼制化学品和化工原理、化工分离工程课程教学工作。
2021年第9期广东化工
第48卷总第443期www.gdchem·283·
2教学方法的改革
2.1重视第一堂课的讲授
第一堂课的重要性不言而喻，我们在授课过程中一方面围绕“为什么生物工程专业的学生一定要学习化工原理”，从石化炼制与生物炼制过程的异同点出发，过渡到相同的单元操作，提高生物工程专业学生学习化工原理的积极性。另一方面，围绕“为什么由我来给生物工程专业学生讲授化工原理”，通过结合自己生物化工专业学习的背景、以及自己在生物炼制化学品、吸附与谱分离工程领域的研究经历、国家级、省部级科研项目及发表的科研学术成果的介绍向学生展示自己投身于化学工程与工业生物工程领域研究的动因，让学生们感受到自己对该学科的热情，拉近与学生们之间的距离。
知史以明鉴、查古以至今。我们非常重视在第一堂上化学工程发展历史的讲授[8]，通过介绍化学工业的萌芽(吕布兰制碱法，1789年；索尔维制碱法，1861年)；化学工程的提出(GE戴维斯及世界上第一本化学工程手册，1901)；化学工程专业的建立及学科基础的奠定(麻省理工学院，1888年；宾夕法尼亚大学，1892；戴顿大学，1894年；密西根大学，1898年)；单元操作概念的提出(Little，Arthur Dehone)；“三传一反”概念的形成及发展；以及未来“三传一反+X”模式的发展趋势来向生物工程专业的学生说明化工原理是一门处理物理过程共性问题的过程工程课程。另外，我们还向学生介绍国内外化学工程与工业生物工程领域的一些著名教授(Michael R.Ladisch、Charles E.Wyman、Bruce E.Dale、
Mark Holtzapple、Y.Y.Lee、Nasib Qureshi、欧阳平凯、应汉杰、谭天伟、任其龙等)，让学生了解很多大学在生物工程专业最初成立的时候为何设在化工系下，从而消除他们对化工系都是纯粹从事传统化工的片面印象。同时，向将来有意向攻读化学工程与生物工程交叉学科研究生的学生们介绍学好化工原理的优势，让学生明白学好《化工原理》课程的重要性。
关于教师节的古诗2.2积极营造一个师生共同学习讨论的课堂氛围
杰出学者的讲授将伴随听众一生的记忆，课堂教学的优势就是能够和学生们进行面对面的交流。我们在进行课堂教学时，更多地采用“提问讨论式”的方法进行，通过生活中的化工原理现象让更多的学生参与主动讨论。比如在讲解伯努利方程时我们会提出“为什么高铁站候车时都甚至安全黄线？”；“贝克汉姆又是如何踢出香蕉球？”；在传热章节中我们会提出“冬天在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？”；“为什么经过拍打以后，保暖效果更加明显？”；“夏季在维持20℃室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在25℃的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得舒服？”；“在寒冷的北方，建房子是采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？”。通过提出一些具有启发性的问题、针对学生回答的漏洞进行质疑，来营造一个师生共同讨论的学习氛围，调动起学生的兴趣，进而增强学生听课的积极性，从而激励学生有效运用化工原理知识来解决生物炼制领域的实际问题。同时，我们也在每堂课布置相关的作业来训练学生严谨的推理能力，对于课堂上没有讲解的内容以参考资料的形式布置给学生自行阅读，建立“课前预习——难点提出——重点讲解——及时复习”的学习习惯。
3结语
本文在新工科背景下，生物工程专业《化工原理》授课内容上更多地引入一些生物工程专业发展所用的新技术、新设备、新方法，将最新化学工程与工业生物工程领域的科研成果与单元操作相结合，有助于生物工程专业的学生及时接收到最新的研究，保持学生对知识的求知欲望，激发学生学习化工原理的兴趣。同时在课堂讲授方面积极营造一个师生共同学习讨论的氛围，以问题为导向提高学生课堂的主动参与度，调动起学生的兴趣，进而增强学生听课的积极性，从而激励学生有效运用化工原理知识来解决生物工程领域的实际问题。
4致谢
感谢广东工业大学高等教育教学研究和改革项目的资助；感谢广东工业大学轻工化工学院化工原理教学团队的支持；特别感谢广东工业大学2015、2016级生物工程1班、2017级化学工程与工艺1班、2班全体同学在此次教学改革探索过程中给予我的理解、支持和信任。
