習題微課在《化工原理》教學中的應用

周艷軍 趙永華 劉彥琳 王歡 周立岱

摘 要：鼓勵學生講習題，利用現代化信息技術制作成習題微課，并在教學中應用，使學生對化工原理知識的掌握更加深入，分析問題、解決問題及表達等能力得到了顯著提高，節省了習題課時間。實踐證明習題微課的實施收到了很好的效果。

關鍵詞：化工原理；習題微課；微課制作；習題講解

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）05-0112-03

Abstract： Students were encouraged to talk about the questions. The exercises micro-lecture was made via using the modern information technology， and applied in teaching. It greatly stimulated students' mastering the knowledge of chemical principles in-depth， and improved students' abilities of analyzing and solving problem and expressions， meanwhile， it would save exercise class time. Practice has proved that the implementation of the exercises micro-lecture had received good results.

Keywords： chemical engineering principles； exercises micro-lecture； making micro-lecture； explain the problem

化工原理是化工類及相關專業一門工程性、實踐性很強的專業技術基礎課，主要講述化工單元操作的基本原理與工藝計算、典型設備主要形式、操作與選擇[1]。通過單元操作的學習，幫助學生樹立正確的工程意識和觀念，培養學生分析和解決相關單元操作問題的能力，為今后工作打下牢固的工程技術和工程方法基礎。

由于化工原理內容涉及工程實際問題很多，初學化工原理的學生常常反映：老師課上講的條理很清楚，也都能聽明白，但是遇到問題就不知如何運用知識解決[2]。為此，我們對化工原理課程在教學方法進行了以學生為主體的教學方式改革、以及多樣化的考試方法改革，以激發學生學習的積極性和主動性，提高學生工程意思和素質，并取得了很好的效果[3，4]。但大部分學生在利用所學理論知識解決實際問題時，還存在一講就會，不講就不知該如何解題的困惑。習題課作為化工原理教學中的十分重要的環節，是使學生掌握單元操作基本原理、工藝計算的必要手段，通過解題，學生加深了對基本知識的掌握和理解，解題過程使學生將理論與實際相聯系，是提高分析問題和解決問題能力的一個途徑。因此，如何更好的發揮習題課的作用，使學生獲益最大，是教學工作者亟待思考的問題。根據多年教學研究體會，對習題講解進行了改革，將現代化信息技術應用到習題課教學中。

一、習題課改革必要性

在進行“化工原理”教學時，每學完一章節，都要求根據知識點做一定量的習題，對主要章節都要安排講一次習題課，或在教學過程中穿插講解一些習題，通過課堂上教師引導學生根據所學知識對典型習題進行分析和討論，使學生弄清基本概念，了解解題思路，掌握解題方法，以提高學生分析和解決問題的能力。解題過程中學生消化運用知識、強化思維、提升學生解題能力，也是檢驗教學效果的手段。所以教學過程中習題講解和學生自已做習題的環節非常重要。但以往化工原理習題課教學中，教師將不同單元操作按設計型和操作型題型進行歸類，教師幾乎“滿堂灌”講解一些典型例題，講解過程中學生被動接受教師的解題思路和解題方式，不利學生對習題的理解、分析、思考，使學生缺失獲取知識的積極性和主動性，造成學生“一聽就會，一做就錯，一考就糟”的局面。雖然后期進行教學方法改革，采用啟發式的習題授課方式，使學生參與教學中，但受課時限制教師講解題量有限，對于工程意識缺乏的學生一旦題目有變化，就不知如何解題。如何開拓學生的思路，啟發學生主動思考問題，強化學生工程意識，必須對化工原理“習題課”進行教學改革，使其充分發揮作用。

二、習題微課可行性

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中明確提出：“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視。要加快教育信息化進程，加強網絡教學資源體系建設，促進優質教育資源普及共享。”在眾多網絡教學資源中，微課以其“短、小、精”等特征，迎合了學習者心理[5]。微課在化工原理教學中已得到應用[6，7]，微課極大的拓展了學生學習的時間和空間，使得學習不再僅僅局限于課堂上和教室中。同時微課可以使學生按照自己的需要針對不同的知識點選擇學習，既可查漏補缺又能強化鞏固知識，是傳統化工原理課堂學習的一種重要補充和拓展資源，因此將微課應用到化工原理習題課中是可行的[7]。

三、習題微課制作

（一）制作軟件

習題微課的主要呈現方式是視頻，也是微課的核心部分。利用計算機和錄屏軟件等多媒體技術將所要講解的內容錄制下來，再通過會聲會影軟件進行修剪形成微課。

為了鍛煉學生利用信息化技術能力，鼓勵學生上網查找制作微課的軟件并下載，下載完畢安裝運行。以KK錄像機為例，選擇合適的錄制模式，KK錄像機有全屏、區域、幀率三種錄制模式，一般錄課選擇全屏模式。選擇合適的錄制模式后，開始錄制，按Alt+F9或點錄制按鈕開始錄制，再按Alt+F10或點結束按鈕結束錄制。然后點我的錄像就能看到剛錄制的視頻，雙擊視頻文件可預覽播放效果。

（二）激勵學生參與習題微課

為了激勵學生參加習題講解并制作微課的教學環節，將此部分與本課程考試方法相結合，作為學生平時考核一部分。具體做法，將各單元操作習題公布給學生，學生自選一題或二題進行講解。根據講題數量及質量，給出一定分數計入本課程總成績。為使學生掌握講題方法，參與習題教學中，習題課上，教師在講習題時，從講題思路入手進行講解，以及如何運用所學理論與公式解題，通過一、二道習題的引導，使學生掌握解題方法。同時鼓勵同學之間相互講題，教師引導，指出不足之處，不斷改進，提高講題水平。

