啟發式教學在化工原理精餾教學中的應用

劉瑞玲(魯南技師學院，山東 臨沂 276000)

0 引言

化工原理是一門專業性較強的重要基礎性課程，每個章節的內容都是獨立的，其內容主要涉及到化工基本理論知識的學習、物料衡算與熱量衡算，除了這些基本的理論知識還包括每個章節中典型設備的設計與計算。通過這些知識的學習來建立學生過程工程意識，培養學生解決問題的能力[1-2]。將啟發式教學方法應用到化工原理課程教學當中，注重學生智力的發展，將系統的知識學習與智力的充分發展結合起來，從而提高學生解決實際問題的能力，推進化工原理課程教學的發展[3]。

1 啟發式教學

啟發式教學越來越受到重視，該教學方法強調學習的客觀規律，強調學生是學習的主體，教師要按照教學大綱的要求，結合學生學習的實際情況，在課堂教學中采用多種教學，啟發學生獨立思考，激發學生學習的動力，理論知識與實踐相結合，培養學習獨立解決問題的能力。在課堂教學過程中教師應按照課本上的知識點對學生進行啟發式的提問，引導他們進行討論與思考，學會發現問題、分析問題、解決問題，在這個過程中學生加深了對理論知識的理解，也學會了從多個角度對問題進行分析，最終使問題得到解決[4]。

精餾技術被廣泛應用在各類化學品的研究、制備與生產當中，而精餾課程在化工原理教學中占有非常重要的地位，有著豐富的教學內容，相關知識點之間也存在非常緊密的關聯。教師在精餾課程教學中可以選擇啟發式教學的方式，而不是枯燥的講解課本上每個知識點的基本原理與過程計算，引導學生深入到問題的本質，學會思考，從而提高解決化工問題的能力。

2 啟發式教學在化工原理精餾課程中的應用

2.1 強調課前預習的重要作用

通過課前預習，學生可以提前對所學知識有一個大致了解，是促進學生積極思考、提高學生學習興趣的關鍵。因此，教師應重點強調課前預習的重要作用，將課前預習納入到正常的教學活動當中，還要對預習的效果進行考核，記入學生的考核成績當中。在在精餾課程課前預習教學活動中，教師可以制作預習課件，列出課前預習的知識點，對學生預習的效果進行考核并不斷改進。在制作課前預習課件的時候，重點讓學生理解基礎性的知識，對需要學習的知識背景有一個系統性了解，啟發性的提出一些問題，以便在課堂上進行討論，為重點、難點知識的學習與掌握打好基礎。課件的制作形式可以多樣化，比如一些精品在線課程，充分利用圖文、視頻等形式，提高學習對課程預習的興趣。為了保證學生能夠有效的完成教師布置的預習任務，教師可以在網絡教學平臺上下達預習任務，將制作完成的預習課件上傳至網絡教學平臺上，學生在平臺上完成預習任務，并在預習結束后進行考核，獲得相應的成績。通過完成預習任務，大大提高了學生學習的積極性，可以將預習階段遇到的難點問題在課堂上提出來，大家一起討論，活躍課堂氣氛，提高教學效果。

2.2 重視課堂討論的重要作用

對每節課的知識點進行課堂討論，能夠讓學生更加深刻的掌握和理解該章節的重點與難點。在完成課前預習任務之后，教師可以將教學的重點放在對本章節知識的應用與深入分析方面，為了提高課堂教學的效果，可以適當減少單純知識講解的課時，而增加課堂討論環節，采用啟發式的教學方法，多提出問題。精餾課程重點講解的內容是過程的計算和優化，在適當增加了討論課時后，引導學生對精餾過程的計算和優化的相關知識點進行充分的討論，讓學生本節課程內容的理解更加的深刻。下面筆者就選擇幾個具有代表性的課堂討論內容進行分析。

2.2.1 關于最小回流比與實際回流比計算

最小回流比計算這一章節中，教師在課堂上一般會結合二組元理想物系的汽液平衡線和操作線圖來進行講解，在圖中當達到最小回流比時，操作線和平衡線會相交在一個點上，可以利用公式(1)進行計算，得出精餾段操作線的斜率，然后進行推導后得出最小回流比的計算公式(2)[5]。

在得出最小回流比計算公式后，教師可以在課堂上提出延伸問題：最小回流比的計算方法可不可以用來計算實際回流比？在提出問題后，教師繼續利用二組元理想物系的汽液平衡線和操作線圖來解決這一問題。在圖中實際回流比的操作線并沒有與平衡線相交，可是精餾段操作線的斜率計算方法和剛才所講到的最小回流比計算方法是一致的，同理可以推導出實際回流比的計算公式(3)。

