化學反應工程實踐教學探索

陳艷紅，石會龍，姚媛媛

(中國石油大學勝利學院，山東 東營 257061)

化學反應工程是化學工程學科專業的一個重要分支，該分支于20世紀50年代成立，在我國起步較晚，直到20世紀80年代才正式進入我國的高等教育課程[1]。目前，化學反應工程作為化工專業的一門核心課程，有著非常重要的地位。化學反應工程的研究對象是工程中的反應器，該課程的主要目的是如何實現反應器的優化與設計，要完成這一目標，就涉及到需要用到反應動力學、傳遞工程和流體力學等各方面的知識作為支撐。如何有效地把實驗室的先進研究成果實現工業化生產，化學反應工程作為該過程的理論指導有著不可替代的地位。因此，化學反應工程作為化工專業的專業基礎課程之一，一定要做到強調理論聯系實際的重要性，致力于培養學生在實驗技能、設計問題以及解決工業上遇到的實際工程問題的能力。我校作為應用技術型高校，學校培養人才的模式重點是工程應用型人員而不是研究型人才，因此在化學反應工程的理論教學中結合工廠實際案例，突出實踐應用和創新能力的培養尤為重要[2]。為此，作者根據多年主講此門課程總結的一些教學經驗，同時結合自己學生時期學習此課程的心得體會，簡單介紹一下對本門課程的實驗與實踐教學的探討與體會。

1 課堂教學與仿真模擬相結合

結合我校學生學習能力和培養應用型人才目標的實際情況，本課程教學中，我們采用以外文版教材O. Lev enspiel主編的“Chemical Reaction Engineering”(3rd，2002)內容為主線，陳甘棠主編的《化學反應工程》為輔助教材的原則對課堂進行講授。考慮到大多數學生學習外文版教材較為吃力，我們結合這兩本教材中對我們學生較為適用的內容進行了整編，編寫了適合我校學生學習的講義。反應工程的研究對象為復雜多樣的反應器，多媒體教學手段可以生動展示工業反應器的實際效果，而對于一些復雜公式模型的推導，傳統的板書則更便于讓學生跟上思路，因此，采用傳統板書和多媒體結合的教學手段被認為是課堂教學的最佳授課方式。

目前，高等教育一直強調提高學生的實踐能力和創新能力，開展仿真模擬訓練被認為是提高學生理論實踐能力的一種有效手段，仿真實訓能夠有效地在理論和實踐之間構架了一座橋梁[3]。結合我校培養石油石化應用型人才的理念，我校根據我院專業的特點和學生將來的主要就業方向，購買了大量的化工仿真軟件，主要包括以下內容：合成聚乙烯工藝、催化裂化工藝、常減壓工藝和化工單元操作等仿真軟件。將仿真模擬軟應用在教學中，改變了傳統的理論和實驗教學手段，對于學生理論結合實踐起到了重要推動作用。例如，通過對聚氯乙烯合成工藝過程的模擬，讓學生將各個單元操作、化學反應、自動化控制過程以及能源的有效利用進行了整合模擬訓練，讓學生認識到了反應工程理論課中學習的反應器在實際工業化中的重要地位，拓寬了學生的思維能力，培養了學生的工程意識。通過模擬不同的工藝流程，學生可以比較不同反應工藝中反應器的構造區別，反應器的操作條件差異，從而能夠更加深理解反應工程的理論學習知識，并為實踐應用起到理論指導。

2 課程理論教學與實驗教學相結合[4-6]

化學反應工程的內容是研究工業反應器的工程活動，也就是通過學習反應工程的理論知識從而來指導工業放大應用，因此，實驗教學的地位不言而喻。學生在進行實驗課的學習過程中，一方面學生在實驗教學中通過實驗過程可以對課本中學習過的理論知識進行驗證，這樣就會對學習過的一些基本理論的理解進一步加深理解。同時，實驗課程還開設了一些探索性實驗，學生通過摸索實驗過程，探索實驗條件、分析實驗結果等多方面途徑來提高學生的創新意識。目前，我校開設的與化學反應工程有關的實驗主要包括：管式流動反應器性能測定實驗、多釜串聯反應性能測定、反應精餾實驗和氣固相乙醇脫水試驗。學生通過做實驗可以更加直觀的理解上課中所學理論知識。例如管式流動反應器性能測定實驗和多釜串聯反應性能測定，當學生在做這兩個實驗的過程中，他們通過觀察實驗過程中出現的一些流體流動的現象、課下處理實驗數據及對實驗結果的反思總結，可以讓學生更加深刻地理解返混的定義，對所學多級混合流模型在一定程度上認識更透徹。學生在做乙醇脫水實驗中，可以進一步理解氣固非均相催化反應，通說對產物分布的分析進一步認識關于選擇性和收率的問題，建立起工程問題思維。另外，實驗過程的動手能力，實驗后續的數據處理能力對學生以后的研究深造或企業生產操作都是重要的幫助。

