“化工原理%2B”与“IDEA”教学模式的构建与实践.pdf

教学经验交流882023年4 月第4 0 卷第2 期“化工原理十”与“IDEA”教学模式的构建与实践*龙文宇，白英芝，李宁，封瑞江，王海彦（辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺113 0 0 1）摘要立足化工专业升级，依托化工原理课程建设与教学改革，文章凝练了“化工原理十”与“IDEA”创新教学模式，以问题为导向、以目标为牵引、以方法为支撑、以资源为保障，贯穿课程思政建设全过程。在创新教学模式下，教学团队通过增加课程难度、重构教学内容、组织创新竞赛，提高课程的“两性一度”，提升了高素质创新型人才培养质量，取得了良好的效果。关键词化工专业；工程设计能力；创新创业精神；课程思政；信息技术Construction and Practice for Principles of Chemical EngineringPlus and IDEA Teaching ModeLong Wenyu,Bai Yingzhi,Li Ning,Feng Ruijiang,Wang Haiyan(School of Petrochemical Engineering,Liaoning Petrochemical University,Fushun 113001,Liaoning,China)Abstract:Based on the upgrading of chemical engineering specialty and relying on the course constructionand teaching reform of chemical engineering principle,this paper refined the Principles of ChemicalEngineering Plus and IDEA teaching modes,which are problem-oriented,goal-oriented,method-supported and resources-guaranteed,and run through the whole process of curriculum ideological andpolitical construction.Under the creative teaching modes,we increase the degree of course difficulty,reconstruct the teaching content,organize the innovation competition,so as to improve the profoundness-innovation-challenging characteristics of the course,and improve the quality of high-quality innovativetalents training.Good teaching effects have obtained.Key words:Chemical engineering specialty;Engineering design ability;Creativity and entrepreneurialpassion;Curriculum ideological and political;Information technology【作者简介龙文宇（19 7 8-），男，副教授，博士。通信作者龙文宇，E-mail:。*基金项目：辽宁省一流本科课程建设项目（辽教办【2 0 2 15 号）；辽宁省教学改革研究优质教学资源建设与共享项目（辽教办【2 0 2 1】2 5 4 号）；辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目（辽教通【2 0 2 2 16 6 号）。89龙文宇，等.