環境工程專業《化工原理》課的教學改革與實踐

陸偉東

環境工程專業《化工原理》課的教學改革與實踐

陸偉東

（韶關學院化學與環境工程學院，廣東韶關512005）

以環境工程專業《化工原理》理論課為例，結合筆者多年《化工原理》教學與環境污染治理工程實踐經驗，分別從教學內容、教學方法及教材建設三個方面總結了《化工原理》理論課教學改革思路與實踐經驗.2009-2012學年課程改革實踐結果表明，學生學習《化工原理》理論課的興趣、工程意識以及解決實際工程問題的能力得以明顯提高.

《化工原理》；專業基礎課；工科專業；教學改革

應用型地方高校是根據地方區域經濟發展需要，培養從事應用和實踐工作人才的高等教育機構［1］.其中應用型地方高校的工程類專業人才在保持區域經濟可持續發展中具有重要的意義.《化工原理》是環境工程專業重要的基礎課程，也是培養工科學生工程思維能力的一個重要課程.目前，韶關學院環境工程專業培養計劃中《化工原理》理論課程化工原理課程教學時數為48學時，課程內容繁多且抽象，學生都是從高中直接升入大學，沒有相關工程實踐經驗.因此學生對《化工原理》課往往比較恐懼，教與學的矛盾比較突出.基于應用型人才培養目的及多年教學和環保工程實踐經驗，筆者從三年前開始對環境工程專業《化工原理》理論課程的教學內容、教學方法和教材建設進行了一系列的改革與實踐，經過三年的探索與實踐，取得了初步成效.

1 精選教學內容，體現專業特色

《化工原理》是以單元操作為主線來編排教學內容的，包括動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞.每一種傳遞過程又包含多種單元操作.由于課程學時數有限，平均用時來對各單元操作進行講解顯然不太可能也不合理.因此，結合韶關學院環境工程專業主要培養方案要求和筆者在教學和工程實踐中的經驗體會，認為非常有必要對面向化工專業的《化工原理》教材的內容進行甑選，以充分體現出環境工程專業《化工原理》理論課教學的環境工程特色.

韶關學院環境工程專業側重于培養污染控制工程設計、環保工程設施管理運行與環境監測方面的應用型人才.因此在教學內容選擇和教學重點的確定方面也要服務于這一方向.污染控制原理是將污染物中廢水、廢氣和廢渣中分離出來，廢水、廢氣乃至流態化的固體廢物均屬流體范疇，故流體流動與流體輸送機械是單元操作的重要基礎，考慮到總學時數，選擇用8學時來完成此部分內容的講授和輔導，重點講述流體的性質，流體流動遵循的基本規律，如連續性方程、伯努利方程、牛頓粘性定律、流量與壓力的測量以及泵和風機的結構、工作原理、操作方法與選型等等.通過深入分析和講解這些關鍵問題，使學生基本掌握管路設計、流體重要參數的測量和泵或風機的選型、設備安裝等基本操作.第二部分重點內容為熱量傳遞基礎，占6學時，重點講授熱傳導、保溫材料與保溫材料厚度的確定、傳熱總方程、換熱器及強化傳熱的措施；第三部分內容為吸收，占12學時，重點講授的低濃度氣體吸收的設計計算和操作計算，以物質傳遞速率和物料衡算為主線，以SO2或NH3的吸收為工程實例，以教師講授輔導，學生練習為主要教學方式，深入學習吸收設備的設計計算和操作計算，此舉充分聯系了大氣污染控制的實例，能極大引起學生的共鳴，激發同學們的學習興趣，通過對改革實施后的三年六次期末考試成績統計表明，此部分內容的得分率達83.4%；第四部分內容為氣液傳質設備，占2學時，重點講授填料塔和板式塔的結構和操作性能特征及操作過程中應注意的問題；第五部分內容為固體干燥，占8學時，以城市污泥干燥為例，重點講授固體干燥的原理、速率的計算及干燥設備的選型與簡單設計計算等；第六部分為非均相混合物分離，占6學時.包括沉降和過濾，重點講授降塵室和旋風除塵器的除塵原理和尺寸的設計、常見過濾設備及其過濾原理等.第七部分為生化反應器，占6學時，包括生化反應器簡的特點、類型及簡單設計計算等.通過對教學內容有針對性的篩選，一方面，保證學生從整體上掌握單元操作的基本概念，另一方面，單元操作技術和環境污染控制技術緊密結合，充分體現學科特色.

