《化工原理》課程的教學(xué)探索與體會

李 璐，王鶴文

(黃岡師范學(xué)院 化工學(xué)院，湖北 黃州 438000)

《化工原理》課程的教學(xué)探索與體會

李 璐，王鶴文

(黃岡師范學(xué)院 化工學(xué)院，湖北 黃州 438000)

本文從《化工原理》課程的理論課、實驗課和課程設(shè)計三個教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，結(jié)合教學(xué)探索與體會，探索了如何調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的方法，從而有利于學(xué)生更深入地掌握此門課程。

化工原理；教學(xué)探索；教學(xué)體會

化工原理課程是化學(xué)工程與工藝、制藥工程、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)的一門主干課程，是基礎(chǔ)理論課向工程專業(yè)課過渡的橋梁，是解決生產(chǎn)問題的基石。也是一門綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計算技術(shù)等基礎(chǔ)知識，分析和解決化工類型生產(chǎn)過程中各種物理操作問題的技術(shù)基礎(chǔ)課[1]。化工原理課程是化工、制藥、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)的核心主干課程，是化工技術(shù)工作者的看家本領(lǐng)。化工原理知識掌握的好壞，對學(xué)生將來工作和后續(xù)學(xué)習(xí)起著關(guān)鍵的作用。在化工類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)中，承擔(dān)著工程科學(xué)與工程技術(shù)的雙重教育任務(wù)。

化工原理課程體系包括理論課、實驗教學(xué)和課程設(shè)計三門相對獨立的課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)樹立起安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的工程觀點，掌握解決工程實際的方法，培養(yǎng)以工程技術(shù)觀點和經(jīng)濟(jì)觀點來分析和處理實際問題的能力以及熟練進(jìn)行化工基本運(yùn)算的能力。為了提高《化工原理》課程在學(xué)生學(xué)習(xí)中的效果，本文作者從理論課、實驗課和課程設(shè)計的教學(xué)三方面進(jìn)行了一系列的探索，取得了較好的效果。

1 理論課的教學(xué)

化工原理來源于實踐，面向?qū)嵺`，又應(yīng)用于實踐，是化工技術(shù)工作者的看家本領(lǐng)。化工原理的理論教學(xué)旨在夯實學(xué)生的理論知識，為后續(xù)的學(xué)習(xí)、科研和工作打下堅實的基礎(chǔ)。但是，化工原理課程涉及的單元操作多、內(nèi)容繁雜、原理較難、公式多、計算繁瑣，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，學(xué)生學(xué)習(xí)起來較為枯燥、學(xué)習(xí)興趣不高。針對這種情況，本文作者們進(jìn)行了相應(yīng)的探索。

1.1 引入多媒體、視頻等教學(xué)手段，與傳統(tǒng)的板書式教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來

1.2 傳統(tǒng)教學(xué)法與對比教學(xué)法、案例教學(xué)法有機(jī)結(jié)合起來

1.2.1 對比教學(xué)法

對比教學(xué)法的運(yùn)用，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的同時，避免了陌生感，能夠輕松找到新知識入門的途徑，同時也有助于學(xué)生形成完整的知識體系[2]。如流體輸送機(jī)械中離心泵和離心機(jī)的比較，可以讓學(xué)生認(rèn)識到原理相同的設(shè)備，輸送不同流體，設(shè)備的形式是有很大區(qū)別的。如沉降分離中重力沉降和離心沉降的對比教學(xué)法，使得學(xué)生明白了力場不同，分離的非均相物系混合物的粒度差別很大，應(yīng)用的場合各不相同，粒徑≥75μm的氣態(tài)非均相混合物采用重力沉降進(jìn)行分離，設(shè)備是降塵室，粒徑介于10μm和75μm的氣態(tài)非均相混合物采用離心沉降進(jìn)行分離，設(shè)備是旋風(fēng)分離器。在介紹塔器設(shè)備時，對比板式塔和填料塔的結(jié)構(gòu)與特點，使學(xué)生明白板式塔內(nèi)氣液是逐級接觸的，填料塔內(nèi)氣液是連續(xù)接觸的，傳統(tǒng)的精餾操作采用的大多是板式塔，吸收操作采用的則大多是填料塔。另外，對于板式塔中的塔板的類型也采用對比教學(xué)法進(jìn)行介紹，這樣學(xué)生可以很好、很完整的掌握不同塔板的特點。化工原理理論教學(xué)中，相關(guān)聯(lián)的知識點很多，采用對比教學(xué)法可以很好的提高教學(xué)質(zhì)量，有利于學(xué)生系統(tǒng)地、深刻地掌握所學(xué)的知識點。

