應用化學專業(yè)《化學工程基礎(chǔ)》課程的教學改革

摘要：《化學工程基礎(chǔ)》課是我校應用化學專業(yè)唯一一門工程技術(shù)課，根據(jù)學生學習本課程的特點，從教學手段、教學形式、學生工程意識的培養(yǎng)等方面進行了改革，提高了課程的教學效果，學生解決實際問題的能力也得以大大提高。

關(guān)鍵詞：化學工程基礎(chǔ)；教學改革；工程意識

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）06-0036-02

隨著理科類化學專業(yè)的學生就業(yè)壓力的增加，相當數(shù)量應用化學專業(yè)學生畢業(yè)后轉(zhuǎn)入工科類的研究生學習或進入化工企業(yè)工作，同時我國快速發(fā)展化學工業(yè)對各種化學專業(yè)人才的需求不斷增加。培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、適應性強、具有創(chuàng)新能力的化學化工人才，是理工類化學教學改革面臨的一個重要課題[1]。化學工程基礎(chǔ)是一門實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有理論與實踐并重的特點，是銜接基礎(chǔ)化學知識和化工生產(chǎn)實踐的知識橋梁，在培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力和實踐能力中起著重要作用，是我校應用化學專業(yè)開設(shè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。化學工程基礎(chǔ)課程的學習對培養(yǎng)學生工程思維和解決工程實際問題的能力具有重要意義。

一、本門課的特點及學生學習現(xiàn)狀

本課程是應化專業(yè)學生必修的一門重要的工程技術(shù)基礎(chǔ)課程，是運用物理、物理化學的基本原理來研究和分析化工生產(chǎn)中的動量傳遞、熱量傳遞及質(zhì)量傳遞的原理，以及“三傳”原理在各單元操作中的應用。課程的目的是培養(yǎng)學生學會運用工程觀點和基本方法分析解決生產(chǎn)過程中單元操作的問題，如操作中的物料衡算、能量衡算、過程速率、平衡關(guān)系以及典型設(shè)備的設(shè)計及選型。內(nèi)容涉及了流體的輸送、傳熱、蒸餾、吸收、以及反應工程等方面。課程強調(diào)工程概念、定量計算、實驗技能和設(shè)計能力的綜合培養(yǎng)訓練，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，化學工程基礎(chǔ)還為后續(xù)的專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。化學工程基礎(chǔ)所學知識可直接應用于生產(chǎn)中，而且普遍應用。因此，學好本課程可為將來做工程技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。《化學工程基礎(chǔ)》是我校應用化學專業(yè)在大三下學期開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，共計32學時。學生在學習該課程前僅有的工程概念也是去岳陽化工廠短期實習參觀，可以說幾乎沒有工廠的實際概念，同時該課程內(nèi)容涉及多門學科，交叉性強，公式圖表多，其內(nèi)容多而雜，完全不同于學生以前所學課程。學生學習時普遍感到這門課程概念多、物理量多、公式多、方法多，而且計算繁雜，尤其是對課程中半理論半經(jīng)驗公式和準數(shù)、準數(shù)關(guān)聯(lián)式感到頭痛，特別是面對大量的工程概念和工程計算，往往會感到無從著手，不知用哪個公式去計算適宜。因此在學習過程中困難較大，不易學透。另外本課程還要緊密聯(lián)系工程實際，教學難度很大。因此，《化學工程基礎(chǔ)》課的教學改革顯得尤為重要。