参考文献
仙洋为什么判7年[1]涂志英，田毅红，刘呈雄，等．生物工程专业核心工程基础课线上线下混合式教学的研究与实践——以“化工原理”课程为例[J]．生物加工过程，2020，18：675-680．
新房怎么去除甲醛
[2]胡洪波，王威，彭华松，等．面向生物工程专业的化工原理教学改革探索[J]．化工高等教育，2013，1：42-44．
[3]潘鹤林，黄婕．浅议《化工原理》课程课堂教学[J]．教育现代化，2018，9：232-235．
[4]赵秀琴，向乾坤．有限学时下“化工原理”理论课教学方法探讨[J]．化学教育(中英文)，2015，20：54-56．
[5]吕玲，王志红，姚伟宁，等．专业认证背景下少学时化工原理课程教学改进的思考[J]．化工高等教育，2020，4：93-96．
[6]Hu Y，Li C．Implementing a Multidimensional Education Approach Combining Problem-Based Learning and Conceive-Design-Implement-Operate in a Third-Year Undergraduate Chemical Engineering Course[J]．Journal of Chemical Education，2020，97(7)：1874-1886．
[7]党万玛．面向生物工程专业的化工原理教学改革研究[J]．课程教育研究，2017，30：31-32．
[8]Van Antwerpen，F J．The Origins of Chemical Engineering．In History of Chemical Engineering;AMERICAN CHEMICAL SOCIETY：1980，Chapter 1：1-14．
(本文文献格式：林晓清．新工科背景下面向生物工程专业化工原理教学改革探索[J]．广东化工，2021，48(9)：282-283)
(上接第291页)
我的粤康码课程要求学生必须选取1到2篇自己认为有意义的文献进行翻译和解读，并做成PPT上台展示。总体来看，学生们一开始对PPT展示表现出的积极性不高，经过了解有相当部分同学是因害羞胆怯对上台有些心理压力，但其实内心是愿意展示自己的，并且最终都能鼓起勇气走上讲台。实际结果所反映的教学效果是令人满意的，大部分同学都可以比较好的把自己想要展示的东西表达出来。教学过程中发现，大多数学生会从一开始的胆怯抵触慢慢变为积极参与，特别是当前面同学们的表现受到认可后，其他同学的积极性会有显著提升。
3结论
化学学科本科生具有一定的专业文献阅读和分析能力，不仅仅是仪器分析课程学习的需要，对毕业后进行专业相关工作和研究生学习都是非常重要的。因此，在课程期间对专业文献阅读与分析汇报等作为教学内容的重要环节，在培养和提高学生的文献检索能力、阅读能力以及分析汇总能力的同时，提高其对不同仪器分析方法的原理与应用方法的深刻理解是非常有必要的。
参考文献
[1]武汉大学．《仪器分析》(第五版)下册[M]．北京：高等教育出版社，2007．
[2]卓琳，吴四维．《仪器分析》课程教学探索与实践[J]．广州化工，2019，47(15)：178-180．
[3]奚凤娜，刘吉洋，晏菲，等．材料化学专业仪器分析教学改革初探[J]．广东化工，2019，46(16)：190．
[4]郭明，胡芳玉，吴荣晖，等．基于“产学研用”背景下的仪器分析课程教学机制研究[J]．大学化学．2019，34(5)：1-8．
[5]陈菲菲，单书峰．基于仪器分析教学的应用型人才培养模式探讨[J]．山东化工，2019，48：128-129．
[6]吴秀红．面向应用型人才培养的《仪器分析》课程教学改革探索与实践[J]．创新创业理论研究与实践，2019，11：47-48．
[7]王欣，贾丽华，张宇，等．仪器分析教学中提高大学生创新能力的研究[J]．高师理科学刊，2019，39(6)：92-94．
[8]刘克，王小利，何季，等．仪器分析课程教学改革的探索[J]，教育现代化，2019，6(51)：74-76．
(本文文献格式：杨超，刘荣梅，傅应强．《仪器分析》课程教学中引入科研文献分析的实践探索和讨论[J]．广东化工，2021，48(9)：291)
发布评论