“化工原理十”与“IDEA”教学模式的构建与实践为了加强课程思政建设、推进“四新”建设2 ，培养创新意识强、实践能力佳的应用型人才3 4 ，引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观，成为高校面临的主要任务5-6 。化工原理是化工及相近专业为培养应用型人才而开设的一门核心主干课程，它以化工生产过程中的单元操作为研究对象，具有很强的工程性和实践性，在学生专业素质、设计思想、工程意识、创新能力培养方面起着十分重要的作用。传统的化工原理课程教学注重课堂讲授，大部分时间用于经验公式与数学模型的推导，存在工程案例欠缺、理论与实践脱节等不足，不能满足新工科建设对教学的要求7。与此同时，课程教学忽视了知识本身所蕴含的育人价值，没有充分利用“德”与“知”之间的协同效应，不利于立德树人根本任务的有效落实。我们以培养学生的工程设计能力、创新创业精神和社会责任感为目标，贯彻“教为主导、学为主体、练为主措”的原则，提炼了“化工原理十”与“IDEA”两种教学模式，二者相辅相成、相互交融。“化工原理十”教学模式中的“十”体现在加难度、加课程、加竞赛三个方面。加难度是指增加课程设计难度，注重合作探究，提高实践教学效果；加课程是指组建教学团队，重构教学内容，增设融合性课程，提高课程的“两性一度”；加竞赛是指组织创新创业竞赛，实现以赛促学、深度创新。“IDEA”教学模式是课前导学（Introduction）、精讲讨论（Discussion）、课后强化（Enhancement）、考核评价（Assessment）的抽象概括，“IDEA”即对应这四个环节英文单词的首字母。该教学模式致力于落实立德树人的根本任务，培养创新型人才。一、教学目标与资源建设(一)教学目标教学目标是教学的出发点和方向。我们从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度着手设定化工原理课程的教学目标，以体现课程目标的全面性。具体而言，我们注重突出工程观念的培养，将设计能力、创新精神明确纳人能力培养目标，而将爱国情怀和工匠精神、安全意识与环保理念作为价值塑造的重点内容。具体的课程教学目标如图1所示。单元操作的基本概念爱国情怀！设计能力单元操作工文化自信艺计算方法设备运行管理能力工匠精神！典型设备的构造和操作生产过程科学精神控制能力知识典型设备设能力价值安全意识！传授计计算方法培养创新精神！塑造环保理念！典型设备的合作意识改进与强化品德情操归纳、演绎化工生产过和推理能力健全人格程优化分析图1化工原理课程教学目标（二）资源建设资源建设是教学改革的基础。我们经过五年的建设，逐渐完善了化工原理课程资源。围绕该课程，教学团队现已出版多媒体教材2 部，并编写了1部学习指导参考书，开发了1套题库管理系统。其中，多媒体教材的配套讲解视频覆盖教学大纲中的全部知识点。与此同时，我们利用互联网获取优质教学资源，在此基础上结合中国特色社会主义伟大实践与化工人才职业素养，重点建设思政资源库，并同步建立案例库与项目库。部分代表性教学资源如图2 所示。二、“IDEA”教学模式的实施“IDEA”教学模式以解决“痛点”为导向、以课程目标为指引、以教学资源为保障、以教学方法为支撑，贯穿化工原理课程思政建设全过程，其总体设计理念与实施举措的逻辑关系如图3 所示。90龙文宇，等.工原理十”与“IDEA”教学模式的构建与实践爱课程、学堂在线、云课堂例：引入化学工程发展史与大师成长经历，传递乐于奉献、诚实守信等精例：分析实验安全国家级石油化工实验教学中心神，践行社会主义核心价值观事故，培养安全意识例：讨论H&M抵制新鑫棉事件，培养独立国家石油化工仿结合化工专业的职业素养思考与高阶思维能力真实物教学中心结合中国特色社会主义伟大实践抚顺石化公司跨课程团队结合国际国内时事辽宁省黄大年式教师团队欧贝尔、东方仿真、莱帕克融合课程案例库平台教材习题思政库教学团队项目库自编教材化工原理（富媒体）生产生活实例61段视频同步发行自编教材化工原理科研反哺教学辽宁省优秀教材自编化工原理学习辅导习题库化工设计大赛作品联合开发化工原理题库工程设计与改造图2化工原理课程部分代表性教学资源教学拓展资源运用课程牵孔教学导向痛点目标实现模式解决问题实施教学支撑方法图3“IDEA”教学模式设计理念与实施举措的逻辑关系(一)课前导学在课前导学环节，教师引导学生自主学习、合作探究、归纳疑点、发现问题，从而达到“三愿（愿学、愿想、愿做）三动（身动、心动、神动）”的效果。