《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)方法初探

李望 朱曉波

摘要：化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)和管理需要的高素質(zhì)人才。其重要特征是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐性，提高學(xué)生適應(yīng)工作崗位的能力，實(shí)現(xiàn)零距離對接是高等院校課程建設(shè)與改革的重要內(nèi)容。本文敘述了化學(xué)工程專業(yè)開設(shè)化學(xué)反應(yīng)工程課程的現(xiàn)狀和存在的弊端，及課程設(shè)置的意義，分析了化學(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)了該課程教學(xué)過程中理論教學(xué)的基礎(chǔ)性，同時(shí)說明了實(shí)踐和試驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的重要性。

關(guān)鍵詞：化學(xué)反應(yīng)工程;教學(xué)方法;理論;實(shí)踐;試驗(yàn)

中圖分類號：G642.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）43-0156-02

化學(xué)反應(yīng)工程是一門研究化學(xué)反應(yīng)工程問題的學(xué)科，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)必修的主干專業(yè)理論課程之一。高等院校作為化學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要場所，應(yīng)以全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)為目標(biāo)，選擇合理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，在專業(yè)課程設(shè)置上應(yīng)本著“學(xué)生為本”的理念，從培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，在統(tǒng)一規(guī)劃的前提下，保留學(xué)生自身優(yōu)秀的特質(zhì)，鼓勵(lì)學(xué)生開拓創(chuàng)新。河南理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)包括煤化工、精細(xì)化工、化工材料以及冶金化工等多個(gè)方向。化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程專業(yè)的主要必修課程，是精細(xì)化工和冶金化工的基礎(chǔ)理論課程。本課程的開設(shè)可以促進(jìn)學(xué)生對化工過程的全面理解，對于提高學(xué)生知識面、掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和解決實(shí)際問題的能力，具有重要的意義。

一、化學(xué)反應(yīng)工程課程的意義

（一）化學(xué)反應(yīng)工程課程簡介

化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品復(fù)雜，生產(chǎn)工藝千差萬別，但都存在一個(gè)共同點(diǎn)“原料借助化學(xué)反應(yīng)獲得產(chǎn)品”。如石油化工過程中，可以直接用于化工原料和內(nèi)燃機(jī)燃料的成分大約只占原油的30%，其余的重組分需要經(jīng)過裂解反應(yīng)才能成為化工生產(chǎn)的原料。任何化工生產(chǎn)，從原料到產(chǎn)品都可以概括為原料的預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)過程和產(chǎn)物的后處理這三個(gè)組成部分，而化學(xué)反應(yīng)工程是整個(gè)化工生產(chǎn)的核心。

從學(xué)科角度來說，化學(xué)反應(yīng)規(guī)律屬于化學(xué)學(xué)科，物理過程規(guī)律屬于工程學(xué)科?；瘜W(xué)反應(yīng)工程學(xué)是這兩個(gè)學(xué)科的匯合，它是研究化學(xué)過程和物理過程相結(jié)合而產(chǎn)生出的新的、有趣的現(xiàn)象，并從這些現(xiàn)象中引申出化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)理論。

本課程主要講述反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、化工傳遞過程、化工熱力學(xué)研究和催化劑工程學(xué)等。學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)，要掌握其處理問題的思想方法，該課程與其他學(xué)科一樣，涉及的內(nèi)容很多，需根據(jù)實(shí)際問題和結(jié)合已有的知識來解決實(shí)際問題。

（二）開設(shè)化學(xué)反應(yīng)工程課程的意義

正如前所述，河南理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)包括煤化工、精細(xì)化工、化工材料以及冶金化工等多個(gè)方向。化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程專業(yè)的主要必修課程，是精細(xì)化工和冶金化工等的基礎(chǔ)理論課程，化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)是一門研究涉及化學(xué)反應(yīng)的工程問題的學(xué)科。對于已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，如何將其在工業(yè)規(guī)模上實(shí)現(xiàn)是化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的主要任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)不僅研究化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)條件之間的關(guān)系，即化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，而且著重研究傳遞過程對宏觀化學(xué)反應(yīng)速率的影響，研究不同類型反應(yīng)器的特點(diǎn)及其化學(xué)反應(yīng)結(jié)果之間的關(guān)系。本課程的開設(shè)可以促進(jìn)學(xué)生對化工過程的全面理解，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐和解決實(shí)際問題的能力，開設(shè)化學(xué)反應(yīng)工程課程具有重大意義。

二、化學(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的弊端

化學(xué)反應(yīng)工程作為化學(xué)工程學(xué)科的關(guān)鍵分支，雖然只有四五十年的發(fā)展歷史，但發(fā)展非常迅速，已經(jīng)滲透到其他學(xué)科領(lǐng)域，并與之相互滲透與交織，應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生了一些新的研究課程，如：生化反應(yīng)工程和聚合反應(yīng)工程等。然而該課程的教學(xué)內(nèi)容仍然存在一些問題，教學(xué)內(nèi)容陳舊，無法滿足和適應(yīng)現(xiàn)代化學(xué)工程產(chǎn)業(yè)的需求，不能緊跟時(shí)代的發(fā)展，更不能反應(yīng)化學(xué)工程產(chǎn)業(yè)的前沿動(dòng)態(tài)?；瘜W(xué)工程課程教學(xué)過分依賴教案，太注重課本知識的灌輸，內(nèi)容枯燥乏味，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和探索性，更無法開拓學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。

