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[摘 要] 本文结合武陵地区民族高校的教学实践,分析了食品科学与工程专业化工原理课程在教学中存在的问题,并从教学计划的修订、实验仿真系统的开发、教学方法和实践教学四个方面提出化工原理课程教学改革的思路。
[关键词]民族高校 化工原理 课程改革
化工原理是食品科学与工程专业大三学生开设的一门专业基础课,在食品科学与工程专业本科人才培养过程中占有重要地位。本文根据武陵地区民族高校的教学实践及食品科学与工程专业的定位探讨化工原理课程的教学改革。
1.面临的问题
1.1教学内容与专业的不匹配
在教学过程中,对化学工程专业与食品科学与工程专业的区别掌握不够,因此,照搬化学工程专业的内容过多。一些对食品相对不重要的单元操作,对学生要求过高。另一方面,某些对食品专业学生比较重要的单元操作特别是在开发武陵地区的自然资源时常用的单元操作却没有讲授,所以,学习的针对性不强,学习的单元操作对后续课程的指导作用不够。
1.2实验教学效果不理想
实验教学是化工原理课程的一个重要教学环节。实验课教学使学生加深理解和巩固化工原理课程所阐述的基本原理, 树立工程观点, 培养学生分析问题和解决问题的能力, 同时对培养学生开展科学研究的能力, 也起着十分重要的作用。通过实验操作使学生掌握一定的实验研究方法和技巧, 并学会选择和使用实验中所要用到的仪器和设备, 加强学生独立思考问题的能力。然而武陵地区高校存在实验设备少,设备使用紧张的情况,在上实验课之前,由于学生对实验设备很陌生,因此,教师往往需要花大量的时间讲解,然后再让学生开始实验,但学生在实际操作过程中,还是容易出现误操作。这样既占用了大量的时间,实验效果也不理想。后来作出的改革是:先放一段实验的录像,然后再进行实验,由于学生对要注意的地方没有印象,所以,效果还是没有明显改善。
1.3教学手段相对落后
化工原理历来被学生认为是难学的课程,公式多,难以记忆,记住了也不会用,学生学习兴趣不高,课堂气氛比较沉闷。加上武陵地区的民族高校在目前高校大扩招的背景下,生源质量有所下降,更增加了学习难度,传统的粉笔+黑板的课堂教学模式经过了漫长时间的应用,在以前化工原理学时较多时、学生综合素质较高时是能够满足教学需要的,但是,现在仍然使用传统的教学手段来完成原来的教学内容就会造成进度过快,学生学习之后没有足够的时间消化所学知识,难以赶上教师教学进度。
2.工原理的教学改革
2.1修订教学计划,优化课程体系
将原教学大纲中的“蒸馏”一章的内容删除,增加了“萃取”一章。由于蒸馏和萃取都是化工原理中比较重要的单元操作,在考研大纲中一般都是要求的。但结合本院在野生动植物保护与利用学科方面的强势发展,在提取天然产物中萃取比蒸馏更常用,在讲解“萃取”这一章时还增加了超临界流体萃取相关的内容。增加了“蒸发”一章内容,对于食品科学与工程专业来说,“蒸发”这一单元操作很常用,所以,我们对蒸发的概念、蒸发设备进行介绍,让同学们了解新型的蒸发设备的情况,要求同学们掌握单效蒸发的计算以及多效蒸发的操作特点。食品中很多操作均要求在真空和低温下操作,所以,制冷技术和真空技术对食品专业非常重要,因此增加“制冷”这一章,同时在“流体输送机械”这一章中增加了“真空技术”这一节,删除“气体压缩”相关内容。由于内容多学时紧,一般在“非均相混合物的分离”一章中只要求掌握非均相混合物的分离(包括重力沉降和过滤操作),离心分离不讲。但是,对食品专业学生而言,离心机是很常用的设备,所以,增加了对离心分离的讲解。对吸收这一章,我们减少了填料塔设计的内容,增加了吸附和离子交换的简单讲解,对食品专业而言,吸附和离子交换更常用,但是吸收、吸附和离子交换从本质上讲,均属于以质量传递理论为基础的单元操作。固体流态化技术是一种新型的技术,在流化床干燥器中有应用,所以,在干燥这一章介绍流化床干燥器时,也介绍了流态化的基本概念、流化床的流体力学特性等内容。在讲解“干燥”这一章时,去掉了食品中不常用的干燥器,增加了喷雾干燥,真空冷冻干燥等内容。
补充和完善上述内容的目的是希望通过教学,使学生所学知识紧贴开发武陵地区资源的需要,同时在学习和掌握化工原理基础知识的同时,了解国内外一些最新动态和发展趋势,为学生进一步的专业学习和以后的考研、就业和研究打下较为深厚的科学基础。
