《化工分离工程》课程 PBL+CBL 混合式教学模式创新与实践

1 课程特性与教学需求分析

1.1 课程知识体系特征

《化工分离工程》作为化学工程学科的核心课程，其知识体系呈现多学科交叉特征。课程涵盖化工原理、热力学、传递过程及设备设计等基础理论，同时涉及多组分精馏、吸收、膜分离等复杂工艺计算。以多组分多级分离严格计算法为例，该部分内容涉及矩阵运算、迭代算法及工程关联式应用，要求学生具备扎实的数学基础与工程思维。然而，传统教学模式以理论推导为主，难以将抽象公式与实际工程场景建立关联，导致学生出现"知其然而不知其所以然"的学习困境。

1.2 学生能力发展需求

当前学生群体存在知识储备差异大、工程实践经验不足的问题。调查显示，约 60%的学生缺乏化工装置操作认知，对塔板效率、填料性能等工程参数的理解停留在理论层面。这种现状与课程培养目标存在显著矛盾——课程要求学生能够独立完成分离过程设计、工艺优化及故障诊断等任务。因此，教学模式需突破"教师讲授-学生记忆"的传统范式，构建以问题解决为导向、以工程案例为载体的新型教学体系。

2 PBL+CBL 混合式教学模式构建

2.1 教学模式设计原则

混合式教学模式遵循"三维融合"原则：知识维度上实现理论教学与工程实践的衔接，能力维度上强化问题分析与系统设计能力，素养维度上培养工程伦理与团队协作意识。具体实施中，PBL 模块聚焦复杂工程问题求解，CBL 模块侧重典型案例解析，两者通过"问题提出-案例印证-方案优化"的循环机制形成教学闭环。例如，在精馏塔设计单元中，先通过 PBL 引导学生推导 McCabe-Thiele 图解法，再以 CBL 引入工业案例分析塔板数优化策略。

2.2 教学资源整合策略

构建"三位一体"教学资源库：线上平台整合雨课堂、超星学习通等工具，提供微课视频、虚拟仿真实验及在线测试；线下资源包括专业教材、工程手册及企业案例集；实践资源依托校内中试装置及校企合作基地。资源库建设注重动态更新，例如将新型分离技术（如超临界萃取、离子液体萃取）的最新研究成果转化为教学案例，确保教学内容的前沿性。

3 教学实施路径设计

3.1 课前阶段：问题驱动式预习

教师通过学习平台发布预习任务包，包含导学视频、文献阅读清单及预习题。以吸收塔设计为例，预习任务包括：推导传质单元高度计算公式、分析填料层压降影响因素、查阅工业装置设计参数。学生需提交思维导图及问题清单，教师通过数据分析掌握预习难点。例如，某次预习数据显示，40%的学生对"最小液气比"概念理解模糊，教师据此调整课堂讲授重点。

3.2 课中阶段：双轨并进式研讨

课堂实施"PBL+CBL"双轨教学：PBL 环节采用"5E"教学模式（Engage-Explore-Explain-Elaborate-Evaluate），例如在萃取过程教学中，先展示含酚废水处理案例引发学生兴趣，再分组探究萃取剂选择原则，最后通过虚拟仿真验证方案可行性。CBL 环节引入真实工程案例，如某石化企业芳烃抽提装置故障诊断，学生通过分析操作参数异常、计算物料平衡、提出改造方案，实现知识迁移。

3.3 课后阶段：拓展深化式巩固

课后任务分为三个层次：基础层完成在线测试与作业，提高层开展文献综述或小型设计项目，拓展层参与学科竞赛或企业实践。例如，针对膜分离技术，基础层要求计算截留率，提高层需分析膜污染机理，拓展层则需设计新型膜组件。教师通过平台批改作业、组织线上答疑，并定期发布拓展资源包。

