化工原理教學培養學生實踐與創新能力的探索

紀海明 張斌 呂宜春

（1.齊魯石化培訓中心，山東 淄博 255400；2.山東化工職業學院，山東 濰坊 261100）

化工原理教學培養學生實踐與創新能力的探索

紀海明1張斌1呂宜春2

（1.齊魯石化培訓中心，山東 淄博 255400；2.山東化工職業學院，山東 濰坊 261100）

化工原理作為化工類專業必學的一門專業課程，其運用范圍極為廣泛，對學生今后的工作科研具有重要意義。因此本文將主要探討長久以來的化工原理這門課程中主要涉及的就是教學原理、教學實驗內容以及設計類的知識的具體實行辦法等，進而提高學生的學習實踐能力和實驗創新能力，進而提升教師的教學水平。

化工原理；教學改革；實踐與創新

化工原理也是被稱為單元操作，是一種化學類學生必須學的專業基礎課程，主要內容是去研究各個操作單元的基本原理、工藝設計參數以及設備的選擇等，適用于后期的工藝設計和實踐操作[1]。化工原理是將高等數學、物理和化學、力學等基礎學科的綜合科目結合在一起，用于分析和解決各類化工生產過程中的科學問題的課程，化工原理這門課程是工程科學和工程技術結合的一門學科。

化工原理是將數學、物理、化學、物理化學、計算機基礎知識融合在一起，用于化工以及相關專業的技術學科，分析和解決化工生產中各種物理過程問題的工程基礎學科。化工原理的課程內容適用于化工生產中的物理性加工過程，研究不同加工過程中的操作環節，這其中包括蒸發、吸收、萃取、干燥、結晶以及膜分離技術等，并在設計過程中根據設備的計算原理來調整設計參數和設備樣式。化工原理研究方法有兩類，即數學模型法和在理論指導下的實驗研究法。化工原理教學環節包括課程認識實習、理論教學和實驗教學，主要是在教學過程中先學習理論知識，尤其是多方面學科的基礎知識的靈活運用，在計算過程中對工程的定量分析、定性分析和具體的設備使用，將理論知識和操作知識相互結合，在實際的設計環節中按照相應的工藝設計要求和工程設備的設計原理。具體要求是：（1）根據化工生產的全部過程以及設備的設計參數，重視定量和定性的分析，培養和提升學生解決和設計問題的能力；（2）提高實驗操作能力，培養文獻查閱和初步工程設計能力；（3）熟悉操作原理、操作方法和參數調節方法，了解優化生產過程的方法，具備分析和解決操作中所出現問題的基本能力；（4）從經濟角度出發，具備過程與設備優化的基本能力。

化工原理課程的主要特點是：（1）知識覆蓋全、內容多且理論強度大；（2）工程運用多、計算量大、與實際工程多有接觸；（3）設計的設備種類多、工程多數較為復雜。因此化工原理的課程教學是在幫助學生掌握基礎知識的過程中，培養學生對于理論知識的運用，進而強化工程教學觀點和思維創新等。

1 理論學習方式

在培養學生的過程中明確了解創造才能是一種綜合性、全面的工程，要通過化學實踐活動系統的創造才能，需要通過橫向和縱向兩個方面來分析問題和解決問題，遵循學生的綜合能力，制定有效的理論教學方式。

(1)精講精煉，突出重點。針對化工原理這門課，首先由于現在本科教學課時縮減政策導致原本課程內容較多的化工原理的學時也隨著減少，因此如何在有限的教學時間中將課時充分利用并將知識傳授給學生，所以制定一個合理的教學規劃成為教學的主要依據，也是教師應當掌握的主要教學技巧。根據講解的基本知識，主要突出每堂課的重點和難點，著重設計和安排教學內容，此外還與要做到主線明確，課程的重點內容突出，讓每一位學生做到真正的理解知識，這樣可以引導學生朝著由易到難的方向去思考。為避免滿堂灌，安排每一章的習題課，同時穿插安排相應的理論教學課上，給學生留一定的練習時間，真正做到精講勤練，并且積極地以引導學生思考問題、發現問題、分析問題、進而解決問題。

化工原理課中的各單元需要化工過程的基本研究方法、經典的工程單元過程的原理、及設計工藝中的計算以及相關的工藝過程中的設備的工藝計算是化工原理課程的基本內容，這些內容是化工類及其相關專業學生必須掌握的基本技能，因此必須作為課程的重點內容進行講授，同時力求學生能夠通過課程學習形成比較系統的化學工程問題的研究方法體系，學生應該對典型的單元過程原理做到融會貫通，深刻理解，并能夠熟練地進行典型單元的過程設計和設備工藝設計。化工原理這門課的難點如何很好的將基礎課程與專業課程進行調整，將數學、物理的邏輯知識轉化到工程設計中，幫助學生了解工藝技術和機械設備的設計知識，加強對化工知識的認識和相應的化工原理課程知識的認識，真正的將化工原理知識運用到化工工藝中。