實驗過程管理對于能否有效地發揮實驗課程的主觀能動性、保障實驗教學質量起著決定性作用。因此加強實驗過程中的管理，發揮化學反應工程實驗教學的學科特色，提高實驗教學質量非常重要。在實驗過程中，針對設備少學生較多等問題，實驗老師采取循環分小組操作的方法，保障每次實驗每臺設備都由2～3人來協調配合，提高學生的實踐學習效率。另外，針對探索性實驗，我們通過在小型固定床微反實驗裝置上，選擇開設一些不同的探索性實驗項目，通過改變催化劑、反應原料和操作條件來完成不同的實驗操作。學生通過分組做實驗，考察反應條件對產物分布的影響，通過反應后的產物對比分析，讓學生思考影響反應結果的主要因素，提出最佳的實驗方案，提高學生的思考創新能力，樹立工程觀念意識。

另外，對于實驗教學最后的考核方法，要做到綜合考察。既不能僅以預習報告和實驗報告等方面進行簡單的考評，也不能只通過簡單的考試進行考核。由于化學反應工程實驗屬于大型設備實驗，主要研究的內容為：反應器結構、流動方式以及化學反應的影響。因此，在學生最終的成績評定中，應考慮加入一定比例的實驗操作技能、實驗數據處理技能、實驗結果與分析的總結思考等方面的評分比例，而不是僅僅把實驗結果的好壞、實驗報告處理的對錯作為考核結果的唯一標準。

3 理論教學和專業實習相結合

對我校化工專業的學生，其對應的教學大綱中，我們把認識實習和生產實習分別安排在化學反應工程理論教學的前后。尤其是生產實習，學生會分配到不同的車間參與到整個生產工段中，近距離學習各種生產工藝和設備。理論知識和生產實踐相結合使得學生可以更有效地學好這門課程。

4 參加科研創新活動，提高創新技能

一個行業要持續發展離不開科學研究的支撐。同樣，化學反應工程這門學科的發展也離不開科學研究的推動力。對于本科學生來說，在掌握了一定理論基礎的前提下，培養其創新能力對于學生自身綜合素養的提升有著非常重要的價值。要培養學生的創新能力，老師的引導是關鍵性的作用。對于我校學生來說，理論知識的學習基礎在本科高校中不算高，但想象力卻不是很差。同時我校學生的動手能力和工程實踐能力較強。因此，指導教師可以根據自己的科研情況讓一部分同學加入到自己的科研活動中，將部分學生的科研熱情調動起來，充分激發他們的研究創新熱情，培養學生的創新創造能力。另外，近幾年我校還設立了全國的和校級的大學生創新項目，學生通過積極申報創新項目，學生通過立項、實驗、結項等一系列環節，在課題開展過程中提出問題、分析問題和解決問題，進一步提高學生的自主創新能力。此外，我們也積極鼓勵學生參加一些全國性的、以及省廳的大學生各種化工設計、化工技能大賽，學生在參賽過程中，也會結合學習的理論知識去積極地處理設計中的問題，同時在設計比賽中，通過不斷地解決問題也會對課程的教學和應用起到推動作用。

5 結 語

由以上分析可知，要讓學生學好化學反應工程這門課程，理論的教學過程一定要結合實驗教學和實踐教學，只有采取多樣性的實踐教學手段才能夠提高教學效果。本文從理論教學、仿真實訓、實驗教學、實習實踐教學和科研活動等方面較為詳細地闡述了實踐教學的作用、實施方案和意義。這些多種多樣的實踐教學手段不僅能夠有效地鞏固化學反應工程理論教學所講授的基礎理論知識，同時對于培養以應用技術型人才為目標的學生培養起著顯著的推動作用。化工專業要做到能與化工行業變化的形勢和發展要求步伐協調一致，就要我們在教學過程中不斷反思和總結教學經驗，只有不斷地深化教學改革，優化和完善教學模式和管理水平，突出專業內涵建設，才能讓我們的教學水平不斷提高，學生的學習主觀能動性也會隨之提高。只有把理論知識和實踐能夠全面而扎實的相結合的學生，才是現代化化工企業真正所需求的人才，也是化工行業持續發展的中堅力量。