以科研促教学提高化工原理教学质量

摘要：教学和科研是高等教育的两大核心内容。本文论述了科研和教学的关系，通过采取将科研成果引入教学、学生参与教师科研项目、整合化工原理实验及科研引入化工原理课程设计等措施，以科研促教学，提高了化工原理教学效果。

关键词：科研；教学；化工原理；教学质量

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0151-03

教学与科研是高等教育的两大核心内容，早在19世纪初，教育家威廉・冯・洪堡就提出“教学与科研统一”的大学理念，从而赋予大学新的职责，使得大学肩负起传播科学和发展科学的双重职能[1]。从总体上说，教学是培养社会所需人才的重要手段，科研则是在一定领域内促进人才成长的摇篮，两者相辅相成，互相依赖，相互促进，共同发展。高水平大学不仅体现在高水平的科研成果上，而且体现在高水平的本科教学中[2]。将科学研究融入教学过程，以科研促进教学，提高本科专业教学质量是培养社会所需人才的一个重要途径[3，4]。化工原理课程是化工类及其相关专业本科生学习的一门重要技术基础课，本课程涉及的各种单元操作来自化工生产实践，又面向化工生产实践，具有显著的工程性。它是运用数学、物理、化学等基础知识，研究实际化工物理过程中的客观规律的学科，本课程担负着承前启后、由理及工的桥梁作用。熟练掌握化工原理课程涉及内容，对学生后续各专业课程的顺利学习和加强学生的工程素质发挥着非常重要的作用[5]。因此，如何培养学生的工程观念，使学生快速接受工程学科的学习方法，激发学生学习化工原理的兴趣，提高化工原理教学质量，这是每位讲授这门课程的教师必须思考的问题。根据我们课题组多年从事化工原理课程的教学体会，本文阐述了以科研促进教学，提高化工原理教学质量的重要作用和做法。

一、科研与教学的关系

1.科研可以提高教师的教学水平。教师教学水平的提高是保证教学质量的基础，因为教师直接面向学生，是知识的直接转播者，更是学生行为的影响者，只有好的师资力量才能提高教学质量[6]。一个优秀的教师应该有着渊博的理论知识和丰富的工程实践经验，这一点对于工程学科的教师来说尤为重要。教师通过查阅大量文献资料，能够了解本学科最新的知识和发展动向，可以不断更新专业知识结构，从而拓宽教师的教学内容，提高自身的业务水平。通过科研，教师能够进一步强化自己的创新意识，不断提高自己的科学思维能力和分析问题的方法。对于工科教师，教师可以把科研活动与工厂企业合作，为企业解决实际存在的问题，进一步强化教师的工程意识和工程实践能力。教师具有一定的科研积累后，才能在教学过程中把“创新意识”和“工程观念”潜移默化地传递给学生，教师把理论知识和身边的实际工程有机结合起来，用风趣的语言讲授教学内容，不断激发学生的学习兴趣和创新意识，才能有效地提高教学质量。

2.科研可以充实教学内容，改进教学方法。工程类课程大多内容繁杂，难度较多，有基本的概念描述，也有枯燥的公式演绎，更有实践经验公式的选择等问题。要提高工程学科的教学质量，科研活动无疑就是一个最好的手段，因为科研本身就是一个不断探索、不断修正、不断分析和完善的过程，也是科研者对事物了解不断深入和认知的过程。如果没有老师对工程过程亲身实践的体会和理解，就很难达到一定的深度和广度，也不容易从中提炼出自己独到的见解，就容易变成教师简单照本宣科的教学模式，这种教学注定是不能引起学生的兴趣的。通过相关的科研实践，教师对教材有更深入的理解，能更准确地把握教学内容，做到深入浅出地教学。教师也能把自己在科研中遇到的问题在教学过程中让学生分析讨论来尝试着解决，使教学成为学习和科研的保证。教学中发现的疑难问题，也可以成为教师进行科学研究的课题。通过科研实践，老师的教学内容得到及时的补充和更新，老师把自己的科研思维转化为教学新方法，学生能够获得本学科前沿的新知识。这种教学模式让整个教学过程能够做到教学中有科研，科研中有教学，教学中有思考，科研中有答案，很容易提高学生的学习兴趣，使学生的学习模式由被动性向探索性和自主性转变，在教学中培养学生发现问题和分析问题的能力。