(2)結合實際問題，激發學生興趣。興趣是最好的老師，可以直接激發學生積極主動探求知識，鼓勵就是最好方法，不僅僅可以培養學生對知識的創造能力，同時還能夠激發學習中的創新能力。因此在化工原理這門課程的教學過程中，涉及與課程有關的實際問題的時候，教師首先應考慮學生對相關問題的感受，看學生是否已感覺到事物的特點，引出要課程的新知識點或單元操作時，往往會很快激起學生的興趣，促使其主動去思考問題，這樣也就突出了化工原理工程實踐性的特點。也許學生會感覺到工藝設計中的問題，并且可以深刻地感覺到它，即經驗只能解決現象問題，理論才能解決本質問題。為了激發和培養學生的學習興趣，促使其產生強烈的求知欲望，我們補充了許多與生產實際密切聯系又與教學內容相關的日常生活中的常見現象來引導學生積極思考。例如在講授化工原理的雷諾數時，可以根據日常生活現象來引發學生的興趣，這樣不僅可以調動學生的積極性、思考能力和求知欲，因為科學問題來自于生活，所以通過實例是最好解決問題的途徑。

(3)精心制作課件，多媒體輔助課堂。對于主要學習化學工程或者化學類的學生而言，由于對化工過程和設備缺乏感性認識，所以不易理解工程機理和復雜設備的結構等內容，往往是教師花費很大的精力和時間畫圖講解，學生卻仍然不能完全理解課本知識，如果采用多媒體技術輔助教學，不僅可以增強學生對抽象化工設備和化工過程的理解同時還可以留有深刻印象。傳統的基礎課教學中要培養學生對知識的掌握能力，但是在專業基礎中老師首先要有創新意識，其次是培養學生在掌握知識的基礎上形成創新。盡管化工原理已形成了一套完整嚴密的理論體系，但是其中的多個單元操作設備隨著現代科學技術的發展而不斷更換，所以在這個技術快速發展的年代，需要根據多媒體和網絡及時更新教學可見，我們需要充分發揮多媒體的優勢，將課堂教學引入到全新的境界。

2 實驗教學方法

化工原理的主要課程內容就是在工業規模條件下去研究物料平衡關系，在工業過程中研究其中的物理和化學變化，并將其運用到裝置的設計過程和操作過程當中。在化學工程學是從二十世紀初左右開始，在單元操作環節下根據物理化學的基本原理以及定量計算過程，將化學工程作為一種獨立的工程學科。在化學工程的發展階段中，首次提出“三傳一反”是在二十世紀六十年代左右，并最后形成單元操作、傳遞過程和反應過程以及控制完整的體系。在化工原理中，傳熱和流體流動以及傳質分離的重點，在化工、石油等工科類的專業中化工原理是必要的專業基礎知識，尤其是內容涉及的流體力學、傳質原理、固體顆粒物的基礎以及機械分離等，每一個工藝設計環節都有相應的基礎力學在里面，因此運用好化工原理可以更好的幫助工廠解決工藝設計方案。

(1)計算機仿真與實驗相結合，提升學生實驗操作能力。這是因為化工原理是化工專業必須上的一門專業基礎和實驗相結合的課程，因此教師在教授這門課程的主要任務就是幫助學生加深對化工基礎知識的深刻理解，并培養學通過實驗產生解決實際問題的能力，并同時根據數據現象觀察和分析問題，提高處理數據的能力和實驗的分析能力，培養學生獨立處理問題的能力。考慮到學生可能對工程類問題并不能很好的解決，尤其是在實驗裝置的使用上存在更多的不熟悉，因此需要加強課程實驗過程中學生需要對學生加強教學講解，避免后期在實際操作中中出現實驗操作錯誤，導致實驗進程減慢，避免發生實驗室事故。考慮到工程類問題的考察點較多，我們將化工原理計算機仿真實驗作為幫助學生熟悉和掌握化工實驗的平臺，在其中的“化工原理三維實驗仿真系統”主要是利用計算機圖形技術在顯示器上創建了一個虛擬的實驗裝置環境，借助電腦輸入設備來表達對實驗裝置的操作過程，借助于實驗裝置的數學模型和計算機的數值計算能力來模擬實驗裝置各參數在操作過程中的變化。仿真實驗配備錯誤記錄功能，能夠及時提醒學生操作環節中是否有誤，后期還配備了相應的實驗判斷思考題，繼續鞏固和考查學生對基本知識基本實驗操作能力的掌握程度。經過仿真實驗系統的反復模擬操作，對實驗過程獲得直接的體驗，掌握要領并增加興趣，對實驗步驟和操作程序留下印象，提高自我的實驗操作能力，提高今后現場實驗操作能力，降低錯誤率，提高實驗教學效率，減少耗材成本。仿真實驗已成為目前化工原理實驗不可缺少的教學手

