環(huán)境工程專業(yè)《化工原理》課的教學(xué)改革與實(shí)踐

陸偉東

環(huán)境工程專業(yè)《化工原理》課的教學(xué)改革與實(shí)踐

陸偉東

（韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

以環(huán)境工程專業(yè)《化工原理》理論課為例，結(jié)合筆者多年《化工原理》教學(xué)與環(huán)境污染治理工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教材建設(shè)三個(gè)方面總結(jié)了《化工原理》理論課教學(xué)改革思路與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).2009-2012學(xué)年課程改革實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生學(xué)習(xí)《化工原理》理論課的興趣、工程意識(shí)以及解決實(shí)際工程問題的能力得以明顯提高.

《化工原理》；專業(yè)基礎(chǔ)課；工科專業(yè)；教學(xué)改革

應(yīng)用型地方高校是根據(jù)地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，培養(yǎng)從事應(yīng)用和實(shí)踐工作人才的高等教育機(jī)構(gòu)［1］.其中應(yīng)用型地方高校的工程類專業(yè)人才在保持區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中具有重要的意義.《化工原理》是環(huán)境工程專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，也是培養(yǎng)工科學(xué)生工程思維能力的一個(gè)重要課程.目前，韶關(guān)學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中《化工原理》理論課程化工原理課程教學(xué)時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)，課程內(nèi)容繁多且抽象，學(xué)生都是從高中直接升入大學(xué)，沒有相關(guān)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).因此學(xué)生對《化工原理》課往往比較恐懼，教與學(xué)的矛盾比較突出.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目的及多年教學(xué)和環(huán)保工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者從三年前開始對環(huán)境工程專業(yè)《化工原理》理論課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教材建設(shè)進(jìn)行了一系列的改革與實(shí)踐，經(jīng)過三年的探索與實(shí)踐，取得了初步成效.

1 精選教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)專業(yè)特色

《化工原理》是以單元操作為主線來編排教學(xué)內(nèi)容的，包括動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞.每一種傳遞過程又包含多種單元操作.由于課程學(xué)時(shí)數(shù)有限，平均用時(shí)來對各單元操作進(jìn)行講解顯然不太可能也不合理.因此，結(jié)合韶關(guān)學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)主要培養(yǎng)方案要求和筆者在教學(xué)和工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，認(rèn)為非常有必要對面向化工專業(yè)的《化工原理》教材的內(nèi)容進(jìn)行甑選，以充分體現(xiàn)出環(huán)境工程專業(yè)《化工原理》理論課教學(xué)的環(huán)境工程特色.

