結(jié)合時(shí)代特點(diǎn)的化工原理課程教學(xué)

李有良(沈陽(yáng)工學(xué)院 遼寧 撫順 113122)

化工原理課程是化學(xué)工程、化工工藝類及相近專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，它以化工生產(chǎn)中的物理加工過(guò)程為背景，研究化工單元操作的基本理論及其相應(yīng)的設(shè)備，建立數(shù)學(xué)模型并求解過(guò)程變量是該學(xué)科普遍使用的方法。由于課程涉及的變量數(shù)量較多，數(shù)學(xué)公式繁雜，使許多學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)感到力不從心。在信息化時(shí)代的今天，許多過(guò)去靠人腦記憶的知識(shí)已不需人們必須熟記于腦海，只要人們能夠利用各種資源可在短時(shí)間內(nèi)熟練地找到所需要的知識(shí)并加以應(yīng)用，就可達(dá)到工作要求。在此背景條件下，教師理應(yīng)對(duì)化工原理的教學(xué)方法加以研究并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，通過(guò)教學(xué)方法的改進(jìn)，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，在達(dá)到教學(xué)目的的前提下減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

一、降低學(xué)生對(duì)公式記憶的要求

化工原理課程的公式數(shù)量相對(duì)多而繁雜，且很多公式屬于經(jīng)驗(yàn)式或半經(jīng)驗(yàn)式，沒(méi)有嚴(yán)密的邏輯性，要求同學(xué)們?cè)诙虝r(shí)期內(nèi)記住數(shù)量繁多的計(jì)算公式確實(shí)比較困難。信息時(shí)代的特點(diǎn)之一就是人們可以將以往需要大腦記憶的大量信息外包給各種電子媒體設(shè)備，而在需要的時(shí)候迅速調(diào)用，但不會(huì)影響正常的工作效果。因此在教學(xué)過(guò)程中，教師的教學(xué)思路應(yīng)加以調(diào)整，可以盡量減少要求學(xué)生必須記憶的公式數(shù)量，取而代之的是對(duì)公式的充分理解，以在使用時(shí)能夠迅速查找到所需知識(shí)并能熟練加以應(yīng)用即可。調(diào)用所需知識(shí)即查閱公式的渠道可以是自用的電腦硬盤等媒體設(shè)備，也可以是互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)信息。如利用自用電腦查找，需將有關(guān)內(nèi)容事先編輯成Word文檔，需要時(shí)利用其查找功能即可迅速查找到需要調(diào)用的內(nèi)容，此方法與翻閱教材查找相關(guān)內(nèi)容相比效率會(huì)有一定程度地提高。學(xué)生畢業(yè)后，如果需要使用某個(gè)公式而頭腦中又沒(méi)有記憶，則可利用網(wǎng)絡(luò)資源，即通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查找相關(guān)信息。當(dāng)然，上述方法只適用于對(duì)化工原理基本知識(shí)的運(yùn)用，如果需要考研深造，則必須根據(jù)所報(bào)考院校的教學(xué)大綱的要求熟記所需公式。

二、充分利用多媒體設(shè)備進(jìn)行輔助記憶

化工原理課程難學(xué)的另一個(gè)原因是符號(hào)太多，記憶困難，而熟練記住公式中每個(gè)符號(hào)的意義是充分理解和熟練應(yīng)用計(jì)算公式解決實(shí)際問(wèn)題的必由之路。因此要學(xué)好這門課程，學(xué)生必須投入較多的精力去記憶各種符號(hào)。眾所周知，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展對(duì)許多行業(yè)效率的大幅度提升起到了極大的促進(jìn)作用。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，同樣可利用計(jì)算機(jī)軟件的幫助，使人們的記憶效率倍增。計(jì)算機(jī)輔助記憶軟件是根據(jù)記憶曲線設(shè)計(jì)的軟件，它可根據(jù)學(xué)習(xí)者對(duì)應(yīng)記憶項(xiàng)目的掌握情況自動(dòng)調(diào)整出現(xiàn)的頻率，自動(dòng)篩選已經(jīng)“掌握”的記憶內(nèi)容，從而大幅度提高記憶的效率。如舍得漢化版supper memo2008計(jì)算機(jī)輔助記憶軟件就是諸多計(jì)算機(jī)輔助記憶軟件中的一種。