1.2.2 案例教學(xué)法

案例教學(xué)法的應(yīng)用，則有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，開闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[3]。案例教學(xué)法包括教學(xué)過程中的生活事例和工程案例。生活事例主要是為了提高學(xué)生對化工原理課程的學(xué)習(xí)興趣。如在講解傳熱時，提出“氣溫下降，添加衣服時，把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？”，“火車車廂中的空調(diào)為什么裝在車廂的頂部，而加熱器則裝在車廂的底部？” 等一些生活中的問題；在講解干燥的時候，則問學(xué)生“冬天的時候，當(dāng)室外溫度是2℃時，晾在室外的濕衣服卻結(jié)冰了的原因是什么？”的問題。類似的生活事例問題都會在相應(yīng)的知識點講解前引入，吸引學(xué)生的注意力，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

工程案例的引入則是為了開拓學(xué)生的視野，使學(xué)生學(xué)以致用，清楚所學(xué)知識在將來的工作中如何進(jìn)行應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。如工程操作中，當(dāng)離心泵出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象時，如何分析發(fā)生氣蝕的可能原因，如何對輸送系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造；傳熱過程中，如何實現(xiàn)換熱器以小替大來改善換熱效果，考察換熱器的傳熱能力不能只考慮其傳熱面積，而應(yīng)該考慮傳熱面積和總傳熱系數(shù)的乘積；合成氨生產(chǎn)中如何脫碳；SO2吸收塔如何設(shè)計才能高效進(jìn)行；如何提高精餾塔的生產(chǎn)能力，如何降低精餾過程中的能耗，等等。

此外，通過積極建設(shè)校內(nèi)相關(guān)精品課程，學(xué)生可以在課余時間進(jìn)行學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，為學(xué)生的課余學(xué)習(xí)提供了學(xué)習(xí)的平臺。

2 實驗課的教學(xué)

化工原理實驗是化工原理最重要的實踐環(huán)節(jié)，是工程性較強(qiáng)的實驗課程。該課程將課本中抽象的理論知識直觀化，有助于學(xué)生對化工單元操作過程及原理的深入理解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程概念，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 研究數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計量資料采用描述，組間比較實施獨立樣本t檢驗；計數(shù)資料采用率(%)描述，χ2檢驗；Kaplan-Meier法建立生存模型，Log-rank檢驗分析生存率差異。此外，采用多因素Cox回歸分析EOC預(yù)后的獨立危險因素，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

在實驗教學(xué)過程中，學(xué)生能夠在教師的指導(dǎo)下完成實驗的基本操作和實驗數(shù)據(jù)的處理，但存在對老師的過分依賴、學(xué)習(xí)被動、實驗報告撰寫不認(rèn)真，導(dǎo)致對實驗原理不了解，知其然不知其所以然，從而學(xué)習(xí)效果不夠理想。針對這種情況，本文作者們也進(jìn)行了一些探索。

2.1 分類實驗教學(xué)

將實驗內(nèi)容進(jìn)行分類，把實驗分為驗證性實驗和綜合實驗，不同的實驗類型按照不同的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)。

驗證性實驗以學(xué)生動手為主體，教師指導(dǎo)為輔。實驗前學(xué)生做好預(yù)習(xí)，然后老師提出相關(guān)的問題，回答正確后，學(xué)生自己摸索進(jìn)行實驗，實驗過程中遇到問題，再過來和老師討論，實驗結(jié)束后在撰寫的實驗報告中描述實驗驗證的理論知識是什么，實際的過程和理論有沒有區(qū)別，是什么原因?qū)е碌摹?/p>