韶關(guān)學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)側(cè)重于培養(yǎng)污染控制工程設(shè)計(jì)、環(huán)保工程設(shè)施管理運(yùn)行與環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用型人才.因此在教學(xué)內(nèi)容選擇和教學(xué)重點(diǎn)的確定方面也要服務(wù)于這一方向.污染控制原理是將污染物中廢水、廢氣和廢渣中分離出來，廢水、廢氣乃至流態(tài)化的固體廢物均屬流體范疇，故流體流動(dòng)與流體輸送機(jī)械是單元操作的重要基礎(chǔ)，考慮到總學(xué)時(shí)數(shù)，選擇用8學(xué)時(shí)來完成此部分內(nèi)容的講授和輔導(dǎo)，重點(diǎn)講述流體的性質(zhì)，流體流動(dòng)遵循的基本規(guī)律，如連續(xù)性方程、伯努利方程、牛頓粘性定律、流量與壓力的測量以及泵和風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、操作方法與選型等等.通過深入分析和講解這些關(guān)鍵問題，使學(xué)生基本掌握管路設(shè)計(jì)、流體重要參數(shù)的測量和泵或風(fēng)機(jī)的選型、設(shè)備安裝等基本操作.第二部分重點(diǎn)內(nèi)容為熱量傳遞基礎(chǔ)，占6學(xué)時(shí)，重點(diǎn)講授熱傳導(dǎo)、保溫材料與保溫材料厚度的確定、傳熱總方程、換熱器及強(qiáng)化傳熱的措施；第三部分內(nèi)容為吸收，占12學(xué)時(shí)，重點(diǎn)講授的低濃度氣體吸收的設(shè)計(jì)計(jì)算和操作計(jì)算，以物質(zhì)傳遞速率和物料衡算為主線，以SO2或NH3的吸收為工程實(shí)例，以教師講授輔導(dǎo)，學(xué)生練習(xí)為主要教學(xué)方式，深入學(xué)習(xí)吸收設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算和操作計(jì)算，此舉充分聯(lián)系了大氣污染控制的實(shí)例，能極大引起學(xué)生的共鳴，激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，通過對改革實(shí)施后的三年六次期末考試成績統(tǒng)計(jì)表明，此部分內(nèi)容的得分率達(dá)83.4%；第四部分內(nèi)容為氣液傳質(zhì)設(shè)備，占2學(xué)時(shí)，重點(diǎn)講授填料塔和板式塔的結(jié)構(gòu)和操作性能特征及操作過程中應(yīng)注意的問題；第五部分內(nèi)容為固體干燥，占8學(xué)時(shí)，以城市污泥干燥為例，重點(diǎn)講授固體干燥的原理、速率的計(jì)算及干燥設(shè)備的選型與簡單設(shè)計(jì)計(jì)算等；第六部分為非均相混合物分離，占6學(xué)時(shí).包括沉降和過濾，重點(diǎn)講授降塵室和旋風(fēng)除塵器的除塵原理和尺寸的設(shè)計(jì)、常見過濾設(shè)備及其過濾原理等.第七部分為生化反應(yīng)器，占6學(xué)時(shí)，包括生化反應(yīng)器簡的特點(diǎn)、類型及簡單設(shè)計(jì)計(jì)算等.通過對教學(xué)內(nèi)容有針對性的篩選，一方面，保證學(xué)生從整體上掌握單元操作的基本概念，另一方面，單元操作技術(shù)和環(huán)境污染控制技術(shù)緊密結(jié)合，充分體現(xiàn)學(xué)科特色.

2 改革教學(xué)方法，培養(yǎng)工程意識(shí)

化工原理屬工程學(xué)科，其處理問題的方法與自然科學(xué)學(xué)科有著較大的差別.《化工原理》是環(huán)境專業(yè)學(xué)生在大學(xué)期間學(xué)習(xí)的第一門工程學(xué)科的課程.因此，在講授化工原理緒論過程中，筆者就特別強(qiáng)調(diào)要轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方法，并在后續(xù)相關(guān)章節(jié)中通過引入工程案例和采用討論式教學(xué)方式強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和工程觀念的培養(yǎng).具體的改革措施如下.

2.1引入工程案例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師.在教學(xué)過程中通過引入環(huán)境污染控制工程實(shí)際案例，將化工原理基本原理與實(shí)際案例進(jìn)行關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生充分感受到化工原理不單單是大學(xué)中的一門課程，而且是一門在整個(gè)專業(yè)課程體系中起著承上啟下作用的課程，是學(xué)好專業(yè)課程和解決實(shí)際工程問題的重要基礎(chǔ)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.比如，在講授離心泵時(shí)，筆者就在課堂上提出如何能將水從低位輸送至高位、在污水管網(wǎng)中污水提升泵站的作用等問題，引發(fā)學(xué)生思考，進(jìn)而引出具體的授課內(nèi)容；其中涉及流體在管內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)和速度、管路的阻力損失、流體流動(dòng)時(shí)的能量守恒方程和質(zhì)量守恒方程，基于能量守恒方程可進(jìn)行污水提升所需的外加能量并結(jié)合污水流量和泵的效率，計(jì)算出所需泵的揚(yáng)程和功率.然后再根據(jù)污水流量確定泵的流量，從而確定泵的型號.與此同時(shí)，還可以順勢引出離心泵的工作原理、安裝高度、氣縛、氣蝕等問題.在其它章節(jié)的講授中，筆者也嘗試相應(yīng)引入三廢處理工程中的實(shí)際案例，盡量使問題簡單化.同時(shí)，在教學(xué)過程中還特別注意聯(lián)系實(shí)際工程案例，給學(xué)生灌輸技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)的思想，引導(dǎo)學(xué)生在確定工程方案時(shí)除了要從理論上探索其可行性外，還要研究其技術(shù)上的可行性，經(jīng)濟(jì)上的合理性和生產(chǎn)上的安全性等問題，統(tǒng)籌考慮.實(shí)踐證明，在教學(xué)過程中引入工程案例，能強(qiáng)化學(xué)生對理論知識(shí)的掌握，提高學(xué)生考慮工程問題時(shí)的工程思維和工程意識(shí).

