化學反應(yīng)工程教學方法探討

尹先清 李 賡

(長江大學化學與環(huán)境工程學院,湖北 荊州 434023)

化學反應(yīng)工程教學方法探討

尹先清 李 賡

(長江大學化學與環(huán)境工程學院,湖北 荊州 434023)

反應(yīng)工程是化學工程與工藝專業(yè)的主干課程。針對反應(yīng)工程的學科特點,圍繞培養(yǎng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求,長江大學從培養(yǎng)學生科學思維方法、提高工程分析能力、理論聯(lián)系實際、提高講授質(zhì)量、培養(yǎng)學生綜合能力等方面做了有益的教改探索。

化學反應(yīng)工程;教學改革;課程建設(shè)

反應(yīng)工程是化工專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課,也是“三傳一反”的核心課程,該課程涉及物理化學、化工熱力學、傳遞過程及原理等知識領(lǐng)域,內(nèi)容涉及到生產(chǎn)實際較多,難點較多[1～3]。該課程既包含化學過程,又包含物理過程,學生普遍有畏難情緒,認為反應(yīng)工程課程是大學中最難學習的課程之一。按照長江大學的教學計劃,課時設(shè)置為40學時。要讓學生系統(tǒng)掌握該課程的內(nèi)容,并運用于實踐中,必須在教學手段和方法上進行改革,把反應(yīng)工程的基本要點和有關(guān)基礎(chǔ)知識與工業(yè)生產(chǎn)實際緊密結(jié)合起來,運用工程分析的方法來學習反應(yīng)工程的重要概念,使學生形成完整的反應(yīng)工程觀點,掌握反應(yīng)工程分析的內(nèi)容和方法手段,提升分析和解決實際工程問題的能力。

一、精選教學內(nèi)容,強化教學效果

在教學中,教師只有了解和掌握反應(yīng)工程課程的知識結(jié)構(gòu)特點,即課程各部分知識的層次與相互關(guān)系,才能抓住教學重點,精選教學內(nèi)容,有針對性地對教學內(nèi)容進行革新。在實際的教學中,教師應(yīng)圍繞反應(yīng)工程學科的兩個基本問題,即反應(yīng)動力學問題和反應(yīng)器分析與設(shè)計問題,把反應(yīng)工程的基本觀點與基礎(chǔ)知識緊密聯(lián)系起來,從工程分析的角度討論反應(yīng)工程中的重要概念。因此,教師備課時要認真鉆研教材,了解本學科發(fā)展動態(tài),結(jié)合教材內(nèi)容精心取舍,對講課內(nèi)容合理安排,做到重點突出,內(nèi)容詳實。重點講授基本原理、前后內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展關(guān)系,突出工程意識,增強學生分析問題、解決問題的能力。同時努力拓寬教學信息,結(jié)合本學科的發(fā)展史、發(fā)展成果、發(fā)展方向,把學科研究的最新工業(yè)化成果介紹給學生,激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和工程意識。

反應(yīng)工程的教學,應(yīng)緊緊圍繞反應(yīng)動力學和反應(yīng)器分析與設(shè)計兩方面展開,這是教學的主干內(nèi)容在教學安排上,我們從應(yīng)用的角度和反應(yīng)器設(shè)計與分析的需要出發(fā),闡明反應(yīng)動力學基本原理。在反應(yīng)器分析與設(shè)計中,反應(yīng)器類型眾多,差異大,要從工程科學的角度抓住影響反應(yīng)的本質(zhì)要素,即反應(yīng)時間、反應(yīng)物料的混合度是決定反應(yīng)進程的重要因素。物料在反應(yīng)器中流動,必然存在返混,物料在反應(yīng)器中停留時間分布的問題。在教學中從理想流動模型CSTR和PRF理想反應(yīng)器入手,進行透徹分析,由此出發(fā)來進行實際工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計與分析,構(gòu)成了整個反應(yīng)工程課程教學的主線,教學上要為此安排較多的學時。結(jié)合精細化工和生物化工的發(fā)展,教學中還應(yīng)對間歇和半間歇反應(yīng)器的濃度-時間、濃度-軸向距離的變化圖進行分析與討論。對于多相反應(yīng)系統(tǒng),重點論述氣—固催化反應(yīng)的宏觀動力學及固定床催化反應(yīng)器。

