《化工原理》中工程觀(guān)念與實(shí)踐能力培養(yǎng)研究

張 銘,胡 達(dá),帥 群,吳洪特 (長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系,湖北荊州434020)

《化工原理》是化工及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課,且是一門(mén)實(shí)踐性、工程性很強(qiáng)的應(yīng)用性課程,是在學(xué)生具備了必要的高等數(shù)學(xué)、物理、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)之后的必修課程。該課程在基礎(chǔ)課與專(zhuān)業(yè)課之間起著承前啟后、由理及工的橋梁作用[1～2],其主要研究化工單元操作的基本原理、所用典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)和設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算及設(shè)備選型,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析和解決化工單元操作中各種問(wèn)題的能力。由于在接觸該課程之前,學(xué)生還不具備基本的工程觀(guān)點(diǎn),因此該課程的教學(xué)對(duì)學(xué)生的工程能力與實(shí)踐能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

1 理論教學(xué)中工程觀(guān)念的培養(yǎng)

1)緒論教學(xué)展現(xiàn)工科課程魅力 緒論的教學(xué)對(duì)學(xué)生的興趣起到至關(guān)重要的作用,緒論教學(xué)中可以通過(guò)多媒體向?qū)W生展示化工生產(chǎn)車(chē)間的圖片,簡(jiǎn)單介紹各種設(shè)備在生產(chǎn)中的作用;再通過(guò)典型的生產(chǎn)工藝流程闡述化工過(guò)程包括的單元操作,而這些單元操作即是化工原理課程將要重點(diǎn)講解的內(nèi)容,再簡(jiǎn)單介紹課程的基本理論在其他領(lǐng)域的應(yīng)用,說(shuō)明課程的重要性。緒論教學(xué)中要讓學(xué)生理解 “三傳”的基本概念、量綱一致性原則,掌握物料衡算、熱量衡算、過(guò)程速率及單位換算的計(jì)算要點(diǎn),為后續(xù)章節(jié)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。因此,緒論教學(xué)中應(yīng)通過(guò)實(shí)例來(lái)有意識(shí)的培養(yǎng)學(xué)生的工程觀(guān)點(diǎn)[3]。

2)章節(jié)教學(xué)體現(xiàn)內(nèi)在聯(lián)系 《化工原理》各章節(jié)之間有著密切的內(nèi)在聯(lián)系和很強(qiáng)的科學(xué)性和系統(tǒng)性。傳遞過(guò)程是各單元操作統(tǒng)一的研究對(duì)象,是聯(lián)系各章的一條主線(xiàn)。各單元操作分別用牛頓粘性定律、傅立葉定律和菲克定律來(lái)研究動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞,這3個(gè)定律有共同特點(diǎn)。在教學(xué)中,把各單元操作內(nèi)在的聯(lián)系弄清,對(duì)相似的公式比較、討論,有利于學(xué)生深刻理解、靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。

教學(xué)中通過(guò)模型觀(guān)摩、多媒體技術(shù)、工廠(chǎng)參觀(guān)、學(xué)術(shù)講座等多種教學(xué)手段,由工程問(wèn)題引導(dǎo)出與講授內(nèi)容相適應(yīng)的理論問(wèn)題,或由具體的化工過(guò)程抽象為數(shù)學(xué)模型或計(jì)算簡(jiǎn)圖,講授其原理,再將原理應(yīng)用于工程實(shí)踐去解決或分析實(shí)際問(wèn)題。突出體現(xiàn)在:①縱向上,按照 “過(guò)程分析-數(shù)學(xué)描述-實(shí)例分析”的方式展開(kāi),體現(xiàn) “定性分析-定量計(jì)算-原理應(yīng)用”3個(gè)不同層次。并在具體知識(shí)的傳授中著重工程問(wèn)題處理方法如過(guò)程分解、數(shù)學(xué)分析、因次分析、數(shù)學(xué)模型、參數(shù)歸并、當(dāng)量法等方法的介紹與應(yīng)用,重點(diǎn)介紹工程問(wèn)題的處理方法,可有效地幫助學(xué)生掌握化工原理及其它相關(guān)工程專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)方法和解決工程問(wèn)題的科學(xué)方法。②橫向上,強(qiáng)調(diào)過(guò)程的共性,將化工單元操作按過(guò)程共性分塊,闡明共同的原理和科學(xué)基礎(chǔ),在教學(xué)中貫穿2條主線(xiàn):一是傳遞過(guò)程包括動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞;二是工程問(wèn)題處理方法。這種教學(xué)思路打破了原有教材知識(shí)順序,加強(qiáng)了前后知識(shí)的有機(jī)融合,可有效地訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。③重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容上,圍繞重點(diǎn)內(nèi)容分析工程實(shí)例。剖析典型實(shí)例給學(xué)生的啟發(fā)是多方面的,對(duì)學(xué)生了解工程實(shí)踐、提高分析解決問(wèn)題的能力大有益處。

