研究生“高等化學(xué)反應(yīng)工程”課程教學(xué)方法探討

張萍?辛志玲?周振

摘要：教學(xué)中精煉理論、突出重點，提高研究生基礎(chǔ)理論水平；課堂教學(xué)與課題研究相結(jié)合，提高研究生分析問題、解決問題和實踐技能水平；課堂討論式教學(xué)，提高研究生綜合素質(zhì)水平。

關(guān)鍵詞：高等化學(xué)反應(yīng)工程；創(chuàng)新；分析問題

作者簡介：張萍（1960-），女，湖南安化人，上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，副教授；辛志玲（1975-），女，山東海陽人，上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，副教授。（上海 200090）

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0063-02

化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的形成和發(fā)展至今已經(jīng)歷了近百年的歷史。隨著社會和科技的進步，化工方面的新知識和新理論被不斷拓擴，如何結(jié)合當今社會的人才需求來創(chuàng)新和完善高校研究生高等反應(yīng)工程教學(xué)是值得探討的課題。

高等反應(yīng)工程是化工類專業(yè)的一門涉及物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工傳遞過程、優(yōu)化與控制等知識領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要研究工業(yè)規(guī)?；瘜W(xué)反應(yīng)過程的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)裝置、優(yōu)化設(shè)計與控制，是一門綜合性強、涉及面廣、數(shù)學(xué)要求高的專業(yè)技術(shù)學(xué)科，[1]該課程涉及大量數(shù)學(xué)模型的建立及理論推導(dǎo)。研究生的“高等化學(xué)反應(yīng)工程”課程相對于本科生的“化學(xué)反應(yīng)工程”課程在分析反應(yīng)工程的物料衡算和能量衡算方面，更加強調(diào)非定態(tài)的衡算和非理想反應(yīng)器的設(shè)計分析，在設(shè)備設(shè)計、優(yōu)化方面的要求更高。

上海電力學(xué)院（以下簡稱“我?！保┑幕瘜W(xué)工程與技術(shù)專業(yè)碩士研究生于2012年開始招生，目前已招收兩屆，“高等化學(xué)反應(yīng)工程”是該專業(yè)的學(xué)位課程。這兩屆研究生的課堂調(diào)查結(jié)果表明，學(xué)過“高等化學(xué)反應(yīng)工程”主要前期課程“物理化學(xué)”、“化工原理”、“化學(xué)反應(yīng)工程”和“化工傳遞過程”的學(xué)生百分比分別為：80%、61%、24%和10%。因此，如何使研究生既掌握基礎(chǔ)理論，同時又具備一定的工程分析水平，并在知識的深度和廣度方面加以拓展，增強創(chuàng)新動力，不斷提高分析問題和解決問題的能力，是講授這門課程所面臨的難點。在兩屆研究生教學(xué)的探索中，筆者主要從以下幾個方面著手，力求達到教學(xué)目標。

一、理論精煉明了，內(nèi)容重點突出

與本科教育不同，研究生教育的本質(zhì)是培養(yǎng)研究者的教育，重點是培養(yǎng)研究生的科學(xué)研究水平和工程實踐能力。因此，研究生的專業(yè)課程學(xué)習(xí)不僅是掌握“基礎(chǔ)理論”和“專門知識”的渠道，更是研究生從接受知識向探究知識的轉(zhuǎn)變及由追求知識向追求能力的轉(zhuǎn)變。[2]

本校招收的該專業(yè)研究生其本科專業(yè)背景多有不同，因此筆者在教學(xué)中注意由淺入深、循序漸進。首先，使研究生掌握基本反應(yīng)的原理和高等反應(yīng)工程的理論，教學(xué)講授從物理化學(xué)的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)開始，結(jié)合高等反應(yīng)工程章節(jié)中的反應(yīng)動力學(xué)知識及實驗研究方法，將反應(yīng)動力學(xué)的理論知識和實驗方法、實驗設(shè)備和數(shù)據(jù)處理放在一起講解，既使未學(xué)過“化學(xué)反應(yīng)工程”的學(xué)生不感到“高等化學(xué)反應(yīng)工程”內(nèi)容難以理解，也使學(xué)過的學(xué)生有新收獲。