2.2开发了实验仿真系统
化工原理实验在整个化工专业实践教学环节中具有重要的地位和作用,实验仿真预习已成为实验教学改革的重要内容。通过仿真实验可以达到以下目的:可避免实验中学生的误操作;在加深对实验原理理解的基础上,可通过反复操作,掌握实验步骤,为实际操作做好充分准备;可大大节省人力、物力和财力,较好地达到辅助实验教学的目的;通过人机对话,再加上真实动感的界面,达到知识性和趣味性相统一。对于某些无条件开设的实验,也可以达到一定效果。虽然实验仿真系统可以购买,但是一方面价钱较贵,另一方面,自己开发可以便于今后的维护,所以,我们选择了自己开发。该仿真系统使用基于C语言下的Direct3D编程,使用3D图形,严格模仿实验室中的设备流程,随鼠标的移动,指示出实验装置的各个部件名称,并配有实际操作音响,动画效果等,通过语音提示指导学生按步骤操作,当学生发生误操作时,系统会及时报警,指出错误的原因,并给出正确的操作方法,从而加深对实验步骤和原理的理解,减少由于操作失误造成的设备损坏。通过点击鼠标即可进行仿真操作,完整地模拟实验操作的全过程,直到最终获得实验数据。目前,已经开发了“流体流动阻力测定实验”,“干燥速率曲线测定实验”,“离心泵性能特性曲线测定实验”几个实验,经过初步的应用,对提高实验效果和质量有一定的作用,我们将继续完成剩下的工作。
2.3改革教学方法和教学手段
教学方法的改革主要是立足于调动学生学习的主观能动性,变"要我学"为"我要学"。教师要树立以学生为主体的教育观,加强理论联系实际,注意运用启发式,讨论式,探索式,对实际生产设计案例分析等教学方法,引导学生积极参与教学,较好地调动了学生的学习积极性和主动性。近年来,通过听课及对学生调查所反馈的信息表明,教师普遍都比较注意不断改进教学方法,学生还是比较满意的。
教学手段的改革主要是强化电化教学和计算机辅助教学,各专业都非常重视教学手段的更新,积极运用电化教学手段,并进行CAI课件的开发,我们也自编电子课件,内容涵盖了绪论、流体流动原理、流体输送机械、非均相分离、传热、蒸发、传质原理、吸收、传质塔设备、萃取、干燥内容。在电子课件中还涵盖了课程所涉及的一些设备图及一些难以给学生说明白的问题,例如用试差法计算管径,逐板计算法计算理论板层数等。设备包括如下化工设备(流体流动装置、泵类、沉降与过滤设备、萃取器、干燥器、換热器、蒸发器、精馏塔及填料塔等)。
利用多媒体进行阐述,达到了图文并茂的效果,增强了学生对设备的感性认识,使学生对知识掌握得更加透彻,更加形象,有利于激发学生的学习兴趣和创新激情。采用现代化教学手段辅助课堂教学的另一个优势是节省了课堂板书时间,提高了课堂教学效率,加大授课信息量。但根据我们的经验,节省下来的时间不能大量增加新知识,如果这样会使教学节奏过快,内容过多,学生很难适应,以至于消化不良,影响课堂教学效果。节省下来的课时应主要放在充实教学大纲规定的基本教学内容,并依此为基础,加大课堂练习,强化应用。
2.4加强实践教学
实践根据专业培养目标要求,加强实践教学环节的训练,改革现行的课程设计与实行项目,进行典型的化工单元操作课程实习,以加强学生对理论课程的理解和动手能力。每届学生均有机会到食品生产厂家参观及实习,每到一家厂家,同学们都受到了从总经理到普通员工的热情欢迎,让同学们感受到了食品行业对人才的期盼。提高了实习兴趣,在实习过程中,指导教师充分发挥班干部和学生党员的作用,
3.结论
通过课程教学改革,以适应新的专业调整要求,加强专业基础教育,加强学生的工程设计能力,激发学生的学习兴趣,注重学生综合能力的训练与提高,提高学生的整体素质,以适应21世纪人才市场的要求。通过运用多媒体对《化工原理》教学,大大增多该课程的教学信息量,增强了学生对化工设备(流体流动装置、泵类、沉降与过滤设备、萃取器、干燥器、换热器、蒸发器、精馏塔及填料塔等)感性认识。使学生对知识掌握得更加透彻,更加形象,有利于激发学生的学习兴趣和创新激情,为后续课程的学习,打下了坚实的基础。
参考文献:
[1] 姜爱霞. 计算机辅助教学(CAI)在化工原理中的应用[J].药学教育,2000,16(3):58.
[2] 杨虎,陈虹,马燮等.优化教学设计促进化工原理教学改革[J].四川理工学院学报(社会科学版).2007,22: 59-61.