2.2 啟發(fā)式討論教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)際

啟發(fā)式討論教學(xué)是指教師根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)、教學(xué)要求而采用的一個(gè)教學(xué)啟發(fā)手段，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性，讓學(xué)生在教學(xué)過程中發(fā)揮主體作用.通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，筆者認(rèn)為，在環(huán)境工程專業(yè)化工原理教學(xué)中，應(yīng)通過從實(shí)際生活實(shí)例中提出問題，分析問題，層層啟發(fā)，由淺入深，引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的目的.比如，在講授固體干燥時(shí)，以生活垃圾焚燒的例子，指出生活垃圾在焚燒處理之前，水分必然要先汽化，然后使生活垃圾顆粒溫度上升至其著火點(diǎn)，才能發(fā)生燃燒等等.此外，筆者在講授傳熱的三種方式之前，先讓同學(xué)討論為什么夏天吹風(fēng)扇會(huì)感覺非常涼快，冬天躲在墻角曬太陽會(huì)感覺更暖和.經(jīng)過同學(xué)激烈的討論后，請1～2位同學(xué)為代表指出其中可能的原因，然后才對同學(xué)的分析進(jìn)行點(diǎn)評，并給出正確的解釋.實(shí)踐表明，通過類似的課堂討論，學(xué)生參與度得到了極大的提高，學(xué)習(xí)的熱情也空前高漲.

3 結(jié)合專業(yè)需求，整合教材資源

環(huán)境工程是一個(gè)實(shí)踐性和工程性較強(qiáng)的學(xué)科，涉及傳遞過程原理、能源利用、流體力學(xué)、材料力學(xué)、生化反應(yīng)工程、過程的設(shè)計(jì)和控制以及一些新型過程的開發(fā)等［2］.就現(xiàn)有的各種環(huán)境污染物控制與治理方法而言，絕大部分都涉及形形色色的化學(xué)反應(yīng)，或?yàn)榫喾磻?yīng)，或?yàn)槎嘞喾磻?yīng)，并不可避免地牽涉到有關(guān)反應(yīng)物料傳遞、本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與分析等一系列化學(xué)反應(yīng)工程問題［3］.