2 改革教學方法，培養工程意識

化工原理屬工程學科，其處理問題的方法與自然科學學科有著較大的差別.《化工原理》是環境專業學生在大學期間學習的第一門工程學科的課程.因此，在講授化工原理緒論過程中，筆者就特別強調要轉變學習方法，并在后續相關章節中通過引入工程案例和采用討論式教學方式強化學生的工程意識和工程觀念的培養.具體的改革措施如下.

2.1引入工程案例，激發學生學習興趣

興趣是最好的老師.在教學過程中通過引入環境污染控制工程實際案例，將化工原理基本原理與實際案例進行關聯，讓學生充分感受到化工原理不單單是大學中的一門課程，而且是一門在整個專業課程體系中起著承上啟下作用的課程，是學好專業課程和解決實際工程問題的重要基礎，進而激發學生學習的興趣.比如，在講授離心泵時，筆者就在課堂上提出如何能將水從低位輸送至高位、在污水管網中污水提升泵站的作用等問題，引發學生思考，進而引出具體的授課內容；其中涉及流體在管內的流動形態和速度、管路的阻力損失、流體流動時的能量守恒方程和質量守恒方程，基于能量守恒方程可進行污水提升所需的外加能量并結合污水流量和泵的效率，計算出所需泵的揚程和功率.然后再根據污水流量確定泵的流量，從而確定泵的型號.與此同時，還可以順勢引出離心泵的工作原理、安裝高度、氣縛、氣蝕等問題.在其它章節的講授中，筆者也嘗試相應引入三廢處理工程中的實際案例，盡量使問題簡單化.同時，在教學過程中還特別注意聯系實際工程案例，給學生灌輸技術經濟評價的思想，引導學生在確定工程方案時除了要從理論上探索其可行性外，還要研究其技術上的可行性，經濟上的合理性和生產上的安全性等問題，統籌考慮.實踐證明，在教學過程中引入工程案例，能強化學生對理論知識的掌握，提高學生考慮工程問題時的工程思維和工程意識.

2.2 啟發式討論教學，理論聯系實際

啟發式討論教學是指教師根據學生的基礎、教學要求而采用的一個教學啟發手段，以充分調動學生思維的積極性，讓學生在教學過程中發揮主體作用.通過經驗總結，筆者認為，在環境工程專業化工原理教學中，應通過從實際生活實例中提出問題，分析問題，層層啟發，由淺入深，引發學生主動思考，達到理論聯系實際的目的.比如，在講授固體干燥時，以生活垃圾焚燒的例子，指出生活垃圾在焚燒處理之前，水分必然要先汽化，然后使生活垃圾顆粒溫度上升至其著火點，才能發生燃燒等等.此外，筆者在講授傳熱的三種方式之前，先讓同學討論為什么夏天吹風扇會感覺非常涼快，冬天躲在墻角曬太陽會感覺更暖和.經過同學激烈的討論后，請1～2位同學為代表指出其中可能的原因，然后才對同學的分析進行點評，并給出正確的解釋.實踐表明，通過類似的課堂討論，學生參與度得到了極大的提高，學習的熱情也空前高漲.

3 結合專業需求，整合教材資源

環境工程是一個實踐性和工程性較強的學科，涉及傳遞過程原理、能源利用、流體力學、材料力學、生化反應工程、過程的設計和控制以及一些新型過程的開發等［2］.就現有的各種環境污染物控制與治理方法而言，絕大部分都涉及形形色色的化學反應，或為均相反應，或為多相反應，并不可避免地牽涉到有關反應物料傳遞、本征反應動力學與宏觀反應動力學及反應器的設計與分析等一系列化學反應工程問題［3］.