“高等化學(xué)反應(yīng)工程”課程內(nèi)容繁雜，其中物料衡算和能量衡算是一系列方程式推導(dǎo)的基礎(chǔ)，在講授過程中，筆者注意突出重點難點，抓住共同特點，講解典型內(nèi)容。雖然該專業(yè)的研究生一半以上未接觸過反應(yīng)工程，不清楚什么是反應(yīng)工程和化工傳遞過程中的物料衡算和能量衡算，但是由于研究生已經(jīng)接受了系統(tǒng)的專業(yè)理論學(xué)習(xí)，相比本科生來說獲得知識能力和自控能力較強，因此筆者在講授均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器時，特意從定態(tài)物料衡算和能量衡算出發(fā)，過渡到非定態(tài)的物料衡算和能量衡算，重點講清楚部分反應(yīng)器設(shè)計方程的由來，并詳述反應(yīng)器的特性以及反應(yīng)器間的相互聯(lián)系，讓學(xué)生整體了解所學(xué)知識，明確課程內(nèi)容講解的思路。同時將一些反應(yīng)器的設(shè)計方程交由學(xué)生課后自己推導(dǎo)，使他們主動地從所學(xué)知識中尋找解決問題的方法，并進行有機的結(jié)合，從而牢固掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基本理論和方法。

二、課堂教學(xué)與研課題究相結(jié)合

研究生教育承擔著培養(yǎng)創(chuàng)新人才和各層次專門人才的重任，是國家培養(yǎng)高層次人才的重要途徑，也是我國高等教育的重要環(huán)節(jié)。研究生教育中很重要的是強化對研究生創(chuàng)新科研能力和科研協(xié)作能力的培養(yǎng)，[3]如何提高研究生的學(xué)術(shù)研究能力是研究生培養(yǎng)的關(guān)鍵。我校是一所原隸屬于能源部有著發(fā)電工業(yè)背景的工科學(xué)校，化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)是由電力行業(yè)水處理系統(tǒng)沿革發(fā)展而來的，該專業(yè)主要培養(yǎng)的是應(yīng)用型學(xué)位研究生，因此在教學(xué)過程中如何提高研究生的解決問題能力和實踐操作技能顯得尤為重要。

通過調(diào)查研究生導(dǎo)師的背景，筆者發(fā)現(xiàn)該專業(yè)研究生的導(dǎo)師所從事的主要研究方向是環(huán)境工程、防腐材料性能、功能電池、催化劑制造和電廠水處理設(shè)備及機理等，真正涉及化學(xué)工業(yè)的課題不多。根據(jù)這一特點，筆者在教學(xué)中注重實例講解和分析導(dǎo)師研究課題中所遇到的問題，如：環(huán)境工程廢水處理中MBR動力學(xué)模型的建立；化學(xué)反應(yīng)方程式中冪指數(shù)模型與吸附模型的應(yīng)用；依據(jù)火力發(fā)電廠煤燃燒的典型縮核模型，以電廠水處理中樹脂交換設(shè)備為例，說明固定床反應(yīng)器的操作特性和設(shè)計要求等等。在加強學(xué)習(xí)理論知識的基礎(chǔ)上，筆者要求研究生對學(xué)科前沿加以關(guān)注，提高他們探究知識的熱情，強化科研實踐與課堂教學(xué)的結(jié)合。教學(xué)中，筆者要求研究生根據(jù)導(dǎo)師的研究方向，了解化學(xué)反應(yīng)工程在該研究方向上的發(fā)展及應(yīng)用近況，學(xué)會撰寫研究綜述，同時通過查閱大量系統(tǒng)的資料，獲取反應(yīng)工程最前沿的知識，不斷提高理論研究水平。

三、課堂討論式教學(xué)，提高綜合素質(zhì)

