化工原理教學研究
——以凱里學院為例

2018-03-29 17:51:04蔣向輝

山東化工 2018年4期

苑靜, 蔣向輝

(凱里學院,貴州凱里 556011)

《化工原理》課程是化工、制藥、食品工程、環境等專業的一門重要的技術基礎課，是綜合運用數學、物理、化學等基礎知識解決化工生產中各種物理過程的工程科學。主要研究各單元操作的基本原理、典型設備結構、工藝尺寸設計和設備選型的共性問題[1]，在完成由學生到技術人員轉變的環節中起著重要的作用。化工原理實驗是將化工原理理論與實踐聯系起來的重要環節,是理論課的重要輔助和補充,屬于工程實驗范疇,是化學工程相關學科的重要實驗課[2]。

凱里學院學生大部分是貴州籍學生，以少數民族地區學生為主，生源單一。由于整體教育水平相對落后，化學基礎知識薄弱，三個專業學生的化學知識入學水平相差不大，對于化工原理的學習難度很大。凱里學院材料和化學專業在大三、制藥專業在大二開設了化工原理課程，都是48學時。由于沒有化工原理實驗室，2016年引進了化工原理實驗仿真軟件，使用計算機輔助教學，一人一臺計算機，獨立操作。其中化學專業2017年開設了16學時的仿真實驗，制藥專業2018年將開設16學時的仿真實驗，材料專業沒有開設仿真實驗。仿真實驗在高校中一般作為基礎實驗預習時使用，為的是讓學生盡快融入工程訓練中。由于沒有條件開設化工原理基礎實驗，凱里學院將仿真實驗做為一門獨立的實驗課單獨考核計入學分。

面對這種現狀，作為該課程的教師，有必要研究如何把握少學時，難度大工科課程的特點，使化學基礎薄弱的學生在較短的時間內掌握大量的信息，盡快樹立工程的觀念，完成理論和實踐的結合等問題。通過研究發現只有結合學生實際情況，對化工原理課程進行改革和完善,才能使化工原理課程達到較好的教學效果。

1 上好緒論，激發學生的學習興趣

緒論是一門新課的第一節內容，學生對一門新課往往都充滿著好奇和熱情，化工原理緒論的目的只有一個，讓學生明白此門課程與以前學過的有機化學、無機化學、分析化學、物理化學是性質完全不同的學科，是研究將化學家們的研究成果怎么開發成生產的規模，是直接將科學技術轉化為生產力的一門工程學科。是科學實驗和化工生產的橋梁，是直接為人類服務的創造價值的勞動[3]。前面學習的化學知識是培養化學家，化工原理學習的是化工生產知識，培養的是化工專家，此門課程在石油化工、氯堿工業、硫酸制造、制糖業、制漆業、水泥、玻璃制造業等化工領域都會用到。學習化工原理課程不僅在工業生產上有用，對日常生活中也有利。比如我們要學到傳熱，貴州的冬天沒有取暖，隨著生活水平的提高，大家在樓房中安裝地熱等取暖設備，怎么才能耗能少而最優化的取暖等實際問題，在學習化工原理時能懂得其理論依據，是一門應用性和實用性強的課程。對每一章中涉及到生活中的具體應用的例子都事先告訴學生，讓他們對課程有所期待，最大限度地調動學生對此門課程的學習積極性。

2 完善考核體系從多方面考核評價學生的學習效果

明確學生期末成績由三部分組成：期末卷面成績60%，期中考試成績20%，平時20%(包括作業10%，回答問題5%，出勤率5%)，使學生重視平時上課回答問題并提前預習做好答案；使學生的出勤率提高，沒有無故缺課的學生；學生上交作業很積極，字跡工整并能根據作業內容積極提問題；通過期中考試使學生熟悉大學考試模式和題型、題量，增強了學生的信心，尤其是化學基礎知識很弱，對學習化學已失去信心的學生，提高了學生的學習積極性和教學效果。

3 重視實驗教學，增強感性認識

化工原理實驗是與理論教學同步的實踐教學環節，實驗工程性強，設備和流程復雜，其基本任務是使學生加深理解和鞏固化工原理課程中的理論,培養學生解決化學工程、生物工程等有關領域問題的能力并掌握一定的實驗操作技能,要培養學生的工程基礎離不開基礎性的化工原理實驗。凱里學院沒有化工原理實驗室，利用仿真軟件增加學生對實驗流程、設備的了解,掌握實驗設備的使用方法、實驗過程中實驗參數的變化趨勢,使學生基本了解實驗操作過程及數據變化規律。因此教師在化工原理仿真實驗課上主要采用啟發式教學，引導學生運用學過的知識，自己探索，獨立思考，獨立解決問題。學生進入實驗室后對照裝置圖，逐一查明實驗裝置的每一個部分，熟悉實驗流程和步驟，對實驗中的一些閥門的開關和注意事項要完全掌握[4]，并且要弄清楚實驗要測哪些數據，不能心中沒數而稀里糊涂地做實驗。在實驗中要放手不放眼，注意觀察各組學生的實驗操作效果，發現問題及時糾正,建立以學生自我訓練為主、教師指導為輔的實驗教學模式,以達到最優的教學效果。