3.科研可以提高学生的学习兴趣和创新能力。本科教育的目标是培养学生“不仅要掌握扎实的基础知识，还要具有学习新知识的能力，创新能力和实践能力[7]。”这些目标的实现仅靠课堂上教师采取“灌输式”的教学方法难以完成。年轻学生最大的特点是好奇心强，求知欲旺盛，对于书本上抽象的理论论述往往缺乏兴趣。科研使教师的知识得到更新，本科教学内容得到充实，抽象的理论就可能变成一个个鲜活的工程实例出现在学生的眼前。凭借抽象的工程原理解决实际的工程问题，这会给学生留下很深的影响，对所学的理论就很容易吸收和消化。教师在科研过程中形成的独特的科研创新思维，分析解决问题的方法都会通过教学过程有形无形地传递给学生，从而使学生也具有了科研素质。同时，经过科研积累后，教师身上具有的热爱科学的态度和对科学问题积极求真的精神，也会在教学过程中反射到学生的身上，激发学生对科学的热爱和对科研者的敬意，提高学生对本课程的极大兴趣。多年教学实践证明，科研能力强的教师，教学水平相应的也比较好，在学生中间的认可度普遍也较高。

二、以科研促教学提高化工原理教学质量的措施

1.教师重视科研，将科研成果引入教学。化工原理课程具有很强的工程性，所涉及的许多设备会随着行业的发展而不断地更新，是和本学科最新研究动态密切相关的一门课程。根据化工原理课程特点，培养学生的工程观念和创新能力是化工原理教学承担的一个主要任务。因此，理论和具体实践结合将是提高化工原理教学质量的一个关键手段。教师是知识的转播者，也是科研的主导者，在理论教学过程中，教师必须加大学科理论和最新实践相结合的力度，引导学生学会跟踪学科前沿，树立和强化工程观念。大部分教师都有科研任务，这也是教师获得最新知识的最佳途径，授课老师可以把自己的最新科研内容与课程有关内容结合起来，通过实际案例进行教学来启发引导学生。如果学生在课堂中充分感受到所学知识有很大的用武之地，就会表现出更高的学习热情，收到意想不到的学习效果。例如，在研究“海泡石黏土处理有机废水的研究”项目里，我们以海泡石为吸附剂吸附有机废水中的有机物。海泡石具有良好的吸附性能，但海泡石颗粒极细，过滤较困难，使得再生成为一个新问题。经过努力，课题组通过加入硫酸钙晶须作助滤剂，使吸附剂容易过滤和再生，从而实现了吸附剂的循环使用，这个过程包括助滤剂选择、絮凝沉降、脱色沉降、废渣过滤等问题。合成氨生产工艺是化工类学生极其熟悉的一个工艺过程，在传热单元操作学习时，我们结合教师在研的项目和淮化集团的生产工艺过程，通过对工艺流程中换热器所在工艺位置的确定，让学生更深地了解传热单元操作在化工生产中的重要性，合成氨工艺流程中换热器是如何选型和设计的，整个工艺过程中为降低能耗而采取的进行热量回收利用的方法。把教师的科研融入教学，使枯燥的单元操作原理变成了一个个生动的实际问题，学生在解决问题的同时，学会了分析问题的思维方法，对化工原理课程产生了浓厚的兴趣，使得学生从“要我学”变成了“我要学”，极大提高了化工原理课堂的教学质量。

2.实行导师制，让学生参与教师的科研项目。爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师，兴趣永远胜过责任感。”为了让学生能切身感受到科研的无穷魅力，提高学生学习和科研的积极性，学校让本科生参与到老师的科研项目中，这对提高教学质量和学生的科研创新能力都有很大的帮助。本科生导师制，已经在许多高校实施，并且显现出许多的优势，作为化工专业的学生深入到老师的科研活动中来就显得尤为重要。化工老师所承担的研究项目基本都能涉及到化工原理课程中的各种单元操作。学生利用课余时间，可以在导师的指导下参与完成部分或一个科研项目，这期间老师应该把项目中涉及的化工原理单元操作作为重点，有意识地引导学生进行实践、分析和总结，通过学生的亲自动手，把课程教学中较为抽象的理论变成易于理解和直观的实际过程，加深学生对所学概念和原理的掌握。同时，学生在科研过程中，也会遇到一些实际问题，通过查阅相关资料进行分析总结，制定合理的实施方案，进行多次反复的实际操作，最终解决所遇到的问题，甚至在解决老问题之后又有新的问题出现，再进行新的方案设计。通过这些步骤的训练，学生会对所学书本知识从实践上又有更深层的体会和理解，进一步加深对课程理论精髓的认识，从而提高对化工原理课程的兴趣。目前，我校应用化学专业已实行了科研实践周活动，让学生在科研实践周内熟悉所学课程的实际应用。学校还根据我校煤化工的特点，以讲座形式聘请知名人士做客座教授为学生授课，列举典型生产过程进行讲解和分析。实践证明，导师制的实施使学生在学习过程中具有很强的针对性，对提高化工原理教学质量起到了很大的辅助作用。