[3] 范荣玉,刘俊劭,刘奇琳. 化工原理实践教学改革的探索与思考[J].南平师专学报, 2006, (02):110-112.
[关键词]民族高校 化工原理 课程改革
化工原理是食品科学与工程专业大三学生开设的一门专业基础课,在食品科学与工程专业本科人才培养过程中占有重要地位。本文根据武陵地区民族高校的教学实践及食品科学与工程专业的定位探讨化工原理课程的教学改革。
1.面临的问题
1.1教学内容与专业的不匹配
在教学过程中,对化学工程专业与食品科学与工程专业的区别掌握不够,因此,照搬化学工程专业的内容过多。一些对食品相对不重要的单元操作,对学生要求过高。另一方面,某些对食品专业学生比较重要的单元操作特别是在开发武陵地区的自然资源时常用的单元操作却没有讲授,所以,学习的针对性不强,学习的单元操作对后续课程的指导作用不够。
1.2实验教学效果不理想
实验教学是化工原理课程的一个重要教学环节。实验课教学使学生加深理解和巩固化工原理课程所阐述的基本原理, 树立工程观点, 培养学生分析问题和解决问题的能力, 同时对培养学生开展科学研究的能力, 也起着十分重要的作用。通过实验操作使学生掌握一定的实验研究方法和技巧, 并学会选择和使用实验中所要用到的仪器和设备, 加强学生独立思考问题的能力。然而武陵地区高校存在实验设备少,设备使用紧张的情况,在上实验课之前,由于学生对实验设备很陌生,因此,教师往往需要花大量的时间讲解,然后再让学生开始实验,但学生在实际操作过程中,还是容易出现误操作。这样既占用了大量的时间,实验效果也不理想。后来作出的改革是:先放一段实验的录像,然后再进行实验,由于学生对要注意的地方没有印象,所以,效果还是没有明显改善。
1.3教学手段相对落后
化工原理历来被学生认为是难学的课程,公式多,难以记忆,记住了也不会用,学生学习兴趣不高,课堂气氛比较沉闷。加上武陵地区的民族高校在目前高校大扩招的背景下,生源质量有所下降,更增加了学习难度,传统的粉笔+黑板的课堂教学模式经过了漫长时间的应用,在以前化工原理学时较多时、学生综合素质较高时是能够满足教学需要的,但是,现在仍然使用传统的教学手段来完成原来的教学内容就会造成进度过快,学生学习之后没有足够的时间消化所学知识,难以赶上教师教学进度。
2.工原理的教学改革
2.1修订教学计划,优化课程体系
将原教学大纲中的“蒸馏”一章的内容删除,增加了“萃取”一章。由于蒸馏和萃取都是化工原理中比较重要的单元操作,在考研大纲中一般都是要求的。但结合本院在野生动植物保护与利用学科方面的强势发展,在提取天然产物中萃取比蒸馏更常用,在讲解“萃取”这一章时还增加了超临界流体萃取相关的内容。增加了“蒸发”一章内容,对于食品科学与工程专业来说,“蒸发”这一单元操作很常用,所以,我们对蒸发的概念、蒸发设备进行介绍,让同学们了解新型的蒸发设备的情况,要求同学们掌握单效蒸发的计算以及多效蒸发的操作特点。食品中很多操作均要求在真空和低温下操作,所以,制冷技术和真空技术对食品专业非常重要,因此增加“制冷”这一章,同时在“流体输送机械”这一章中增加了“真空技术”这一节,删除“气体压缩”相关内容。由于内容多学时紧,一般在“非均相混合物的分离”一章中只要求掌握非均相混合物的分离(包括重力沉降和过滤操作),离心分离不讲。但是,对食品专业学生而言,离心机是很常用的设备,所以,增加了对离心分离的讲解。对吸收这一章,我们减少了填料塔设计的内容,增加了吸附和离子交换的简单讲解,对食品专业而言,吸附和离子交换更常用,但是吸收、吸附和离子交换从本质上讲,均属于以质量传递理论为基础的单元操作。固体流态化技术是一种新型的技术,在流化床干燥器中有应用,所以,在干燥这一章介绍流化床干燥器时,也介绍了流态化的基本概念、流化床的流体力学特性等内容。在讲解“干燥”这一章时,去掉了食品中不常用的干燥器,增加了喷雾干燥,真空冷冻干燥等内容。
补充和完善上述内容的目的是希望通过教学,使学生所学知识紧贴开发武陵地区资源的需要,同时在学习和掌握化工原理基础知识的同时,了解国内外一些最新动态和发展趋势,为学生进一步的专业学习和以后的考研、就业和研究打下较为深厚的科学基础。
2.2开发了实验仿真系统