目前環境工程專業化工原理理論課大多數采用的教材是在化工專業使用的《化工原理》基礎上簡化而成，與“三廢”處理工程案例聯系不太緊密，缺少反應工程相關內容，特別是生化反應工程內容.為了適應應用型地方高校環境工程專業人才厚基礎、重應用的培養目標和專業需求，化工原理課程應該強化傳遞過程計算基礎、重點講述流體力學基礎、傳熱、傳質的基本原理并在分析主要公式時引用環境污染治理工程設備案例，使教材內容更加通俗易懂.同時，增加生化反應工程基礎并將其與單元操作有機銜接.在課程內容安排上，適宜采用由簡入繁、由具體到抽象、再由抽象到具體、前后關聯的編排模式.根據以上設想，筆者采用的講義大綱安排如下：緒論（介紹課程的研究對象與學習方法、單位與量綱、物料衡算、能量衡算和速率）.流體流動與流體輸送機械（第一章，討論流體流動、流體重要參數測量方法、流體流動的能量衡算、簡單管路計算.第二章，泵與風機的選型、安裝與操作）.傳熱（第三章，討論保溫及保溫材料、熱傳導、保溫效果、保溫材料的適宜厚度、換熱器）.傳質分離過程及設備（第四章，討論吸收速率、吸收過程的物料衡算和填料層高度的計算和填料塔的操作計算、傳質設備的結構及操作性能）.非均相物系的分離（第五章，討論固體懸浮物及其運動、集塵、分級基礎及降塵室、旋風除塵器的特點）.生化反應器基礎（第六章，討論生化反應速率的表示方法、主要的生化反應器設計）.固體干燥（第七章，討論干燥過程原理和特點、濕空氣性質參數和水分性質）.

4 結語

應用型地方高校工程類人才在服務地方經濟發展中具有重要的作用.其中，工程類專業人才培養過程中專業基礎課程對于應用型人才工程意識、工程思維能力和解決實際工程問題能力的培養具有重要的指導意義.基于當前應用型地方高校工程類專業基礎理論課教學與應用型人才培養要求不太吻合的現狀，以《化工原理》理論課為例，筆者從三年前開始對環境工程專業《化工原理》課程進行了系統的改革和創新.以培養應用型人才為目標，通過加強教學觀念、完善教學方法，結合專業特點編寫教學講義，加強學生工程意識和工程思維能力培養.經過三年的教學改革，學生的學習興趣、解決實際工程問題的信心和能力明顯提高.

參考文獻：

［1］鄭鋒.本科工程應用型人才的素質要求及培養［J］.南京工程學院學報，2005，5（2）：41-45.

［2］張霞，焦學然.關于環境工程原理教學方法的探討［J］.廣東化工，2010，37（2）：110-111.

［3］陸強.環境工程專業開設化學反應工程課程的必要性與教學實踐［J］.化工高等教育，2009（4）：33-36.

Teaching Reform and Practice on Principle of Chemical Engineering for Environmental Engineering Specialty

LU Wei-dong
（School of Chemistry and Environmental Engineering,Shaoguan University, Shaoguan Guangdong,China）

The ideas and experience of teaching reform on theory course of principle of chemical engineering were summarized through teaching content,teaching method,and teaching material construction,based on the experience of principles of chemical engineering course teaching and environmental pollution control engineering practice,using the course of chemical engineering principles of environmental engineering specialty as an example.The course reform results of 2009 to 2012 school curriculum showed that the student’s learning interest in theory course of chemical engineering principles,engineering consciousness and their increasing ability to solve practical engineering problems.

principle of chemical engineering;professional fundamental course;engineering specialty;teaching reform

G642.421

：A

：1007-5348（2015）04-0092-04

（責任編輯：邵曉軍）

2014-08-12

韶關學院第十三批教育教學改革研究項目（SYJY20121351）.

陸偉東（1980-），男，廣東英德人，韶關學院化學與環境工程學院講師，碩士；研究方向：化工與環境保護.