在課堂教學中由最小回流比計算延伸出實際回流比的計算之后，學生經過思考、分析、討論，對該知識點的掌握會更加牢固，并且對于相圖的理解也更加深刻。

2.2.2 關于回流比變化對精餾段操作線斜率的影響

利用二組元理想物系的汽液平衡線和操作線圖可以對精餾操作的過程進行分析，在各種影響變量中對精餾操作過程影響最大其實是回流比的變化：精餾段操作線斜率會隨著回流比的增大而增大，精餾塔內的傳質推動力也會隨之增加，當分離純度一致時，所需的理論板數就會越少。當學習到這一小節時，難點就是學生不能系統的將操作線方程的參數變化與操作線位置的變化關聯起來思考。通過精餾段方程式(4)可知，如果回流比R出現變化時，則斜率自變量系數的分子與分母部分都會隨之發生變化，但是發生變化并不是很明顯，那么如果將方程進行簡單的變形后就得到了方程(5)，回流比R只出現在了分母部分中，可以很容易判斷出當R發生變化時x前系數的變化情況，也就是說隨著R的增加精餾段斜率也會增加。通過啟發的方式引導學生對公式進行變形，將具有一定難度的問題變得容易，很直觀的看出參數的變化，有利于對實際問題的分析與理解。

2.2.3 進料熱狀況參數與q值的關系

q是用來表示精餾塔進料熱狀況的參數，通過觀察q值可以直觀的判斷進料當前所處的狀態。根據q值的的變化，可以將進料熱狀況分為五個階段：冷液進料、泡點進料、氣液混合進料、露點進料、過熱蒸汽進料，當q值逐步降低，進料熱狀況也由冷液進料向著過熱蒸汽進料狀況發展(q的基準值是1kmol/h)，其關系式為(6)：

當學習到這一部分內容時，學生往往分不清對q值的變化與上述五種熱狀態之間對應的關系，教師可以采用啟發式教學的方法，利用包含進料熱狀態點的t-x(y)相圖來進行分析，在圖中用A、B、C、D、E表示五種進料的狀況，用t1、t2、t3、t4、t5表示五個點的溫度，即t1＞t2＞t3＞t4＞t5。通過分析相圖可以很直觀的表達出兩者之間存在的關系與變化：當q值變小，溫度會升高，進料狀態也由冷液逐步向著熱蒸汽狀態發展，加深了學生對所學內容的理解。

2.3 課后復習方式的改進

通常情況下，學生的課后復習都是以完成課后習題為主，而在復習階段我們也采用啟發式教學的方法，用以改進精餾章節復習的方法，同樣可以取得良好的教學效果。

2.3.1 課后復習任務的布置

現階段，我國一些高校中所采用的化工原理課本是由國內幾所化工強校出版的教材，在教學內容方面基本都相差無幾，只是在各個章節中教學的側重點不一致。因此，為了讓學生掌握更多的理論知識，可以要求他們在復習的時候同時閱讀其他版本的教材，這樣可以彌補單一教材對課本章節中某問題表述上的缺陷，有助于學生從多個角度去思考問題，掌握的知識更加的全面，提高他們解決問題的能力。比如針對回流比R的表述，天津大學出版社出版的化工原理課本中在推導操作線方程的過程中總結了回流比的相關定義，該章節學習的側重點是回流比的計算與應用。而在華東理工大學出版的課本中針對回流比的表述則比較詳細，同時對回流比發生變化時精餾塔內液相回流變化也做出了詳細的描述。通過對兩種版本課本的學習，讓學生在掌握了回流比計算與應用的同時，也對回流比的深層次含義、回流比發生變化時對精餾塔內產生的影響都有了較為直觀的認識與深刻的理解[6]。

2.3.2 利用思維導圖強化對知識點的理解

在化工原理蒸餾這一章節中，首先講到的是汽液相平衡，再到精餾的原理、計算、精餾塔的操作等等，各章節之間緊密關聯，有著非常強的邏輯關系。教師可以啟發學生將各章節的知識點制作成思維導圖，通過思維導圖將其串聯起來，使學生對相關知識點有了更加深刻的認識與理解，也加深了對知識點的記憶。

3 結語

綜上所述，化工原理是一門非常系統的課程，將理論知識、科學實踐和分析計算集合在一起。教師在教學過程中應注重學生對理論知識的理解，培養他們發現問題、分析問題、解決問題的能力，而不是單純的課堂講解。啟發式教學的推廣與應用越來越受到重視，從學生的實際出發，充分調動他們學習的主動性與積極性，激發他們學習的動力，將理論知識的學習與智力的發展密切結合起來。在化工原理精餾教學中科學的運用啟發式教學，強調課前預習、重視課堂討論、改進課后復習方式等幾個方面，使化工原理精餾教學不斷完善，提高教學質量，為我國工業發展輸送更多高精尖人才。