綜合實驗前，除了要先做好預(yù)習(xí)以外，還要先進(jìn)行仿真練習(xí)，即在電腦上，每人一機(jī)單獨操作，熟悉每一個流程，了解每一個流程中閥門的作用，知道閥門改變后，實驗結(jié)果的變化規(guī)律。仿真練習(xí)結(jié)束后，提交仿真實驗結(jié)果，合格的同學(xué)再在設(shè)備上進(jìn)行實驗操作。這樣一來，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，減少了學(xué)生對教師的依賴性，學(xué)習(xí)效果也得到了很大的提高。

2.2 嚴(yán)把實驗報告

化工原理實驗的操作相對比較簡單，但是采集數(shù)據(jù)較多，處理起來比較麻煩。因此，化工原理實驗的數(shù)據(jù)處理統(tǒng)一要求用Excel或Origin軟件來進(jìn)行。為了避免同組同學(xué)抄襲實驗報告的現(xiàn)象，要求軟件處理數(shù)據(jù)的詳細(xì)過程和實驗報告一起上交。這樣可以提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和科學(xué)研究素養(yǎng)。

3 課程設(shè)計的教學(xué)

化工原理課程設(shè)計是化工原理教學(xué)中十分重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門課程和有關(guān)選修課程所學(xué)知識，完成以單元操作為主的一次設(shè)計實踐。化工原理課程設(shè)計可以使學(xué)生找到理論與實踐的切合點，能有效地培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，是對學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理知識的一次綜合考驗。

在教學(xué)過程中，注重對學(xué)生設(shè)計能力的培養(yǎng)，包括查閱資料、收集數(shù)據(jù)和選用公式的能力、正確選擇設(shè)計參數(shù)的能力、繪制工藝流程圖和設(shè)備選型的能力等等。在課程設(shè)計的過程中，本文嘗試性地進(jìn)行了改革：

(1)在工藝計算過程中，以手工計算為主，這樣可以讓學(xué)生能夠很好的理解工藝計算過程的原理，手工計算完成后，配以Aspen Plus軟件進(jìn)行模擬計算，用以驗證手工計算的準(zhǔn)確性[4]。

(2)在繪制工藝流程圖和設(shè)備裝配圖的時候，要求學(xué)生部分圖紙采用手工繪制，部分圖紙采用AutoCAD軟件進(jìn)行繪制。

這樣進(jìn)行改革的目的則是讓學(xué)生的基本功更加扎實，提高學(xué)生的工程設(shè)計能力。通過這樣的教學(xué)改革，學(xué)生的設(shè)計能力確實得到了很大的提高，在全國化工設(shè)計大賽中也取得了較為優(yōu)異的成績。

化工原理課程承擔(dān)著從基本理論到實踐工程、從基礎(chǔ)理論到專業(yè)知識的紐帶作用。該課程教學(xué)效果的好壞直接影響學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)和工程能力。在教學(xué)過程當(dāng)中，為了提高該課程的教學(xué)效果，在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)里面采取了一些積極的措施，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。在以后的教學(xué)中，本課題組將繼續(xù)探索，盡可能的讓學(xué)生能夠更好地、更深入地掌握好這門課程，為將來的工作和后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]夏青，賈紹義. 化工原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，2012：上、下冊。

[2]黃莉，潘雪. 對比式教學(xué)法在化工原理教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012，16：96-97.

[3]賈紹義，夏清，吳松海，等. 工程案例教學(xué)法在化工原理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 化工高等教育，2010，(3)：78-81.

[4]孫蘭義，張月明，李軍，等. Aspen Plus 在化工原理課程設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 廣東化工，2009，36(12)：173-175.

責(zé)任編輯 王菊平

2017-03-08 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2017.03.18

李璐，女，遼寧鞍山人，會計師，主要研究方向為檔案管理。

王鶴文，男，江西吉安人，副教授，博士，主要研究方向為化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程等課程的教學(xué)。

黃岡師范學(xué)院實驗教學(xué)示范中心大學(xué)生創(chuàng)新活動項目(zx1132)；黃岡師范學(xué)院實驗教學(xué)示范中心實驗教學(xué)研究項目(zj1114)。

G642.0

A

1003-8078(2017)03-0079-03