教师在课前将教学资源中的部分案例推送给学生，并布置拓展学习任务，引导学生利用信息技术开展课前预习。如讲授传热概念之前，教师向学生推送了青藏铁路工程项目，让学生学习热管技术是如何解决冻土这一困扰高原铁路建设的世界性难题的。课前预习使学生在树立“四个自信”的同时，为其后续学习换热器的结构特征与工作原理奠定了基础。（二）精讲讨论精讲讨论环节的教学主要采用案例教学法和项目式教学法，适当引人“头脑风暴”等方式，并融人思政元素。该环节的常用教学手段有情景导人与讲练结合两种。在进行情景导入时，教师通过实例吸引学生的注意力，调动学生的学习积极性和主动性，启发学生思考，增强学生的情感体验，引导学生树立正确的价值观。如讲授管路计算的内容时，教师通过讲解“西气东输”工程项目中输气能力、管线长度、加压站数量，导人动能、静压能与机械能损失的概念及计算方法，引导学生树立严谨求实的科学精神、科技报国的家国情怀。讲练结合时，教师精讲容易混淆、出错、遗漏的知识点，并随堂发布练习题，提高学生的教学参与度，提升学生的思考、分析和判断能力。如讲授流体流动基本方程时，教师在对“嫦娥五号返回器秘密”案例进行分析的基础上，通过介绍“航天追梦人”的评选活动，引导学生了解2 0 2 1年中国航天领域的大事并进行讨论交流，鼓励学生成为创新实干的复合型工程技术人才。（三）课后强化课后强化环节注重虚实结合、产教融合的教学。在认识实习、实验、课程设计环节，教师全程引导学生认真对待实践性工作，增强其责任感和创新意识。如教师在指导化工原理实验时，对学生开展安全教育，提高学生的安全意识，培养其规91龙文宇，等.“化工原理十”与“IDEA”教学模式的构建与实践范操作的习惯；在指导换热器课程设计时，通过分析流体流速对传热系数、传热面积、污垢热阻、流动阻力等参数的影响，使学生树立工程技术经济意识，同时融人辩证唯物主义的哲学思想；在指导板式塔课程设计时，通过解释轻组分和重组分在塔板上的流动现象，培养学生“立志如山”“咬定青山不放松”的品质。（四）考核评价考核评价环节以激发学生的学习主动性为着力点。我们不仅仅将考核评价作为衡量教学效果的方式，更重要的是将其作为引导学生参与教学互动的一种手段。我们将结果导向的单一评价转变为综合性、过程性的多维度评价。考核方式包括展示汇报、考试、学生互评、问卷谈心四种。教师将考试与学生互评的分数进行量化处理后，进一步结合展示汇报与问卷谈心活动的参与度确定评价结果。展示汇报环节以学生的专业素养与法制意识评价为主。如教师在讲授菲克定律时，让学生汇报对2 0 18 年张家口盛华化工爆炸事故的认识。考试主要用于评价学生的专业知识、职业道德、专业自信，可通过随堂推送的客观题或阶段性测验与期末考试实现。如教师在课堂教学中，依托雨课堂平台设置了关于中国航天大事的多选题，让学生回答；在阶段性测验中设置了关于吸收剂回收利用措施的题目，考查学生对科学自然观和绿色发展观的理解；在期末考试中设置了单选题，考查学生对我国安全生产方针的理解，强化学生的安全意识。学生互评一般安排在每次课程结束前3分钟，由全体学生在雨课堂平台完成投票，评选出当日互动表现好的学生。问卷谈心是指通过问卷调查与谈心谈话的方式评价学生的情感、态度与价值观。如在疫情期间，教师通过谈心谈话的方式与学生沟通思想、交流看法，解决学生遇到的问题，消除学生的负面情绪。课前导学、精讲讨论、课后强化、考核评价都是传统的教学模式，但教学团队经过整合，使之与教学目标、教学资源、教学方法建立紧密的逻辑关系，并凝练出“IDEA”教学模式。该模式作为教学团队首次构建的教学模式，被应用于化工原理课程思政教学设计、思政元素挖掘、内容植人、考核评价等各个环节，解决了“重知识传授、轻道德熏陶”的痛点问题。