(2)改善教學內容，培養專業技術。新的技術不斷引入實驗室，所以學校在開展化工原理的課程的時候需要針對已有的教學設備進行篩選和更新，優化教學方案，滿足化工原理實驗課程的各個需求、選修和演示部分的操作，確保實驗器材數目，提升實驗的綜合性能和穩定性，強化專業技能。為了提供給學生自主探索的環境和條件，鼓勵學生積極尋求新的實驗方案，學校應鼓勵學生之間多學科的交流。

3 課程設計教學方法

考慮到化工原理是一門綜合性較強的學科，涉及的專業內容多、學科復雜，包括圖標、機械制造以及化工設備等知識的應用。因此要求學生在根據給定的工藝設計內容和要求，通過詳細閱讀和篩選各種相關資料，應用學過的化工原理的專業知識，對指定的產品進行參數計算，確定工藝流程、工藝條件和生產設備，反復推敲，最后寫出設計說明書，對工藝進行分析論證。結合相應的指南和手冊說明其在技術上和理論上的依據和可行性。最終實現化工原理課程設計的課程目的，即培養了學生動手和實踐的能力，又提高了學生的綜合素質，培養其創新精神。

(1)觀看相關教學視頻，明確設計任務。學生首先應當明確自己的設計任務，了解任務的相關背景知識以及工藝運用途徑，根據以往的教學視頻，了解實驗中可能出現的問題和狀況，提前制定參考文獻和書籍的種類和書名，腦中需要留有整個設計的大概思路，深入了解自己的設計任務。

(2)確定設計參數，深刻理解操作類型。化工原理的設計方案中最重要的一個環節就是物料平衡、理論塔板數和塔高的設計，所以在授課的過程中，教師需要提前確保學生對這些參數信息的掌握程度，并向學生強調這方面內容的注意事項。此外在設計參數的時候，需要給學生不同的參數計算值，不能一樣，這樣可以避免學生之間的相互抄襲或者設計方案一樣的問題，也可以達到教學目的和驗收目的。

4 結語

在進行化工原理的教學過程中，為了培養更好的教學人才，首先應當明白化工原理是一種化學類學生必須學的專業基礎課程，主要內容是去研究各個操作單元的基本原理、工藝設計參數以及設備的選擇等，適用于后期的工藝設計和實踐操作，也是集結數學、物理、化學、物理化學、計算機等多個基礎學科在一起的化工類主干學科，分析和解決化工生產中各種物理過程問題的工程基礎學科。其主要教學內容就是把化工單元的操作作為主要研究目標，研究流體過程和物質的分離過程、化學狀態對儀器設備的影響，尤其是均相以及非均相過程的研究，探究流體、傳熱知識在化工工藝中的具體操作環節，結合蒸汽、吸收、傳熱等知識，并綜合高等數學、物理和化學、力學等基礎學科的綜合科目的基礎上，分析并解決各類化工生產過程中的科學問題的一種課程，是工程科學和工程技術結合的一門學科。

因此為了更好的幫助學生掌握化工原理中的精髓，教師在上課時需要考慮如何在有限的教學時間中將課時充分利用并將知識傳授給學生。制定合理的教學規劃成為教學規劃，掌握教學技巧，突出重點和難點，著重設計和安排教學內容，主線明確，內容突出；其次是直接激發學生積極主動探求知識，鼓勵學生，培養學生對知識的創造能力，激發學習中的創新能力。與課程有關的實際問題，注重對學生思考能力的培養，引導學生對課程的新知識點或單元操作的興趣促使其主動去思考問題。在課程設計方面，教師應當促進學生觀看相關教學視頻、明確設計任務，了解實驗中可能出現的問題和狀況，提前制定參考文獻和書籍的種類和書名，腦中需要留有整個設計的大概思路，深入了解自己的設計任務。

這個時代不僅僅需要高學歷高素質的人才，更需要綜合性的應用型人才，所以教師需要不斷加強教學改革，不斷深入研究如何在本專業方向運用和制定好化工原理的教學方針，教師和學生積極配合，共同提升教學質量。

[1]郝慶蘭，張建偉，楊金泉.化工原理教學培養學生實踐與創新能力的探索[A].化工高等教育.2011(05).