《化學反應工程》課程教學改革探索*

葛 源，潘 東，武文芳，李 松

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

《化學反應工程》是高等院校化工專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程主要研究反應器中流體流動、混合、傳質(zhì)和傳熱過程對反應的影響，對實際反應過程進行解析，進行反應器的分析與設計，以實現(xiàn)反應過程和工藝的優(yōu)化。該課程包含知識領(lǐng)域廣泛，涉及《高等數(shù)學》《物理化學》《化工傳遞過程》等多門學科，理論性及綜合性較強，擔負著培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際能力、對工業(yè)反應器的分析與設計能力、應用工程方法分析和解決復雜化工問題能力的重任。提高《化學反應工程》課程教學質(zhì)量，培養(yǎng)具有扎實理論知識和工程分析能力的人才，是新時代國家發(fā)展的需要[1]。因此，進行《化學反應工程》教學改革具有十分重要的意義和價值。

1 《化學反應工程》課程教學現(xiàn)狀分析

《化學反應工程》涉及知識領(lǐng)域廣泛，課程內(nèi)容包含大量數(shù)學公式推導和綜合知識運用，同時與工程實踐聯(lián)系較為緊密，被學生認為是專業(yè)課中較難學的課程之一[2]。在課堂教學過程中普遍存在理論與實踐脫節(jié)、學生學習興趣不濃厚、有畏難情緒、學生學習效率較低等問題。經(jīng)調(diào)查分析，總結(jié)原因如下：

1)學生缺乏學習自主性

很多學生沒有養(yǎng)成良好的預習習慣，上課前不了解課程重點難點所在，聽課缺乏目的性和針對性，學習意愿不強烈，等學習之后才發(fā)現(xiàn)問題，解決又不及時。例如，“均相反應動力學基礎(chǔ)”這一章的學習涉及《高等數(shù)學》中的微積分，如果學生沒有提前預習這部分內(nèi)容，在動力學方程的建立過程中容易因跟不上教師講課節(jié)奏而溜號，產(chǎn)生畏難情緒，聽課效果大打折扣。

復習同樣是《化學反應工程》學習過程中的重要一環(huán)?；瘜W反應工程知識點多，公式繁雜，通過復習可以加強對知識的理解和鞏固，同時也能查缺補漏，及時解決學習疑惑。許多學生沒有掌握合理的復習方法，課后未能及時地制定復習計劃，導致很快將所學知識遺忘，在期末考試來臨之際進行惡補，不僅學習效果較差，考試成績也不理想。

2)課堂教學以講授為主

傳統(tǒng)的《化學反應工程》課堂以教師講授為主，學生被動聽課，教師把現(xiàn)成的知識傳授給學生，學生缺少充足的時間和機會去獨立思考和領(lǐng)會教學內(nèi)容，常常出現(xiàn)重教輕學的現(xiàn)象。同時，傳統(tǒng)的“講授注入式”教學容易使學生產(chǎn)生依賴心理，學生只需要被動聽講就可以徑直地獲得知識，抑制了學生學習的獨立性和主動性，且課上師生交流及生生交流的機會和時間較少，學生對學習內(nèi)容不能及時作出反饋，造成教師對學生知識掌握情況缺乏了解。

與此同時，由于講授過程的單向性，課堂缺乏互動，所以課堂氣氛沉悶，學生注意力不易集中，學習興趣不能被有效喚起，學生缺乏對知識的深刻體會，知識難以內(nèi)化，隨著時間的推移，記憶效果呈下降趨勢，學習效率低下。

3)課堂教學缺乏案例教學

傳統(tǒng)的《化學反應工程》課堂教學注重知識的傳授，教師講、學生聽，課堂理論聯(lián)系實際較少，缺乏案例教學，學習過程較枯燥。學生雖掌握了知識本身，但在學習過程中缺乏獨立思考和對知識的運用，學生學到的都是死知識，不善于在實踐中應用，未能將知識轉(zhuǎn)化成能力，一定程度上損害了學生學習的積極性和學習效果，忽略了對學生分析和解決問題能力的培養(yǎng)，也不利于學生科學精神和探索精神的培養(yǎng)，最終造成未能有效激發(fā)學生求知欲、學生學習興趣不濃厚、教學效率較低的教學現(xiàn)狀。

2 《化學反應工程》課程教學改革途徑

針對《化學反應工程》課程教學的現(xiàn)狀和存在的問題，提出教學改革途徑：引導學生課前預習、課后及時復習，幫助學生養(yǎng)成良好的學習習慣。轉(zhuǎn)變教學理念，適當開展以學生為中心的課堂討論，提高學生分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新精神。在教學過程中引入實際案例，增加學生學習興趣,引導學生學以致用，培養(yǎng)學生的工程意識。

2.1 課前布置預習任務

學生的學習困惑，只能在學習過程中暴露出來，通過預習可以掌握關(guān)鍵內(nèi)容、思考難點，有效提高聽課效率和學習效率。因此，可以在課前通過線上平臺給學生推送相關(guān)教學短視頻，并布置預習任務，讓學生提前知曉課堂所學知識點，教師通過課前預習收集學生疑惑。如在學習“均相反應動力學基礎(chǔ)的等溫變?nèi)葸^程”這一小節(jié)時，通過線上平臺提前推送相關(guān)教學短視頻，并給學生布置預習任務及習題：1)膨脹因子及膨脹率的物理意義和表達式。2)用膨脹因子及膨脹率表示的動力學方程積分式。3)計算氣相反應A+3B=2P的膨脹因子及膨脹率。通過課前預習，讓學生了解課堂將要學習的內(nèi)容，讓學生嘗試解決遇到的問題，鍛煉思維的同時，培養(yǎng)學生的主動性和獨立性。在此過程中，教師要注意任務難度適當及任務量適中，避免學生因?qū)W習難度大任務量多而產(chǎn)生厭學情緒，預習完成后及時統(tǒng)計學生預習情況，整理學生疑惑，為課堂教學做好充分準備。

