研究生課程“小波分析”項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)實(shí)踐

張萍?辛志玲?周振

摘要：教學(xué)中精煉理論、突出重點(diǎn)，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(shí)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(jiǎn)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(hào)：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(huì)和科技的進(jìn)步，化工方面的新知識(shí)和新理論被不斷拓?cái)U(kuò)，如何結(jié)合當(dāng)今社會(huì)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(shí)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(jì)與控制，是一門綜合性強(qiáng)、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(duì)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(qiáng)調(diào)非定態(tài)的衡算和非理想反應(yīng)器的設(shè)計(jì)分析，在設(shè)備設(shè)計(jì)、優(yōu)化方面的要求更高。

上海電力學(xué)院（以下簡(jiǎn)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(shí)又具備一定的工程分析水平，并在知識(shí)的深度和廣度方面加以拓展，增強(qiáng)創(chuàng)新動(dòng)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(diǎn)。在兩屆研究生教學(xué)的探索中，筆者主要從以下幾個(gè)方面著手，力求達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

一、理論精煉明了，內(nèi)容重點(diǎn)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(diǎn)是培養(yǎng)研究生的科學(xué)研究水平和工程實(shí)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(shí)”的渠道，更是研究生從接受知識(shí)向探究知識(shí)的轉(zhuǎn)變及由追求知識(shí)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(jìn)。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(dòng)力學(xué)開始，結(jié)合高等反應(yīng)工程章節(jié)中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)研究方法，將反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)難點(diǎn)，抓住共同特點(diǎn)，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(shí)能力和自控能力較強(qiáng)，因此筆者在講授均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器時(shí)，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(diǎn)講清楚部分反應(yīng)器設(shè)計(jì)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(shí)，明確課程內(nèi)容講解的思路。同時(shí)將一些反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程交由學(xué)生課后自己推導(dǎo)，使他們主動(dòng)地從所學(xué)知識(shí)中尋找解決問題的方法，并進(jìn)行有機(jī)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(dān)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(qiáng)化對(duì)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(shí)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(jī)理等，真正涉及化學(xué)工業(yè)的課題不多。根據(jù)這一特點(diǎn)，筆者在教學(xué)中注重實(shí)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(dòng)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(jì)要求等等。在加強(qiáng)學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，筆者要求研究生對(duì)學(xué)科前沿加以關(guān)注，提高他們探究知識(shí)的熱情，強(qiáng)化科研實(shí)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(huì)撰寫研究綜述，同時(shí)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(shí)，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(shí)際出發(fā)學(xué)會(huì)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(xiàng)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(lì)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的欲望和獨(dú)立思考的能力，調(diào)動(dòng)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(duì)課本中一些結(jié)論進(jìn)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(shí)，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(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行專題討論，將所學(xué)的知識(shí)貫穿起來，懂得如何克服工程上傳遞和流動(dòng)等物理因素對(duì)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(huì)有效、正確地利用應(yīng)用反應(yīng)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(shí)間查閱相關(guān)的新近資料，經(jīng)過消化理解，進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的課前準(zhǔn)備。上課時(shí)，由一名研究生上臺(tái)講解，而教師則同其他研究生在臺(tái)下聽講。教師從研究生的講述中可以基本了解其掌握知識(shí)的程度，查閱資料的多少，其他研究生通過臺(tái)上研究生的講述，也擴(kuò)展了知識(shí)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(tái)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(jiǎn)釋理論知識(shí)，學(xué)生也可以相互間自由討論、爭(zhēng)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(shí)的同時(shí)，努力探求新知識(shí)。這樣不僅讓研究生學(xué)會(huì)分析問題，更讓他們學(xué)會(huì)對(duì)所研究的問題進(jìn)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(dòng)了研究生的主觀能動(dòng)性，促使他們自覺成為知識(shí)的主動(dòng)探求者。

四、考核成績?cè)u(píng)定

筆者有針對(duì)性地改革考核方式，重點(diǎn)考察研究生掌握知識(shí)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(shí)融會(huì)貫通、應(yīng)用于解決實(shí)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(xiàn)資料，了解學(xué)科發(fā)展前沿，拓寬知識(shí)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(shí)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(shí)際問題的能力，使其能熟練運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際問題。通過以上教學(xué)探索，筆者獲得了有益的經(jīng)驗(yàn)，收到了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉其海，周新華， 尹國強(qiáng).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(qiáng).研究生專業(yè)課教學(xué)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志，2013，

12（14）：1162-1163.

（責(zé)任編輯：王意琴）