4 教学支持系统建设

4.1 数字化教学平台

数字化教学平台是让混合式教学模式高效运行的核心支撑，构建“雨课堂 + 学习通”双平台架构能够充分发挥两者优势，雨课堂凭借强大课堂互动功能可精准采集签到率、答题正确率、弹幕讨论热度等数据，这些数据就像教学过程的“晴雨表”能让教师实时了解学生学习状态与参与程度，比如某次课堂答题正确率普遍较低时教师可及时调整教学节奏与重点，学习通则专注于资源存储与作业管理，其丰富资源库便于学生随时获取学习资料且规范作业管理功能提高了教学效率，平台数据生成的个性化学习画像为教师因材施教提供依据。针对课堂参与度低但课后作业质量高的学生教师可单独沟通了解其课堂学习障碍并提供针对性辅导，此外平台支持的虚拟仿真实验如精馏塔开停车操作模拟能让学生不进真实工厂就进行实践操作，既降低了实验成本又提高了学生实践技能。

4.2 教师能力提升机制

数字化教学平台是让混合式教学模式高效运行的核心支撑，构建“雨课堂 + 学习通”双平台架构能够充分发挥两者优势，雨课堂凭借强大课堂互动功能可精准采集签到率、答题正确率、弹幕讨论热度等数据，这些数据就像教学过程的“晴雨表”能让教师实时了解学生学习状态与参与程度，比如某次课堂答题正确率普遍较低时教师可及时调整教学节奏与重点，学习通则专注于资源存储与作业管理，其丰富资源库便于学生随时获取学习资料且规范作业管理功能提高了教学效率，平台数据生成的个性化学习画像为教师因材施教提供依据，针对课堂参与度低但课后作业质量高的学生教师可单独沟通了解其课堂学习障碍并提供针对性辅导，此外平台支持的虚拟仿真实验如精馏塔开停车操作模拟能让学生不进真实工厂就进行实践操作，既降低了实验成本又提高了学生实践技能。

4.3 评价体系重构

构建“过程性 + 终结性”评价体系是混合式教学模式下全面评价学生学习效果重要举措，过程性评价占比 60% 涵盖线上学习课堂表现作业质量三个方面，线上学习评价可督促学生充分利用数字化教学资源培养自主学习能力，课堂表现评价能反映学生在课堂上的参与度与思维活跃度，作业质量评价侧重于学生对知识的理解与应用能力，终结性评价占比 40% 包括期末考试与课程设计。期末考试主要考查学生对课程基础知识的掌握程度，课程设计更注重学生的综合能力，在课程设计评价中强调工程思维与创新意识，不仅考核计算的准确性还关注方案的经济性安全性及环保性分析。

5 实践成效与反思

5.1 学生能力提升表现

近三年课程数据显示，学生工程问题解决能力显著提升：课程设计优秀率从 15%提高至 35% ，学科竞赛获奖数量增长 200% 。例如，某学生团队基于课程所学，设计出新型萃取精馏工艺，获全国大学生化工设计竞赛二等奖。学生工程伦理意识增强，在课程设计中主动考虑节能减排措施。

5.2 教学模式优化方向

实践发现，混合式教学对教师工作量提出更高要求：案例开发需投入大量时间，课堂管理难度增加。后续改进方向包括：建立案例共享机制，开发 AI 辅助教学工具，优化教学流程设计。例如，通过自然语言处理技术实现作业自动批改，减轻教师负担。

6 结束语

《化工分离工程》课程 PBL+CBL 混合式教学模式的实践表明，通过问题驱动与案例教学的深度融合，能够有效突破传统教学局限。该模式在知识传授、能力培养及素养塑造方面展现出显著优势，为专业课程教学改革提供可行路径。教学实践中积累的经验与数据，为后续教学模式优化提供重要参考，推动工程教育人才培养质量持续提升。

参考文献：

[1]刘思乐,韩悦.新工科背景下化工分离工程课程产学研融合建设与探索[J].上海化工,2024,49(06):555.

[2]李楠楠,马闯.基于 OBE 理念的化工分离工程课程教学改革实践[J].化纤与纺织技术,2024,53(12):195-197.

高等教育教学改革研究项目，（项目编号：hsyjgy202414）