4 注重教學方法和教材內容處理，發揮學生學習的主動性

由于課時少內容多，必須對教材內容進行適當取舍。面對化工原理龐雜的知識和較少的講授學時,靠教師用有限的課時在課堂上面面俱到的講授化工原理的知識是不可能的,這就需要教師在教學上進行教材內容處理以面對這種局面。對于不同的專業，授課內容有所側重才能有針對性地教學。比如與制藥專業有關的分離過程(沉降與過濾、蒸發、蒸餾、吸收、萃取、干燥等)只重點講解蒸餾、吸收、干燥。流體流動與流體輸送機械及傳熱，兩個專業都重點講解。

授課教師主要講授基本概念、基礎原理和應用，減少公式推導過程，用有限的時間介紹更多的單元操作過程。可以先講授經典的單元操作,教學生怎么去把握這些知識,然后教授學生怎么去分析單元操作的過程,建立三傳(傳質、傳熱、動量傳遞)模型。有些教學內容甚至可以安排在實驗室結合設備進行講解，比如板式精餾塔的操作及塔板效率的測定這個實驗項目。首先針對板的開孔率、孔徑、加熱電流大小等方面提出問題,讓學生圍繞提高板效率的問題去查閱文獻,獲得由實驗數據到生產實際數據的資料；然后讓學生對材料進行歸納,找出規律性和特殊性的東西；最后上機進行仿真實驗時心中才能有數。通過以上措施的實施,不僅加強了學生分析問題的能力,而且極大地激發了學生的學習興趣。同時,通過查閱文獻開闊了學生的視野,讓學生了解了更多的化工新技術、新裝備。教學實踐證明,設置問題查閱資料是培養學生分析問題能力的一種好方法[5]。

教學過程中不能忽視與學生的互動。化工原理計算題公式多，比如一個傳熱計算題，可能涉及到總傳熱速率方程、熱量衡算方程、總傳熱系數公式、平均溫差公式、換熱器面積計算公式等，在有限的時間內將大量的公式記憶下來并應用不是一件容易的事情。在背課前要充分了解學生前期課程的學習情況，因材施教，對學生多鼓勵多肯定，最大限度地調動學生的積極性，發揮學生的潛力。

5 理論聯系實際，培養工程觀念

為使學生加強工程觀念，在講課時將大量的化工工程裝置展示給學生，將原理與化工生產實際案例相結合，知識講解更加生動，吸引學生。例如用鋼管輸送原油，為完成輸油任務，根據油管最大承受壓力，中途需設置幾個加壓站？換句話說怎么設置加油站合理？家里進行取暖，安裝多少取暖設備可以滿足家里的取暖?這些都要通過化工原理的學習才能會計算，才能使學生逐步樹立工程觀念，全面提高學生解決工程實際問題能力、創新能力和實踐能力。

經過2017年一學期，化學專業、制藥專業和材料專業三個專業48學時化工原理教學內容和方法的探索，化學專業本學期考試卷面成績在60分以下的學生占6.5%；85分以上占56%。制藥專業本學期考試卷面成績在60分以下的學生占10.8%；85分以上的占21.6%。材料專業本學期考試卷面成績在60分以下的學生占10%；85分以上的占35%。化學專業的學生成績明顯高于另兩個專業，我認為16學時的仿真實驗在教學中起到了極大的輔助作用，雖然學時少但是學生通過仿真實驗加深了化工基礎理論的理解，記憶深刻，因而成績較高。制藥專業和材料專業沒有安排化工原理仿真實驗，由同一名教師授課但材料專業學生成績優秀率高于制藥專業，這與兩個專業課程的安排有一定的關系，針對凱里學院學生的化學知識底子薄現狀，個人認為制藥專業在大二就安排上化工原理課程有些早，大三安排化工原理課程比較合適。

化工原理是所有化工類和相關專業人才必須掌握的一門課程，建立合理的、完善的化工原理和化工原理實驗教學體系和教學模式可以有效提高教學質量,可以培養學生的自學能力、思維能力、理解能力和創造能力，能夠增強學生的工程意識。

[1] 王韻芳，李雙志，攀彩梅，等.化工原理教學中的幾點體會[J].化工高等教育，2012，29(1)：66-70．

[2] 趙清華，高煥方，許俊強，等.化工原理實驗教學中工程觀點的培養[J].化工高等教育，2010,27(1)：37-39．

[3] 李忠玉，徐松，張玉華，等.化工原理課程設計教學改革與實踐[J].化學工程與裝備，2011,30(10)：216-217．

[4] 周愛東,王慶,楊紅曉.仿真技術應用于化工原理實驗教學的創新實踐[J].實驗技術與管理,2007,24(03):84-86.