二、教學改革的措施

1.運用多媒體課件進行教學，加強課堂教學效果。由于《化學工程基礎(chǔ)》課程內(nèi)容多、原理復雜，不容易理解，公式多而繁雜，要在32個學時里將其講透并且學生能理解，就必須在教學方法和教學手段上進行改革，運用現(xiàn)代化教學手段，利用多媒體課件進行教學，使得單位學時的信息量大大增加。利用多媒體可以對課程教學內(nèi)容進行精煉和整合，同時也可以對教學中遇到的圖表和圖形、曲線等通過多媒體直接展示出來，特別是課程中涉及的化工設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，各單元操作和生產(chǎn)過程等用多媒體課件將圖象和聲音于一體來展示，使原本枯燥的內(nèi)容變的生動、有趣，使學生對單元操作、工藝過程的現(xiàn)象有更深入的了解，可激發(fā)學生的學習熱情。例如，在講述流體的流動時用Flash動態(tài)表示流體流動的兩個流動形態(tài)：層流和湍流，引導學生觀察液體流動時的層流和湍流現(xiàn)象，區(qū)分兩種不同流態(tài)的特征，搞清兩種流態(tài)產(chǎn)生的條件，再分析圓管流態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，然后引出表征流體流動參數(shù)——無量綱數(shù)雷諾數(shù)，加深了對雷諾數(shù)的理解。又例如傳質(zhì)與精餾的計算一直是學生學習的難點，學生不知如何根據(jù)已知參數(shù)去選定適宜的公式計算，同時對該工藝過程一無所知，因此，在這部分，我們以氨氣的制備為例，用Flash動態(tài)表示氨氣從吸收到解吸的過程，中間經(jīng)歷的設(shè)備及工藝過程，使學生既熟悉化工生產(chǎn)中重要的吸收—解吸的工藝流程，了解填料塔的結(jié)構(gòu)，同時也掌握了吸收—解吸過程的操作和調(diào)節(jié)方法，對計算吸收和解吸時涉及的氣相傳質(zhì)系數(shù)和液相傳質(zhì)系數(shù)（或單元操作高度）及其與液體噴淋密度的關(guān)系有更深入的了解，大大增強了學生的理解能力，取得了很好的教學效果。在運用多媒體教學的同時，還要不同的課程內(nèi)容采取不同的教學模式。對那些必須掌握的內(nèi)容，采用“板書+多媒體”教學方式，重點向?qū)W生講解，使得課堂教學形象、直觀、生動、活潑，激發(fā)學生學習的興趣，提高課堂效率。

2.各種教學方法并重，增強學生的綜合理解能力。由于課時少，學時集中，基本在10周內(nèi)完成教學和考試任務，而教學內(nèi)容多而雜，為使學生順利地學好本課程，我們從以下幾個方面對教學方法進行了改革：①采用啟發(fā)式、互動式和對比式的教學方法。教師在每次上課前都要認真?zhèn)湔n，確定每次課的重點，在上課前先給學生提出1～2個問題，讓學生帶著問題邊聽邊思考，教師講授時采用啟發(fā)式、互動式、對比式等教學方法，充分調(diào)動學生的思維活動，激發(fā)學習的主動性。在下課前由老師或?qū)W生回答課前提出的問題，對有新意，有獨特視角的回答，給予肯定和鼓勵。采用回答問題的方法，不僅激發(fā)學生學習的積極性和主動性，而且使學生能有效的掌握課堂上所講授的內(nèi)容，提高學生的分析和解決問題的能力。②適宜的習題練習。教材在每章的后面都有對應的習題進行練習，這些習題都是著者精心選擇的習題，具針對性，要求學生必須做完課后的習題。大量的習題練習也是學好本課程的重要部分，通過做練習題，不斷的練習，加深記憶。教師認真批改每個學生的作業(yè)，并因此對學生作業(yè)中出現(xiàn)的共性問題進行總結(jié)，以習題課的形式進行講解。③加強習題課的學習，增強學生的綜合理解能力。教學中發(fā)現(xiàn)學生上課時聽的明白，也能當場回答問題，但是，一旦課后遇到問題就無從下手，不知用什么理論或公式去解釋和回答，所以，在教學中安排一定量的習題課是十分必要的，習題課也是理論教學的一個重要環(huán)節(jié)。在每章教學內(nèi)容結(jié)束后，我們都通過習題課的形式使學生加深對基礎(chǔ)知識和基本規(guī)律的理解，解題過程成為學生理論聯(lián)系實際的一個重要途徑。習題課由三部分構(gòu)成：選擇題、問答題、計算題。習題課的選題要有代表性、啟發(fā)性，以使學生在解題過程中深刻理解基本概念、掌握方法、尋找所學知識應用的結(jié)合點。每章選有代表性的選擇題5～10個、問答題2～4個，讓學生現(xiàn)場回答，根據(jù)學生的回答情況進行講解，讓學生知道對和錯的理由，再根據(jù)學生課外作業(yè)時出現(xiàn)的問題，有針對性地講解1～2個計算題。通過習題課使學生加深對概念和公式的理解，更加踏實、牢固、全面地掌握所學基礎(chǔ)知識。教學中發(fā)現(xiàn)學生特別喜歡上習題課，這樣便于檢驗學生的學習狀況，受到學生的好評。

