能源化工專業人才培養體系研究

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[摘要]化學反應動力學和反應器的設計是能源化工的基礎，因此反應工程作為能源化工專業的核心課程，其教學質量的提高對能源化工創新人才的培養起到積極作用。本文總結目前教學過程中的不足，從專業人才培養、案例教學方法、思維導圖、計算機技術等方面進行討論，探索了教學改革方式，以達到滿足培養新時代下能源化工行業對人才的要求。

[關鍵詞]反應工程；能源化工；教學改革；案例教學；教學方法

新能源產業是國家“十三五”期間重點發展的戰略新興產業，隨著我國產業結構的變化，以光電轉化、生物質綠色技術為代表的新型化工行業對傳統專業提出了更高的需求。能源化工專業是常州大學結合石油石化行業特色與優勢，順應長三角地區能源人才的需求而建立的新專業，旨在培養具備在新能源行業從事可再生能源利用以及能源高效轉化等科學研究、生產設計和技術管理的工程人才。能源化工專業是基礎化工拓展的新專業，部分能化專業的學生對本專業的認知程度不夠，歸屬感不強，定位不準確，導致學習反應工程等專業基礎課程時缺少積極性。此外，少數學生因為數學基礎較為薄弱，在運用數學模型解決復雜工程問題時容易對反應工程失去學習興趣，學習效果不佳。因此，需要通過一些教學改革提高學生的學習熱情和積極主動性。

1重視能源化工專業人才培養體系建立

能源化工專業需要立足地方，培養掌握化工和能源轉化與利用的基礎知識、基本理論和基本技能，在教學過程中培養學生良好的科學素養、寬廣的國際視野、扎實的理論知識。在課堂上引入太陽能、電能、生物質能等能源行業的前沿動態，尤其是國內外熱點能源問題，例如二氧化碳氣體排放問題，如何轉化高效轉化二氧化碳等溫室氣體，通過具體工業案例，將反應工程的方法和知識融于其中，使學生認識到解決能源化工問題的方法，增強學生的專業歸屬感。通過介紹反應工程的發展歷程對能源化工的重大貢獻，使學生理解本專業對社會發展的重要意義。通過與學生分享科研經歷、教學會議心得，使學生認識到反應工程與能源化工的重要關系，提高學生對本專業的認知程度并進一步激發學生的求知欲望。

2改進反應工程的案例教學方法

反應工程涉及多門工程學的核心內容，這對于大多數沒有實際工程經驗的學生來說學習難度較大，面對這種情況案例教學法應運而生，案例教學法就是從化工實踐和教師的課題中選取合適的案例，進行專題討論，必要時教師可配合多媒體向學生生動展示化學反應工程在化工生產中的實際應用，用來充分調動學生學習的積極性，培養學生的工程分析能力，提高學生的創新能力。例如，在氣固相催化反應這一章節，引導學生思考反應器設計和優化問題，并鼓勵學生通過運用現代工具例如計算機編程解決復雜反應器設計中涉及的數學問題。以年產5萬噸鄰苯二甲酸酐生產的項目為例，根據催化反應特點選擇反應器類型，選擇適宜的催化劑，計算催化劑床層高度等等。此外，還可建立相應的反應器模型，對操作條件、流動狀態、反應器結構等參數進行優化。通過理論聯系實際的方法，開闊學生眼界，把課程內容和復雜工程問題聯系起來，擺脫課本上枯燥的學習模式。通過案例教學法，啟發學生的思維，強化學生對知識點的理解和關聯，調動學生積極性。學生通過獨立思考提出解決問題的方案，與實際生產中的方法進行比較，引導學生建立學以致用的理念。此外，還可以邀請熟悉案例的資深化工工程師為學生進行講解，增加學生對案例了解，從而使學生們更加熟悉理解這門核心課程。轉變傳統只注重課本知識講授的教學觀念，除了傳統基本概念的講授，將思想政治教育和科研前沿案例融入教學，擴展知識點的發展歷程，講授學科名人名事填補課堂間隙，提高學生學習的內在驅動力。在教學環節中，教師的活動根據學生在教學中的“成績”，采用問題式學習的教學方法，以簡單工程問題啟發學生，提高自身的學習熱情，引導學生思考并討論實際性的問題，建立科學思維，讓學生對課堂所學知識具有較為直觀的認識；然后對學生討論的結果進行點評和總結，例如我們從能源化工角度出發，如何讓學生理解流化床提高化學氣相沉積的反應效率，首先讓學生先了解化學氣相沉積技術的發展水平，然后結合基本原理進行優化與完善。通過提問的方式讓學生充分理解和掌握課程的重點內容，幫助學生搭建反應工程的知識體系，加深理解。在教學過程，采用以學生為主體的教學模式，優化傳統教學環節，幫助學生自主建構知識體系。在學習環節中，合理運用線上線下混合式教學方法。通過線上課程資源，讓學生充分預習知識；課堂上，教師講授和提問知識點；教師布置課堂作業以及思想政治作業題，學生可以通過查閱相關資料完成作業，并對所學的知識有深刻的理解與應用。采用“介紹復雜工程問題-學生提問-老師講授知識-師生互動-課堂作業-講解習題-反饋-優化教學”的教學方法，改進教學思路，利用翻轉課堂的模式，認識到學生掌握知識的程度，實現有針對性的查漏補缺。通過分析學生的學習成果，跟蹤學生對知識點的掌握情況。根據課前線上教學平臺中學生的預習情況，得出評價結果。課中根據學生的討論、發言和提問等表現做出評價，引導學生積極思考，及時發現學生對知識點理解不透而影響后續內容的學習。在習題課堂上，重點講授學生習題中的易錯點，糾正學生對知識點理解和應用的偏差。