化工原理实验在整个化工专业实践教学环节中具有重要的地位和作用,实验仿真预习已成为实验教学改革的重要内容。通过仿真实验可以达到以下目的:可避免实验中学生的误操作;在加深对实验原理理解的基础上,可通过反复操作,掌握实验步骤,为实际操作做好充分准备;可大大节省人力、物力和财力,较好地达到辅助实验教学的目的;通过人机对话,再加上真实动感的界面,达到知识性和趣味性相统一。对于某些无条件开设的实验,也可以达到一定效果。虽然实验仿真系统可以购买,但是一方面价钱较贵,另一方面,自己开发可以便于今后的维护,所以,我们选择了自己开发。该仿真系统使用基于C语言下的Direct3D编程,使用3D图形,严格模仿实验室中的设备流程,随鼠标的移动,指示出实验装置的各个部件名称,并配有实际操作音响,动画效果等,通过语音提示指导学生按步骤操作,当学生发生误操作时,系统会及时报警,指出错误的原因,并给出正确的操作方法,从而加深对实验步骤和原理的理解,减少由于操作失误造成的设备损坏。通过点击鼠标即可进行仿真操作,完整地模拟实验操作的全过程,直到最终获得实验数据。目前,已经开发了“流体流动阻力测定实验”,“干燥速率曲线测定实验”,“离心泵性能特性曲线测定实验”几个实验,经过初步的应用,对提高实验效果和质量有一定的作用,我们将继续完成剩下的工作。
2.3改革教学方法和教学手段
教学方法的改革主要是立足于调动学生学习的主观能动性,变"要我学"为"我要学"。教师要树立以学生为主体的教育观,加强理论联系实际,注意运用启发式,讨论式,探索式,对实际生产设计案例分析等教学方法,引导学生积极参与教学,较好地调动了学生的学习积极性和主动性。近年来,通过听课及对学生调查所反馈的信息表明,教师普遍都比较注意不断改进教学方法,学生还是比较满意的。
教学手段的改革主要是强化电化教学和计算机辅助教学,各专业都非常重视教学手段的更新,积极运用电化教学手段,并进行CAI课件的开发,我们也自编电子课件,内容涵盖了绪论、流体流动原理、流体输送机械、非均相分离、传热、蒸发、传质原理、吸收、传质塔设备、萃取、干燥内容。在电子课件中还涵盖了课程所涉及的一些设备图及一些难以给学生说明白的问题,例如用试差法计算管径,逐板计算法计算理论板层数等。设备包括如下化工设备(流体流动装置、泵类、沉降与过滤设备、萃取器、干燥器、換热器、蒸发器、精馏塔及填料塔等)。
利用多媒体进行阐述,达到了图文并茂的效果,增强了学生对设备的感性认识,使学生对知识掌握得更加透彻,更加形象,有利于激发学生的学习兴趣和创新激情。采用现代化教学手段辅助课堂教学的另一个优势是节省了课堂板书时间,提高了课堂教学效率,加大授课信息量。但根据我们的经验,节省下来的时间不能大量增加新知识,如果这样会使教学节奏过快,内容过多,学生很难适应,以至于消化不良,影响课堂教学效果。节省下来的课时应主要放在充实教学大纲规定的基本教学内容,并依此为基础,加大课堂练习,强化应用。
2.4加强实践教学
实践根据专业培养目标要求,加强实践教学环节的训练,改革现行的课程设计与实行项目,进行典型的化工单元操作课程实习,以加强学生对理论课程的理解和动手能力。每届学生均有机会到食品生产厂家参观及实习,每到一家厂家,同学们都受到了从总经理到普通员工的热情欢迎,让同学们感受到了食品行业对人才的期盼。提高了实习兴趣,在实习过程中,指导教师充分发挥班干部和学生党员的作用,
3.结论
通过课程教学改革,以适应新的专业调整要求,加强专业基础教育,加强学生的工程设计能力,激发学生的学习兴趣,注重学生综合能力的训练与提高,提高学生的整体素质,以适应21世纪人才市场的要求。通过运用多媒体对《化工原理》教学,大大增多该课程的教学信息量,增强了学生对化工设备(流体流动装置、泵类、沉降与过滤设备、萃取器、干燥器、换热器、蒸发器、精馏塔及填料塔等)感性认识。使学生对知识掌握得更加透彻,更加形象,有利于激发学生的学习兴趣和创新激情,为后续课程的学习,打下了坚实的基础。
参考文献:
[1] 姜爱霞. 计算机辅助教学(CAI)在化工原理中的应用[J].药学教育,2000,16(3):58.
[2] 杨虎,陈虹,马燮等.优化教学设计促进化工原理教学改革[J].四川理工学院学报(社会科学版).2007,22: 59-61.
[3] 范荣玉,刘俊劭,刘奇琳. 化工原理实践教学改革的探索与思考[J].南平师专学报, 2006, (02):110-112.