另外，我們可以將化工原理的試驗(yàn)裝置、化工主要設(shè)備及化工過(guò)程的原理等有關(guān)教學(xué)內(nèi)容做成多媒體文件，將其作為教學(xué)演示的素材用于輔助教學(xué)及學(xué)生課后復(fù)習(xí)的材料，與此同時(shí)，此方法還可減少真實(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)物資、能源的消耗。由于此方法可反復(fù)演示，因此可使天賦相對(duì)較弱的學(xué)生通過(guò)反復(fù)學(xué)習(xí)取得較好地學(xué)習(xí)效果。

三、利用電子表格軟件求解復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程

化工原理經(jīng)常會(huì)遇到不能使用傳統(tǒng)方法求解的方程式。以往人們解決的方法通常為兩種，一種是試差法求解，另一種方法是將其做成圖線，供人們讀取數(shù)據(jù)。除采用的傳統(tǒng)的求解方法外，現(xiàn)在人們通常通過(guò)計(jì)算機(jī)程序求解。但利用計(jì)算機(jī)程序求解需要專業(yè)編程人員的幫助，要求化工專業(yè)的學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行編程求解存在一定難度。在計(jì)算機(jī)辦公軟件高度發(fā)達(dá)的今天，可考慮利用計(jì)算機(jī)的電子表格軟件來(lái)解決復(fù)雜方程的求解問(wèn)題，此方法不需要學(xué)生掌握編程技術(shù)，使用辦公軟件也可實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性方程的求解?，F(xiàn)舉一簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)例：

已知苯、甲苯的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系式分別為：

苯與甲苯混合物的摩爾比xA：xB=0.2：0.8時(shí)，求操作壓強(qiáng)106.7kPa時(shí)混合液的泡點(diǎn)溫度(精確到0.1℃)。

眾所周知，泡點(diǎn)溫度下各組分的蒸氣壓之和應(yīng)等于操作壓強(qiáng)。苯與甲苯可組成理想液態(tài)混合物，根據(jù)拉烏爾定律，混合液中某組分的蒸氣壓與其摩爾分?jǐn)?shù)成正比，混合液上方苯、甲苯的蒸氣壓分別為：

泡點(diǎn)溫度應(yīng)在兩組分的沸點(diǎn)之間。

根據(jù)以上條件可列出泡點(diǎn)溫度與組成之間的方程式，但方程式不能用初等函數(shù)的方法求解，必須采用試差法求解。在電子表格這樣的應(yīng)用軟件出現(xiàn)之前，通常是用逐步逼近的辦法求解，現(xiàn)在則可利用電子表格這樣的方便工具，通過(guò)普遍計(jì)算而后觀察的方法求解。具體方法如下：

①在電子表格中的第一列中輸入假設(shè)的溫度，以苯的沸點(diǎn)作為最低溫度，甲苯的沸點(diǎn)為最高溫度，溫度間隔1℃；

②第二、三列中分別輸入純苯、純甲苯飽和蒸氣壓的計(jì)算式，計(jì)算出對(duì)應(yīng)溫度下的純苯、純甲苯的飽和蒸氣壓（計(jì)算公式中所用的數(shù)據(jù)取同行前一列的數(shù)據(jù)，下同）；

③第四、五列中分別輸入與混合液相對(duì)應(yīng)的苯、甲苯的蒸氣壓計(jì)算式，自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)溫度下苯、甲苯的蒸氣壓pA、pB；

④第六列中輸入判斷公式：苯的蒸氣壓+甲苯蒸氣壓-操作壓強(qiáng)。當(dāng)判斷式之值由負(fù)變正時(shí)，表明泡點(diǎn)溫度一定位于此二值所對(duì)應(yīng)的溫度之間。

⑤以上述得到的溫度范圍為計(jì)算范圍，將溫度間隔設(shè)成0.1℃，重復(fù)上述操作計(jì)算過(guò)程，“判斷式”最接近0的那一行所對(duì)應(yīng)的溫度就是所求的泡點(diǎn)溫度。

上述計(jì)算看似復(fù)雜，但由于電子表格中輸入溫度、計(jì)算公式等操作均可以采用拖拽的方法完成，所以公式輸入還是很方便的。

總之，在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，化工原理課程的教學(xué)必須與時(shí)俱進(jìn)。充分利用互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)軟件等工具進(jìn)行輔助教學(xué)，可使學(xué)生從枯燥的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法中解放出來(lái)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果，在學(xué)生們學(xué)到課程知識(shí)的同時(shí)，也可提高其利用計(jì)算機(jī)技術(shù)查找、利用各種信息資源的能力，提高其對(duì)辦公軟件的應(yīng)用能力。