3通過思維導圖提高學習效率

按照傳統的學習方法，學生們大多是被動的接受知識。反應工程的理論內容相對獨立，且涉及到龐大的數值計算，會造成學生的學習困難。造成教學過程矛盾重重，教學效率極其低下。思維導圖是英國著名教育家東尼提出，通過思維導圖法將各個知識點串聯起來，能夠進行深入探索和講解，同時對課堂內容做適當的延展，拋出問題來引導學生轉變思維方式，而不是傳統的被動去接受知識。而思維導圖方法的好處在學習反應工程這門課中體現的就更加明顯，通過對知識系統化、條理化的梳理，層層遞進地展現知識體系的邏輯框架，有效避免落入理解片面的誤區。以“均相反應動力學”為例，以“反應速率”、“動力學方程”、“數據處理”為主要節點，邏輯順序按照反應工程知識的認知規律展開，每一堂課又根據知識內涵展開。其中“動力學方程”又是反應動力學的基礎，思維導圖將這些獨立的知識點關聯起來，向學生清晰地展示出這一章的框架，條理清晰。反應工程課程涉及大量的數學推導和工程實踐方面有關的問題，由于通過思維導圖的學習方法，將零散知識點進行關聯拓展、深入挖掘、實現學生對知識點的快速梳理，提高課堂質量，提升學生的創新思維。

4計算機技術引導反應工程新的學習方法

由于反應工程具有很強的理論性和實踐性，所以它在能源化工中占有非常重要的地位。但因為其理論內容相對獨立，又涉及到龐大的數值計算，所以大部分學生在學習過程中都會感到困難。隨著計算機技術的飛速發展，利用現代工具進行教學具有明顯的優越性。在反應工程的課堂上，現代工具主要指的是計算機技術，其中虛擬仿真實驗軟件和流程模擬軟件Aspen讓學生感到興趣，有興趣就會有動力，它們是反應工程教學的重要補充，具有直觀性、操作性、安全性的特點，讓學生看到與書本不同的知識，訓練學生的全面技能，完善學生的知識儲備。雖然不是真正的動手，但也一定程度上彌補了書本的不足，學生們可以自主完成書本內容，從而具備完備的知識體系，因此化工虛擬仿真實驗可以提高學生的學習興趣。利用現代計算機技術代替傳統教學方法，學生通過自主學習，完成對關鍵知識點的學習。學生在仿真系統中上級操作，過程中系統會對操作結果自動評分，完成操作后可以提交虛擬實驗仿真報告，提高學習效率。Aspen是非常實用的流程模擬軟件，通過利用模塊化方式，對化工生產中反應、混合、流動狀態、分離、換熱等單元操作進行模擬計算，學生利用Aspen軟件搭建的反應體系模型，增強操作的靈活性，加強對反應工程知識點的鞏固。通過計算機軟件應用于反應工程教學，解決了復雜的數學問題，使得反應過程變得更加形象化，提升學生對知識的理解并激發學生學習興趣。計算機技術的發展，不僅拓寬了學生的視野，理順了知識體系，并且培養了綜合設計和創新能力，且通過虛實結合，才有效提高了真實實驗效率和結果最優化。

5結語

反應工程是能源化工專業非常重要的核心課程，本文從專業人才培養、案例教學方法、思維導圖、計算機技術四個方面進行改革：明確專業方向定位，清晰課程知識體系，加強體系內各部分內容的聯系，使學生深入淺出的掌握課程體系知識；基于本課程具有較大的難度，靈活使用計算機等現代工具，加強信息技術與反應工程課程的緊密聯系，培養學生解決復雜工程問題的能力；同時采用多種教學手段提高學生的學習效率，通過師生共同努力，解決課程中的重點、難點相關知識，激發學生的學習熱情，有被動學習變為主動學習，鼓勵學生自我管理的能力；結合虛擬仿真，在原有的知識的基礎上進行一定程度的延伸，促進基礎理論知識和工業實踐的結合。

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作者：梁倩 李忠玉 單位：常州大學石油化工學院