3.整合化工原理实验，培养学生工程观念和综合能力。实验环节是进行科研活动最好的途径之一，学生通过动手实验可以树立工程观念，了解工程问题，从而激发学习化工原理课程的兴趣，这是提高化工原理课程教学质量的一个有效手段，教师应该在这方面多下功夫。由于化工原理实验装置费用一般都较高，部分学校存在实验设备套数有限，学生动手机会少等问题，弱化了实验课的重要性。如果能对化工原理实验室中现有的各个实验进行全面整合，形成对于某一问题的综合性实验，则能达到事半功倍的良好效果。例如，在讲述流体流动机械关于离心泵章节中，要求学生掌握离心泵的工作原理、气缚现象和灌泵、气蚀现象和允许安装高度、离心泵的启动和流量调节等一系列问题。而实验室对这问题的讨论所对应的实验只有“离心泵特性曲线的测定”，单靠这一个实验远不能让学生深刻地领会这些概念。由于其他实验中也都有涉及到离心泵的应用，为此，我们在实验中把“流体阻力的测定”、“机械能转化的演示实验”和“离心泵特性曲线的测定”三个实验整合起来，加深学生对离心泵特性的理解。做实验前我们让学生先自行观察，找出各泵的安装位置，让同学们分析各泵为什么安装位置不同及安装高度如何确定。通过几个实验的对比，学生更清楚地认识到防止“气缚”现象才是灌泵的真正原因。通过这三个实验的整合，学生很快掌握了课堂上讲授的关于离心泵章节的内容，而且记忆深刻。在讲授传热章节时，为了让学生掌握不同类型的传热效果，我们实验室引进了两组传热实验装置，一组是有相变的“水蒸气―空气给热系数的测定”，一组是无相变的“冷―热空气给热系数的测定”。通过水蒸汽―空气这组实验，学生知道冷凝水在管道存在的原因和危害，实验过程要及时排除冷凝水管道里的冷凝水的重要性。通过实验操作弄清楚冷凝给热系数对总传热系数的影响可以忽略，在有相变传热实验里并、逆流对传热效果没有影响的原因。而在冷―热空气这组实验中，我们要求学生重点掌握总传热系数与冷热流体给热系数的关系，逆流和并流换热对传热效果的影响，以及实验过程中逆流和并流热换操作切换时应注意的事项。通过对两组实验的比较，学生很快对这两类传热问题有了正确的认识，对课程中涉及到的复杂繁多的给热系数经验公式的选择有了清晰的思路。通过对实验室现有实验的整合，不仅提高了化工原理理论教学，更能提高学生综合实验的能力，而且对学生树立事实求实、正确的科研观有很大的帮助。

4.科研引入课程设计，重视化工原理课程设计教学环节。化工原理课程设计是学生综合应用化工原理所学知识去完成一项设计任务的实践性训练，通过课程设计环节，学生可以学会如何运用化工单元操作的基本原理、基本规律及常用设备的知识去解决工程上的实际问题，培养学生正确树立工程观念和严谨的科学作风。目前，市面上有很多关于化工原理课程设计的参考书可以参考，有些学生就把它看成是一个简单的综合性大作业，不是很重视。针对这一现象，除部分传统的保留设计题目外，我们尝试着课程设计从教师的科研课题中选择确定。目前有部分设计题目来源于教师正在承担的纵向和横向科研项目中的其中一部分，如：“PVC厂废酸回收技术”、“生物质液化油分馏技术的研究”、“硫铵石灰石法烟气脱硫”及“氨法脱硫联产硫酸钙晶须的研究”等项目。我们把这些项目中涉及的相关换热器、精馏塔、干燥器、吸收塔及泵等部分内容作为学生化工原理设计课题，学生需要首先了解整个科研项目内容，根据项目内容选择所需设计的设备的大致类型，然后根据科研过程选择设计所需的有关参数和数据。比如在精馏塔的设计课题中，是应该选择板式塔还是填料塔，在板式塔设计中是用筛板塔还是浮阀塔，在换热器的设计中是用套管换热器还是列管换热器，都需要学生根据具体科研项目来确定。通过这样一个训练过程，学生能够进一步把所学理论和工程实践结合起来，在真实的课题研究中得到锻炼。许多同学在后面的研究生入学考试中，化工原理科目都能得到较好的成绩。

化工原理是一门工程性很强的课程，让学生在短时间内很快掌握并灵活运用并非易事。采用科研与教学相结合的方式，选择形式多样且适合化工原理课程教学的方法，以科研促进教学，以教学带动科研，教学科研共同发展，这些举措极大激发了学生学习化工原理课程的兴趣和创新能力，提高了我校化工原理理论教学质量。这种教学形式在化工原理教学活动中初步尝试并且取得了一定的效果，今后我们将进一步深化以科研促教学，提高化工原理课程教学质量改革的探索，为国家培养更多合格的有创新能力的化学工程人才。

参考文献：

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[5]谭天恩，窦梅.化工原理[M].第四版.北京：化学工业出版社，2013：1-2.

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[7]程小荣，刘粤惠，曾幸荣，等.研究型大学科研促进本科教学的思考[J].理工高等研究，2007，（3）：58-62.