二、多媒體、電子課件等現(xiàn)代化教學手段的應(yīng)用

多媒體教學設(shè)備的普及,革新了傳統(tǒng)的教學手段和方法。主講教師結(jié)合教材自制一整套電子備課講稿,制成多媒體CAI教學課件,用圖像、動畫、聲音的有效組合,取代傳統(tǒng)的單一的黑板板書模式,提高了教學效率和效果,便于擴充完善講課內(nèi)容,靈活調(diào)整講課素材。幾年來該課程全部在多媒體教室上課,利用現(xiàn)代化的教學手段,強化教學素材中的直觀效果,尤其是各種反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式和操作方式,反應(yīng)過程的模擬等在多媒體動畫中直觀地呈現(xiàn)在學習者面前,能促進其理解。

三、注重理論聯(lián)系實際,進一步提高教學質(zhì)量

長江大學是一所服務(wù)于石油、石化的地方綜合性大學,學生就業(yè)面廣,要求學生能夠?qū)W以致用。基礎(chǔ)知識的掌握對于解決實際工程問題非常重要。在教學中我們結(jié)合實習教學,將現(xiàn)場典型的工業(yè)反應(yīng)器從結(jié)構(gòu)、原理上進行工程分析,加深對其的理解。如硫磺制酸中的SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)器是一種典型的多段絕熱固定床反應(yīng)器,實習現(xiàn)場采用孟莫克公司的HRS技術(shù),熱能利用率比傳統(tǒng)工藝高25%,極大地節(jié)約了能源,從理論上分析其工作原理、控制方法:生產(chǎn)中是通過何種手段實現(xiàn)的,怎樣操作才能提高SO3轉(zhuǎn)化率,及時將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量與系統(tǒng)物料完成熱交換,反應(yīng)一次,換熱一次,反應(yīng)與換熱交替進行。我們在講課中列舉大量實例,如甲醇氧化制甲醛的固定床氧化反應(yīng)器、石油化工中的流化床催化裂化裝置反一再系統(tǒng)、精細化工生產(chǎn)中的尾氣的吸收利用等。這些實例以理論為指導(dǎo),通過分析反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式、工作原理來理解理論知識,同時豐富了理論,通俗易懂,學生學習有激情,受益很大。

四、重視實驗教學,強化教學過程

化工開發(fā)實驗教學是進一步強化理論知識的有效途徑。我們在化工開發(fā)實驗中,采取開放式教學模式,對實驗內(nèi)容、實驗對象開放,為反應(yīng)工程的教學提供了擴展教學方法和教學手段的空間。化工開發(fā)實驗室有多功能仿真實訓(xùn)系統(tǒng)、多釜串聯(lián)停留時間實驗裝置、管式反應(yīng)器實驗裝置等多種,涵蓋了典型的反應(yīng)工程的內(nèi)容。尤其是多功能仿真實訓(xùn)系統(tǒng),其工藝流程、操作模式、物料投料完全與生產(chǎn)實際一樣,使學生對操作的過程和設(shè)備有直觀的了解和認識。在課程教學中,對實驗原理講透,讓學生走進實驗室來,對化學反應(yīng)器的主要類型和典型的設(shè)備有一個概括性的了解。學生可以與教師預(yù)約時間,開展獨立演示實驗。這些實驗教學加深了學生對所學理論和過程的認識理解,鞏固了所學知識。

教學改革后,該課程教學科時數(shù)少。在實施素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的社會大背景下,應(yīng)力求讓學生系統(tǒng)掌握反應(yīng)工程課程的內(nèi)容,把反應(yīng)工程基本觀點與工程知識緊密聯(lián)系起來,從工程應(yīng)用分析的角度來討論反應(yīng)工程的重要工程概念。對反應(yīng)工程這樣一門最能體現(xiàn)化工專業(yè)特點的學科,讓學生掌握并運用它是很不容易的,必須從教學方法和手段多方面進行改革。這是一個需要不斷創(chuàng)新的系統(tǒng)工程。

[1]鄒漢波,陳勝洲,林維明,等.化學反應(yīng)工程課程建設(shè)的探討[J].廣東化工,2008(2).

[2]周濤,譚軍,葉紅齊,等.化學反應(yīng)工程課程教學內(nèi)容和課程體系改革[J].化工高等教育,2006(3).

[3]趙玲,許志美,曹發(fā)海,等.科研提高教學品質(zhì)——科研成果在化學反應(yīng)工程課程建設(shè)中的“四進”[J].化工高等教育,2008(3).

責任編輯 強 琛 E-mail:qiangchen42@163.com

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1673-1395(2010)05-0032-02

2010-07-01

湖北省本科品牌專業(yè)建設(shè)研究項目(鄂教高[2006]24號)

尹先清(1962—),男,湖北仙桃人,教授,碩士,主要從事化學工藝及應(yīng)用研究。