（三）習題講解

以流體流動單元操作題為例：如圖1所示，某水泵的吸入口與水池液面的垂直距離為3m，吸入管直徑為50mm的水煤氣管（ε=0.2mm）。管下端裝有一帶濾水網的底閥，泵吸入口附近裝一真空表。底閥至真空表間的直管長8m，其間有一個90°標準彎頭。試估計當泵的吸水量為20m3/h，操作溫度為20℃時真空表的讀數為多少kPa？又問當泵的吸水量增加時，該真空表的讀數是增大還是減少？

學生通過對題目分析，確定利用機械能衡算式求取真空表讀數，然后分析如何確定截面，以及各截面已知和未知條件，分析后選定截面，根據選定截面列出機械能衡算式，并對方程中各參數進行分析，詳細講解了如何獲得各參數，最后得出計算結果。具體解題過程如下：

解：水面為1-1截面，真空表處為2-2截面，列機械能衡算式：

p1 pa，z1 0，z2 3m，u1 0

查20℃水的 μ=1.0×10-3 Pa.s，ρ=998.2kg/m3

查莫迪摩擦系數圖 λ=0.029

查50mm的水煤氣管底閥 ζ=10，90°標準彎頭 ζ=0.75

p2（真）=94.8kPa

操作溫度為20℃時真空表的讀數為94.8kPa。

當泵吸入水量增大，u2增大，阻力增大，p2降低，真空表的讀數增大。

在講題過程中學生講出了為什么選截面，以及怎么選；掌握了截面選取原則，摩擦系數的查取，阻力的計算，及機械能守恒方程的應用等知識。

再以吸收單元設計型和操作型復合題為例講題。在壓力為101.3kPa下用清水吸收混于空氣中的氨。已知入塔混合氣體含NH3為0.1（摩爾分數），于40℃下進塔底，體積流量為0.556m3/s，空塔氣速為1.2m/s。吸收劑的用量為理論最小用量的1.1倍，要求NH3的吸收率為95%，且已估算出塔內氣相總體積吸收系數Kya的平均值為0.1112 kmol/（m3·s）；其與氣相質量流速的0.8次方成正比而與液相質量流速大體無關。操作條件下的平衡關系為Y*=2.6X（X、Y均為摩爾比），試求：（a）填料塔的直徑和填料層高度。（b）氣體流量增大一倍，填料層高度應為多少才能保持原來的吸收率（塔徑不變）？

學生對題目進行了分析，用反推法講解了如何計算填料層高度，即從已掌握的計算填料層高度公式出發，從解決公式中參數入手，步步推進，最后得出計算填料層高度的所有參數，得出計算結果。根據所學知識分別講解了用脫吸因數法和對數平均推動力法計算填料層高度。在講解第二問操作型問題時，學生對氣體流量增大一倍的操作，用物料衡算、平衡關系、推動力驗證了塔高無窮，也不能保證吸收率不變。具體解題過程如下：

解：（a）填料塔的直徑和填料層高度。

氣相進塔組成Y1===0.11

氣相出塔組成：Y2=Y1（1-？漬）=0.11（1-95%）=0.0055

（b）氣體流量增大一倍，填料層高度應為多少才能保持原來的吸收率

因為：V'=2V；V'（Y1-Y2）=L（X'1-X2）？圯X'1=0.0767

Y1-mX'1<0； 所以，無論塔多高，都不能保證吸收率不變。

講題過程中學生不但闡明了原理，而且思路清晰、鎮定、不慌、循序漸進、有條不紊、逐步推進、循循善誘地進行講解，體現學生對知識掌握深入，并能有理有據地運用所學知識解決實際問題。

四、實施及效果

習題微課視頻制作完成之后，上傳到相應網站或學生群，以供學生學習。學生學習之后，可對視頻進行點評，以及對講解知識是否明白或有疑惑方面等的反饋供講題學生或教師修改，以期達到最好的效果。通過習題微課教學收到如下效果。

1. 使學生在學習過程中積累的知識，通過做題、講題得到運用，并能幫助其他同學，學生會切身體會到學習知識是有價值的。

2. 通過講題，學生對知識的掌握更加深入，分析與解決問題的能力、表達能力得到了較好的鍛煉，學生滿足感得到提升，學習成績得到提高。

3. 習題微課上網，學生可以隨時隨地上網學習，節省習題課教學時間，解決了受時間限制，課上習題講的少的問題。

4. 用現代信息技術制作微課，學生應用錄制軟件能力得到提高，拓展了知識面。

通過習題微課的實踐，我體會到每個學生都是一塊待雕琢的好玉，教師就是雕刻這玉璞的工匠，教師要根據學生特點，制造能挖掘學生潛能的項目和環境，如激勵和教師指導作用得當，學生會在化工原理習題微課的實踐中不斷培養自己的各方面能力，對學生今后職業發展有很大的幫助作用。

參考文獻：

[1]夏清，賈紹義.化工原理（修訂版）[M].天津：天津大學出版社， 2013.

[2]王志英，劉繼東，王洪海，等.化工原理習題課的教學實踐與探討[J].化工高等教育，2011（3）：59-62.

[3]周艷軍，趙永華，齊平，等.基于教師與學生“雙主體”化工原理案例教學法的運用[J].高教學刊，2016，9.

[4]周艷軍，張啟儉，王歡，等.化工原理課程考核方法改革的探索與實踐[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2014，16（6）：129-131.

[5]張琪，陳樂，韶暉.微課促進高校化工原理教學改革的應用研究[J].大學教育，2016（6）：155-156.

[6]劉輝.微課在化工原理課程教學中的應用初探[J].廣東化工， 2016，43（1）：145，156.

[7]張琪，韶暉.化工原理微課建設與提高教育教學質量的研究[J]. 教育教學論壇，2016（13）：188-189.