目前環(huán)境工程專業(yè)化工原理理論課大多數(shù)采用的教材是在化工專業(yè)使用的《化工原理》基礎(chǔ)上簡化而成，與“三廢”處理工程案例聯(lián)系不太緊密，缺少反應(yīng)工程相關(guān)內(nèi)容，特別是生化反應(yīng)工程內(nèi)容.為了適應(yīng)應(yīng)用型地方高校環(huán)境工程專業(yè)人才厚基礎(chǔ)、重應(yīng)用的培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)需求，化工原理課程應(yīng)該強(qiáng)化傳遞過程計(jì)算基礎(chǔ)、重點(diǎn)講述流體力學(xué)基礎(chǔ)、傳熱、傳質(zhì)的基本原理并在分析主要公式時(shí)引用環(huán)境污染治理工程設(shè)備案例，使教材內(nèi)容更加通俗易懂.同時(shí)，增加生化反應(yīng)工程基礎(chǔ)并將其與單元操作有機(jī)銜接.在課程內(nèi)容安排上，適宜采用由簡入繁、由具體到抽象、再由抽象到具體、前后關(guān)聯(lián)的編排模式.根據(jù)以上設(shè)想，筆者采用的講義大綱安排如下：緒論（介紹課程的研究對象與學(xué)習(xí)方法、單位與量綱、物料衡算、能量衡算和速率）.流體流動(dòng)與流體輸送機(jī)械（第一章，討論流體流動(dòng)、流體重要參數(shù)測量方法、流體流動(dòng)的能量衡算、簡單管路計(jì)算.第二章，泵與風(fēng)機(jī)的選型、安裝與操作）.傳熱（第三章，討論保溫及保溫材料、熱傳導(dǎo)、保溫效果、保溫材料的適宜厚度、換熱器）.傳質(zhì)分離過程及設(shè)備（第四章，討論吸收速率、吸收過程的物料衡算和填料層高度的計(jì)算和填料塔的操作計(jì)算、傳質(zhì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及操作性能）.非均相物系的分離（第五章，討論固體懸浮物及其運(yùn)動(dòng)、集塵、分級基礎(chǔ)及降塵室、旋風(fēng)除塵器的特點(diǎn)）.生化反應(yīng)器基礎(chǔ)（第六章，討論生化反應(yīng)速率的表示方法、主要的生化反應(yīng)器設(shè)計(jì)）.固體干燥（第七章，討論干燥過程原理和特點(diǎn)、濕空氣性質(zhì)參數(shù)和水分性質(zhì)）.

4 結(jié)語

應(yīng)用型地方高校工程類人才在服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的作用.其中，工程類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中專業(yè)基礎(chǔ)課程對于應(yīng)用型人才工程意識(shí)、工程思維能力和解決實(shí)際工程問題能力的培養(yǎng)具有重要的指導(dǎo)意義.基于當(dāng)前應(yīng)用型地方高校工程類專業(yè)基礎(chǔ)理論課教學(xué)與應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求不太吻合的現(xiàn)狀，以《化工原理》理論課為例，筆者從三年前開始對環(huán)境工程專業(yè)《化工原理》課程進(jìn)行了系統(tǒng)的改革和創(chuàng)新.以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，通過加強(qiáng)教學(xué)觀念、完善教學(xué)方法，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)編寫教學(xué)講義，加強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)和工程思維能力培養(yǎng).經(jīng)過三年的教學(xué)改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、解決實(shí)際工程問題的信心和能力明顯提高.

參考文獻(xiàn)：

［1］鄭鋒.本科工程應(yīng)用型人才的素質(zhì)要求及培養(yǎng)［J］.南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，5（2）：41-45.

［2］張霞，焦學(xué)然.關(guān)于環(huán)境工程原理教學(xué)方法的探討［J］.廣東化工，2010，37（2）：110-111.

［3］陸強(qiáng).環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)化學(xué)反應(yīng)工程課程的必要性與教學(xué)實(shí)踐［J］.化工高等教育，2009（4）：33-36.

Teaching Reform and Practice on Principle of Chemical Engineering for Environmental Engineering Specialty

LU Wei-dong
（School of Chemistry and Environmental Engineering,Shaoguan University, Shaoguan Guangdong,China）

The ideas and experience of teaching reform on theory course of principle of chemical engineering were summarized through teaching content,teaching method,and teaching material construction,based on the experience of principles of chemical engineering course teaching and environmental pollution control engineering practice,using the course of chemical engineering principles of environmental engineering specialty as an example.The course reform results of 2009 to 2012 school curriculum showed that the student’s learning interest in theory course of chemical engineering principles,engineering consciousness and their increasing ability to solve practical engineering problems.

principle of chemical engineering;professional fundamental course;engineering specialty;teaching reform

G642.421

：A

：1007-5348（2015）04-0092-04

（責(zé)任編輯：邵曉軍）

2014-08-12

韶關(guān)學(xué)院第十三批教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（SYJY20121351）.

陸偉東（1980-），男，廣東英德人，韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院講師，碩士；研究方向：化工與環(huán)境保護(hù).