2.2 課上開展小組討論

課上最大限度地把課堂還給學生，引導學生歸納疑點，發(fā)現(xiàn)問題。對課前預習中無疑惑的知識點可以簡單快速講解，對課前預習中存在疑惑的知識點重點講解，讓教學過程更有針對性、更有效率。同時，教師要做好課堂的組織者，針對教學重點、難點設置問題，適當增加小組討論環(huán)節(jié)，促進學生合作式學習。在設置小組討論主題時，要注意題目的可說性，盡量做到讓每位學生都有話可說，有感而發(fā)。在討論過程中，教師要扮演好“主持人”的身份，鼓勵學生發(fā)言并對發(fā)言加以點評，幫助學生充分利用同學之間的學習資源營造互幫互助共同受益的學習組織和學習氣氛，做好學生學習過程的引導者。通過討論活躍課堂氣氛，促進生生交流和師生交流，強化學生對知識點的理解和掌握，同時鍛煉學生交流、表達及協(xié)作能力，讓進步和成長發(fā)生在學生身上，使學生分析和解決問題的能力得以提高。

2.3 引入實際案例

傳統(tǒng)的《化學反應工程》課堂側(cè)重講授書本內(nèi)容，普遍存在課本知識與生產(chǎn)實踐脫節(jié)的現(xiàn)象。將合適的教學案例適時引入課堂，是理論與實踐相結(jié)合的有效途徑。案例教學法鼓勵學生身臨其境地運用課程所學知識來分析問題，從而找到切實可行的方法解決問題，從案例和分析中獲得啟示和意義，引導學生從注重知識的學習到注重能力的提高。如以某工廠生產(chǎn)乙二醇為例，環(huán)氧乙烷與水反應生成乙二醇，副產(chǎn)物為二甘醇，反應均為1級反應，速率常數(shù)比為0.5，原料中水與環(huán)氧乙烷的物質(zhì)的量比為20，選擇何種型式的反應器好呢？有人認為，采用活塞流反應器乙二醇收率高但轉(zhuǎn)化率低，故建議采用循環(huán)反應器以提高總轉(zhuǎn)化率，你認為這個建議是否可行？上述案例涉及轉(zhuǎn)化率的計算及反應器的選型等知識點，教師可引導學生查閱資料、思考分析、進行方案的討論與交流。在討論中增強學生理解知識的印象，讓學生在案例的思考與分析中建立起屬于自己的邏輯思維方法和思考問題方式。通過案例讓學生身臨其境地運用所學知識，使所學知識具體化、直觀化，實現(xiàn)從理論到實踐的轉(zhuǎn)化，從而增強學生分析、解決問題的能力，增強課程實用性，同時調(diào)動學生學習積極性和主動性，提高學生對化學反應工程學習的濃厚興趣。

2.4 運用思維導圖梳理知識點

《化學反應工程》課程內(nèi)容涉及較多概念、公式，學生學習時綜合理解難度大。盡管有課堂筆記，但傳統(tǒng)課堂筆記知識點線性堆疊的呈現(xiàn)方式不利于學生對各個知識點及其相互關(guān)系的掌握[3]。基于此在章節(jié)學習完成后引導學生將思維導圖運用于課程復習有助于加強學生對知識點的認知，把握各知識點之間關(guān)系，構(gòu)建完整的知識架構(gòu)。在“均相反應動力學基礎(chǔ)”這一章學習完成后，構(gòu)建相應思維導圖，如圖1所示。以“均相反應動力學基礎(chǔ)”為中心節(jié)點，以基本概念、均相反應動力學方程為主要節(jié)點，每一主節(jié)點再按照知識的邏輯內(nèi)涵展開[4]，幫助學生理清這一章節(jié)的知識框架，利用思維導圖一目了然地區(qū)分各種類型動力學方程，學生在熟記知識點的基礎(chǔ)上可要求其在文字后寫出對應的基本概念、表達式及相應的動力學方程公式以考察掌握情況。

圖1 均相反應動力學基礎(chǔ)學習思維導圖

在課程結(jié)束后，也可以引導學生運用思維導圖對每章知識點進行系統(tǒng)化梳理，并通過各章之間的關(guān)系對整門課程進行總體關(guān)聯(lián)幫助學生做到知識由點到面到框架的及時掌握，熟悉課程學習內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系。學生在復習也可調(diào)取思維導圖，快速回顧學習中的重點難點，提高學習效率。構(gòu)建思維導圖的過程加強了學生對工程知識的認知，深入了學生對知識結(jié)構(gòu)的理解。將思維導圖運用于化學反應工程的學習中，讓學生對整個學習過程負責，能激發(fā)學生學習的積極主動性，同時學生在制圖的過程中學會了思考、總結(jié)，既學會了知識也學會了學習的方法，提高了終身學習的能力。

3 《化學反應工程》課程教學改革效果

經(jīng)過一學期的教學改革實踐，化學反應工程課程的出勤率、發(fā)言率、考試及格率均有所上升，改革初見成效，具體情況如表1所示。

表1 普通班與實驗班學習學習情況一覽表

本文總結(jié)了《化學反應工程》課程教學現(xiàn)狀，提出了《化學反應工程》教學改革的幾點建議，通過教學改革有效地提升了學生的學習興趣和學習成效，取得了良好的教學效果。在今后的教學過程中，仍需要不斷地探索和總結(jié)，持續(xù)改進，培養(yǎng)出綜合能力較強的應用型化工專業(yè)人才。