化工原理既有豐富的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),又有大量的公式和圖表,因此其內(nèi)容顯得比較多、比較雜,學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感到有一定的難度,教師要幫助學(xué)生理清思路。不需要記憶的公式,重點(diǎn)對(duì)公式的應(yīng)用范圍、及意義進(jìn)行理解掌握;需要記憶的重要公式,幫助學(xué)生找出公式的聯(lián)系,減少記憶量。在講課時(shí),對(duì)要求熟練掌握的內(nèi)容、理解的內(nèi)容和了解的內(nèi)容要分清層次,思路清晰。每講完一章內(nèi)容后,及時(shí)地給學(xué)生做一次總結(jié),回顧主要內(nèi)容及公式,這樣,學(xué)生不僅能理順該章的結(jié)構(gòu),而且還能培養(yǎng)解決工程實(shí)際問(wèn)題的思維方法。

3)抓好習(xí)題課,培養(yǎng)學(xué)生工程觀(guān)念 化工原理習(xí)題是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁,通過(guò)習(xí)題可以使學(xué)生深化對(duì)理論的認(rèn)識(shí)和掌握。在習(xí)題的選擇上,首先注意題目的典型性,通過(guò)對(duì)典型問(wèn)題的分析逐步培養(yǎng)學(xué)生解決難點(diǎn)問(wèn)題的能力;其次要注意題目的思想性,使學(xué)生在解題過(guò)程中深刻理解基本概念,明確觀(guān)點(diǎn),掌握方法;再次要注意習(xí)題的真實(shí)性,做到理論聯(lián)系實(shí)際,力求能夠反映化工生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的實(shí)際情況,有利于學(xué)生進(jìn)一步完善對(duì)工程觀(guān)點(diǎn)的理解,培養(yǎng)工程觀(guān)念。

4)安排討論課,激發(fā)學(xué)生興趣 討論課是課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充,為學(xué)生相互學(xué)習(xí)和提高能力提供了機(jī)會(huì)。討論課題教師應(yīng)提前布置,讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料做好充分的課前準(zhǔn)備,課堂上各抒己見(jiàn)。討論中教師始終把注意力集中在啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生上,適時(shí)地點(diǎn)出結(jié)論,做好總結(jié)。討論課的題目要具有典型性,一般選用有以下特點(diǎn)類(lèi)型的題目:貼近化工發(fā)展趨勢(shì)的題目;綜合性和應(yīng)用性較強(qiáng)的題目;容易暴露學(xué)生錯(cuò)誤的題目;工程性很強(qiáng)的題目。

2 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),注重工程能力培養(yǎng)

1)完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法 首先加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié),包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告、裝置預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、報(bào)告撰寫(xiě)、考核評(píng)定等。其次,豐富和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。同時(shí),要規(guī)范考核標(biāo)準(zhǔn)。為全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和實(shí)踐技能,應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,采取分項(xiàng)考核記分的方式,綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)。

另外,還要開(kāi)展設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。通過(guò)開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以看到 《化工原理》的工程特色和學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的需要。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)涉及實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)試方法及儀表的安裝、使用等多個(gè)環(huán)節(jié),不僅能激發(fā)出學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造意識(shí),還能有效地培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的能力。

2)加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練 在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,讓學(xué)生自己選擇方案,查取資料,包括各種手冊(cè)、圖表、算圖的運(yùn)用。此外,還要加強(qiáng)對(duì)實(shí)用性的指導(dǎo),要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中不能片面追求理論的完美而要注重實(shí)用性,討論中應(yīng)鼓勵(lì)多方案討論,結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)具體裝置討論各方案優(yōu)缺點(diǎn),特別注重實(shí)用性。課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,充分挖掘知識(shí)的潛在因素,而且還可以創(chuàng)造雙向交流的平等氛圍,激勵(lì)學(xué)生積極思維,大膽探索。

3)采用現(xiàn)代化教學(xué)手段,開(kāi)展化工原理仿真 購(gòu)買(mǎi)了 《北京化工大學(xué)PS仿真軟件》用于課程中所講述單元操作的仿真,通過(guò)仿真操作,一方面可以讓學(xué)生熟悉課堂上所學(xué)的理論知識(shí),更具體了解相關(guān)設(shè)備,另一方面,可以解決在學(xué)生到工廠(chǎng)實(shí)習(xí)時(shí)不能動(dòng)手的缺陷。采用這種方式教學(xué)極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,同時(shí)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高有著極為重要的意義。

3 理論聯(lián)系實(shí)際,全面培養(yǎng)學(xué)生的工程能力

《化工原理》是一門(mén)與實(shí)際化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系的課程,在化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)習(xí)過(guò)程中所接觸到問(wèn)題基本上都是與 《化工原理》有關(guān)的,從原料到產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程,中間每一個(gè)環(huán)節(jié)幾乎都是 《化工原理》所闡述的單元操作。作為授課教師,課堂上講到每個(gè)單元操作的時(shí)候都要與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái),一方面可以提高學(xué)生的興趣,讓學(xué)生知道這個(gè)課程與實(shí)際生產(chǎn)息息相關(guān),另一方面,當(dāng)課程理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)時(shí),就比如會(huì)涉及到工程問(wèn)題的處理,對(duì)學(xué)生工程能力的提高有極大的幫助。因此在教學(xué)過(guò)程中盡量多的引入實(shí)際生產(chǎn)的單元操作尤為重要。

[1]譚天恩,麥本熙,丁惠華.化工原理[M].第3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.2～5.

[2]姚玉英,黃鳳廉,陳常貴,等.化工原理[M].天津:天津大學(xué)出版社,1999.3～6.

[3]王百軍.化工原理理論課教學(xué)方法的探討[J].化工之友,2007,(17):65～67.