三、培養(yǎng)學生的工程意識，掌握多種工程研究方法

化工工程基礎(chǔ)作為綜合性的工程技術(shù)課，是從自然科學領(lǐng)域的基礎(chǔ)課向工程科學的專業(yè)課過渡的入門課程，對學生建立工程技術(shù)意識具有重要作用。但由于學時的限制，教學上還是存在著“重過程、輕設(shè)備”問題，為此，在教學中通過理論聯(lián)系實際，逐步深入，有意識地培養(yǎng)學生的工程觀念。

1.重視緒論教學。緒論教學對學生學習本門課的興趣起到至關(guān)重要的作用。緒論教學中首先向?qū)W生展示大型化工廠宏偉風姿的圖片，圖片中密如蜘蛛網(wǎng)的管道線路、高大的填料塔、反應爐和存儲罐、換熱器等設(shè)備馬上吸引了學生的注意力，教師簡單介紹這些設(shè)備在生產(chǎn)中的作用，再通過典型的生產(chǎn)工藝流程闡述化工過程包括的單元操作，而這些單元操作即是本課程將要重點講解的內(nèi)容，再簡單介紹課程的基本理論，說明課程的重要性。緒論教學中要讓學生理解“三傳”的基本概念、量綱一致性原則，掌握物料衡算、熱量衡算、過程速率及單位換算的計算要點，為后續(xù)章節(jié)學習打下良好的基礎(chǔ)[2]。

2.教學中應注重培養(yǎng)學生的工程觀念。化工工程問題的特點是復雜多變，為了使學生有能力將本課程的理論應用于復雜多變的實際，必須培養(yǎng)他們樹立工程觀念。本課程教學中工程觀念的培養(yǎng)主要有“過程速率”概念的培養(yǎng)、優(yōu)化觀念的培養(yǎng)以及工程研究方法論的培養(yǎng)。同時在教學中，根據(jù)不同的單元操作，系統(tǒng)地闡述解決化工工程實際問題的一些基本方法，如因次分析法、數(shù)學模型法、過程分解法等，熟悉這些工程問題的研究方法是培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，樹立工程意識的主要途徑。

《化學工程基礎(chǔ)》作為應化學生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學生對化學專業(yè)和化工生產(chǎn)過程的了解，擴大學生的化學工程技術(shù)知識視野，提高學生的聯(lián)系實際分析問題和解決問題的能力，對學生今后的學習和工作具有重要的意義。實踐表明，采用多種形式的教學方法和教學手段特別是多媒體教學手段的運用和實踐教學環(huán)節(jié)的實施，對提高教學質(zhì)量和教學效果起到了很好的促進作用，學生的學習積極主動性與學習效率也大大提高。

參考文獻：

[1]羅運柏，于萍，黃馳，等.化學工程基礎(chǔ)國家精品課程的建設(shè)與教學[J].化工高等教育，2012，125（3）：25-27.

[2]張銘，胡達，帥群，等.《化工原理》中工程觀念與實踐能力培養(yǎng)研究[J].長江大學學報（自然科學版），2010，7（3）：711-712.

作者簡介：吉曉莉，武漢理工大學副教授。