我们结合课程特点挖掘思政元素，按照教学大纲融人思政内容，对照培养目标评价育人效果，逐步形成了设计“立-植-译”、元素“高-深-热”、环节“查-导-讲-做”、评价“秀-考-评-调”的特色。“立-植-译”，即：首先确立育人主线，形成贯穿整个课程的脉络；其次在教学内容中植人思政元素，并融人具体知识点中；最后在教学过程中用通俗的语言进行讲解，使学生产生情感共鸣。“高-深-热”，即：挖掘思政元素一有高度，如中华民族伟大复兴；二有深度，如科学精神、价值取向以及伦理规范；三有热度，如贴近时代、贴近实践、贴近学生。“查-导-讲-做”，分别对应自主学习、情景导人、讲练结合、虚实结合。“秀-考-评-调”，是展示汇报、考试、学生互评、问卷谈心四种方式的凝练概括。三、“化工原理十”教学模式的实施“化工原理十”教学模式的实施以适应不同职业需求为导向，以提高学生设计能力与创新精神为目标，以建设数字化教学资源为保障，以组织创新创业竞赛为抓手，其设计理念与实施举措如图4所示。在数字化教材与辅导资料等资源建设的基础上，经教务处与学院的批准，我们调整了化工专业培养计划中涉及化工原理课程的部分内容，将理论课由“6 4 十6 4”学时缩减至“4 8 十4 8”学时，同时增设一门16 学时的“单元操作与设计实例分析”专业选修课。（一）增加课程设计难度我们依托石油化工仿真实物教学中心的装置布置课程设计任务，设计过程充分遵照设计规范及法兰、封头、钢管等相关标准要求。课程设计要求学生在完成必要工艺计算和确定详细设备参数的基础上，简单开展控制、节能、经济、安全、环保等内容的分析；在手工计算的基础上，使用AspenEDR与CUP-TOWER软件完成简捷计算与详细核算；使用SW6-2011软件完成设备强度校核；使用AutoCAD软件绘制装配图。另外，课程设计92龙文宇，工原理十”与“IDEA”教学模式的构建与实践“化工原理+”视频覆盖全部知识点教学模式辽宁省优秀教材增设选修课数字化教材与辅导材料单元操作与设计化工原理（富媒体）实例分析16 学时化工原理化工原理学习辅导习题库化工原理题库增加设计难度缩减学时组建教学团队64+6448+48增设融合课程组织创新竞赛图4“化工原理十”教学模式设计理念与实施举措还增设了现场答辩环节。（二）组建跨课程教学团队通过学院内部协同，我们打破了课程之间的壁垒，组建了跨课程教学团队。团队教师分别承担化工原理、化工热力学、化学反应工程、化工工艺学、石油加工工程、能源化学工程、化工设计、分离工程、化工过程优化、化工过程安全等化工专业课程的教学任务。教学团队在完成本科教学任务的基础上，合作开设融合性课程，指导化工设计大赛与化工实验大赛。2 0 18 年教学团队获评“辽宁省黄大年式教师团队”。（三）增设融合性课程内容我们在原有化工原理课程体系的基础上，增设了单元操作与设计实例分析课程。该课程是一门融合性课程，包括流程方案确定、可行性报告编写、流程模拟软件AspenPlus的应用、设备选型与校核、图纸绘制与标准规范解读、自动控制方案制定、夹点技术与能量分析、换热器换热网络设计、厂区布置与车间设计、安全环保评价与经济核算十个模块。团队教师在16 学时内合作完成授课任务，从理论、实验、设计三方面强化化工原理知识点的教学。该课程是化工原理课程的进一步深化和扩展，也是化工原理课程体系的重要组成部分。（四）组织创新创业竞赛我们组织了校内化工设计大赛与化工原理竞赛，在这些竞赛的基础上，按照强强联合、优势互补的原则，让学生重新组队参加省级和国家级创新创业竞赛。我们将化工原理课程教学与大学生创新创业竞赛紧密结合起来，充分利用平台资源，注重实验教学与实践教学，以竞赛为引领，转变教学方式，实现“以赛促教，以赛促学”。结合竞赛开展教学，有助于提升教师的工程素养、提高学生的学习兴趣，符合培养应用型人才的办学定位。在“化工原理十”教学模式下，我们通过增加设计难度、组建教学团队、增设融合性课程、组织创新竞赛四种举措来提高课程的高阶性、创新性和挑战度。“化工原理十”教学模式是化工原理课程教学改革的一项突破，解决了不能有效培养学生工程设计能力和创新创业精神的“痛点”问题。