化學(xué)反應(yīng)工程課程以綜合性和廣泛性的工程理念貫穿其全部內(nèi)容，因此從實際出發(fā)學(xué)會分析、解決工程技術(shù)問題，是高等化工反應(yīng)工程教學(xué)的一項非常重要的任務(wù)。在教學(xué)中，筆者通過課堂討論，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，激勵學(xué)生的創(chuàng)新動力，培養(yǎng)學(xué)生主動獲取知識的欲望和獨立思考的能力，調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性，并注重提高他們的綜合素質(zhì)。在課堂教學(xué)課程安排中，筆者有目的地組織二次討論課，一次是對課本中一些結(jié)論進行討論和論證，由學(xué)過前期課程的同學(xué)與未學(xué)的同學(xué)混合組成小組，每組4～5人，目的是通過討論使未學(xué)過高等反應(yīng)工程前期課程的學(xué)生能理解其基本原理和方法，掌握課本上的基本知識，熟悉高等反應(yīng)工程分析問題的方法和原則；另一次討論是由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案，進行專題討論，將所學(xué)的知識貫穿起來，懂得如何克服工程上傳遞和流動等物理因素對化學(xué)反應(yīng)的影響，從反應(yīng)器類型、操作方式和操作條件出發(fā)，了解反應(yīng)器內(nèi)傳遞過程中影響化學(xué)反應(yīng)的各種因素，學(xué)會有效、正確地利用應(yīng)用反應(yīng)器進行實驗，以及與傳遞過程規(guī)律相結(jié)合，解決反應(yīng)過程的優(yōu)化和控制等問題。研究生按照教師要求利用課余時間查閱相關(guān)的新近資料，經(jīng)過消化理解，進行認真細致的課前準備。上課時，由一名研究生上臺講解，而教師則同其他研究生在臺下聽講。教師從研究生的講述中可以基本了解其掌握知識的程度，查閱資料的多少，其他研究生通過臺上研究生的講述，也擴展了知識面。在討論課上，其他小組的成員可以提問，由該組的成員作出回答。為了上臺講好課，課前小組成員必須深入自學(xué)、充分討論。通過學(xué)習(xí)和研討，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新性思維，提高研究能力，掌握正確的研究方法。在課堂討論中，教師可以系統(tǒng)簡釋理論知識，學(xué)生也可以相互間自由討論、爭論，由此掌握基本理論，提升自身素養(yǎng)，并在掌握現(xiàn)有知識的同時，努力探求新知識。這樣不僅讓研究生學(xué)會分析問題，更讓他們學(xué)會對所研究的問題進行綜合歸納和比較，懂得如何發(fā)現(xiàn)新問題，尋求解決問題的途徑。筆者通過開展討論式課堂教學(xué)，調(diào)動了研究生的主觀能動性，促使他們自覺成為知識的主動探求者。

四、考核成績評定

筆者有針對性地改革考核方式，重點考察研究生掌握知識的能力，如：采用開卷考試、小組研討和課程論文相結(jié)合等方式，注重考核研究生將所學(xué)知識融會貫通、應(yīng)用于解決實際問題的能力；指導(dǎo)研究生撰寫課程論文，促使其查閱大量文獻資料，了解學(xué)科發(fā)展前沿，拓寬知識面，通過考核力求提高研究生分析問題和解決問題的能力。

總之，化學(xué)反應(yīng)工程課程涉及大量理論模型的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和工程實踐方面的問題，課堂教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)研究生掌握基礎(chǔ)理論和分析、解決工程實際問題的能力，使其能熟練運用所學(xué)理論知識解決相關(guān)領(lǐng)域的實際問題。通過以上教學(xué)探索，筆者獲得了有益的經(jīng)驗，收到了較好的效果。

參考文獻：

[1]劉其海，周新華， 尹國強.化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)方法創(chuàng)新討論[J].廣州化工，2010，38（7）：256-258.

[2]韓壯志，尚朝軒， 何強.研究生專業(yè)課教學(xué)設(shè)計模式研究[J].中國電力教育，2010，（1）：90-92.

[3]楊高云.有關(guān)研究生教學(xué)的思考[J].臨床與實驗醫(yī)學(xué)雜志，2013，

12（14）：1162-1163.

（責任編輯：王意琴）