四、信息技术辅助教学随着教育信息化2.0 时代的到来，以多媒体计算机和网络为核心的现代信息技术的应用催生了高效课堂，促进了“化工原理十”与“IDEA”教学模式的实施。一是通过互联网建设个性化教学资源。如讲授伯努利方程时，教师引人2 0 2 2 年北京冬奥会使用的二氧化碳跨临界直接制冷技术、抗击疫情所使用的负压病房等实例，并通过船吸现象、风洞试验、飞机上升等案例的讲解加深学生对知识点的理解，同时植人“俄乌交战使难民离开祖国”等具有科学性、时效性的思政教学内容。二是创设教学情境，搭建演练平台，检测教学效果。如学生可以通过扫描教材上的二维码观看视频，自主完成部分教学内容的学习；教师可以借助雨课堂平台推送学习资料，完成课堂教学与随堂测验，统计过程性考核结果。三是加强交流分享。如我们利用超星平台发布自学任务、作业、阶段测试题、调查问卷，并开展考核评价；利用雨课堂平台和网络硬盘保存教学文档和学生作业、试卷；利用微信群、QQ群、公众号、论坛等工具组织学生开展协作学习。五、教学改革成效课程建设与团队建设成果丰硕近五年，化工原理课程获评省级一流本科课93龙文宇，等工原理十“IDEA”教学模式的构建与实践程，相关教学改革项目获评省级教学成果一等奖，所建设的教材获评省级优秀教材。同时，教学团队获得“全国高等学校优秀课程思政案例大赛”一等奖、“辽宁省高校教师创新创业大赛”一等奖、“辽宁省创新创业竞赛优秀指导教师”等多项集体与个人荣誉。（二）高素质创新型人才培养效果显著自2 0 18 年起，我们连续三年在化工专业中选取两个班级实施“化工原理十”与“IDEA”教学模式，并与传统教学模式下的课程目标达成度进行对比分析，结果如表1所示。可以看出，创新教学模式在能力培养与价值塑造维度的教学效果显著提升。自2 0 2 1年起，两种教学模式在化学工程、能源化工、应用化学专业全面推行。表1创新教学模式与传统教学模式下的课程目标达成度知识传授能力培养价值塑造年份创新传统创新传统 创新传统模式 模式模式 模式模式模式20180.76 0.690.780.660.740.6220190.740.73 0.820.690.780.6620200.790.750.80.710.750.63面向学院全体学生的校内化工设计大赛与化工原理竞赛每年有3 5 0 5 0 0 人参加。我们充分利用单元操作与设计实例分析课程对参赛学生进行指导。通过校赛的积累，近五年学生在各类大学生创新创业竞赛中取得优异成绩，获化工设计竞赛特等奖1项，并进人全国12 强。（三）示范引领辐射作用显现“化工原理十”与“IDEA”教学模式推动了化工原理课程教学改革，并被校内其他课程组广泛应用，累计受益学生达到2 万余人。课程建设成果先后被多家媒体公开报道。教学团队在各种教学研讨会上介绍课程建设经验，并获得了广泛认可。六、结语基于“化工原理十”与“IDEA”创新教学模式，我们通过改革学时分配、更新内容，以及在课程思政建设、信息技术融合等方面形成鲜明特色，有效提高了创新创业型人才与高素质复合型人才的培养质量。在后续的课程建设中，我们将继续从学生的个性化培养、课程思政的系统性、线上线下教学的灵活性、考核评价模式的完善等角度，对“化工原理十”与“IDEA”教学模式进行优化。（责任编辑：李丽妍）参考文献：1怀进鹏.不断推动高校思想政治工作高质量发展N.人民日报，2 0 2 1-12-10（11).2 吴岩.深化“四新”建设走好人才自主培养之路J.重庆高教研究，2 0 2 2,10（3）：3-13.3焦纬洲，高璟，祁贵生，等.以工程实践能力培养为导向的化工专业实践教学模式探索与实践J.化工高等教育，2 0 2 2，3 9（2）：12 0-12 5.4 陈勇.应用型大学化工原理课程教学中的工程素养教育J.化工高等教育，2 0 17（6）：7 5-7 8.5 潘鹤林，黄婕，卢杨，等.高校化工原理课程思政教学探索与实践J.化工高等教育，2 0 2 0（1）：110-114.6 王磊，杜薇，管国锋。化工原理课程思政建设探索与实践J.化工高等教育，2 0 2 0（5）：19-2 5.7 成忠，诸爱士，刘宝鉴，等.面向新工科建设的化工原理课程教学改革与实践J.化工高等教育，2021,38(2):40-46.