三、化學(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)方法

高等學(xué)校工科院系是培養(yǎng)工程師的搖籃，其要求具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和解決實(shí)際工程問題的能力?；瘜W(xué)反應(yīng)工程是實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)到工業(yè)化生產(chǎn)過程中的傳質(zhì)特點(diǎn)分析，其需要扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)、化工原理等基礎(chǔ)知識，也需要工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)例和應(yīng)用特點(diǎn)。因此，筆者經(jīng)過幾年的探索，在教學(xué)過程中采用了以下三種教學(xué)方法相結(jié)合，取得了較好的教學(xué)效果。

（一）理論教學(xué)

基礎(chǔ)理論是教學(xué)的重點(diǎn)，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，對于化學(xué)工程統(tǒng)招生而言，他們的高等數(shù)學(xué)、化工原理等基礎(chǔ)課功底較為扎實(shí)，平時(shí)又涉及多方面的相關(guān)學(xué)科知識，所以掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)理論相對容易一些。但教師若按照教材的內(nèi)容單純講解，致使學(xué)生不能完全掌握基礎(chǔ)理論，這就要求教師改變教學(xué)思路和教學(xué)方法。因此，在講授化學(xué)反應(yīng)工程時(shí)，液液反應(yīng)傳質(zhì)過程的機(jī)理、動(dòng)力學(xué)模型等是整個(gè)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在講授這些機(jī)理過程中，加入相關(guān)視頻和模型的講解，使得學(xué)生更加充分的掌握該該課程的理論知識和精髓。

（二）實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)體系的建立，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、工程設(shè)計(jì)能力、專業(yè)實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在講授化學(xué)反應(yīng)工程課程時(shí)，通過介紹化學(xué)提取稀有金屬的工業(yè)實(shí)例，充分了解液液反應(yīng)和液固反應(yīng)的大型化生產(chǎn)特性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，使得學(xué)生更好地理解和掌握化學(xué)反應(yīng)工程的理論基礎(chǔ)。比如，筆者舉例湖北通山騰達(dá)化學(xué)提釩的工藝特點(diǎn)，經(jīng)過視頻和照片等多方面渠道介紹液液萃取反應(yīng)和液固離子交換反應(yīng)的過程特點(diǎn)，說明實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)和工業(yè)化生產(chǎn)的區(qū)別，重視該擴(kuò)大生產(chǎn)過程中化學(xué)反應(yīng)工程起到的決定性作用，并通過動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的擬合，有利于學(xué)生掌握教材中的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型微積分公式推導(dǎo)和應(yīng)用。

（三）試驗(yàn)教學(xué)

試驗(yàn)教學(xué)可以啟發(fā)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和過程、并進(jìn)行思維分析，得出科學(xué)的結(jié)論。在試驗(yàn)過程中既生動(dòng)形象地傳授了知識，又讓學(xué)生掌握了專業(yè)技能。如：準(zhǔn)確稱取0.2332kmol·m-3的醋酸50mL和1.16kmol·m-3的50mL丁醇置于500mL的燒杯中。將混合溶液在常溫下，于磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌反應(yīng)8小時(shí)。反應(yīng)過程檢測和數(shù)據(jù)記錄：每反應(yīng)一小時(shí)，取出混合溶液2mL并測定其中的氫離子濃度，計(jì)算出醋酸的轉(zhuǎn)化率。將8小時(shí)內(nèi)的醋酸轉(zhuǎn)化率分列記錄完整以待分析。數(shù)據(jù)分析及擬合：將實(shí)驗(yàn)中得到的ti下的ci數(shù)據(jù)代入f（ci）函數(shù)中，得到各ti下的f（ci）數(shù)據(jù)。以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，f（ci）為縱坐標(biāo)，將t-f（ci）數(shù)據(jù)標(biāo)繪出來。如果得到過原點(diǎn)的直線，則表明所假設(shè)的動(dòng)力學(xué)方程是可取的（即假設(shè)的級數(shù)是正確的），其直線的斜率即為反應(yīng)速率常數(shù)k。否則重新假設(shè)另一動(dòng)力學(xué)方程，再重復(fù)上述步驟，直到得到直線為止。如果簡單級數(shù)反應(yīng)都假設(shè)完（通常是0級、一級和二級反應(yīng)）還得不到直線，說明這個(gè)反應(yīng)不是整數(shù)級的簡單級數(shù)反應(yīng)，不宜用積分法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)處理。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)工程的理論知識的全面理解和掌握。

（四）網(wǎng)站教學(xué)

化學(xué)反應(yīng)工程課程網(wǎng)站的設(shè)置應(yīng)以“教學(xué)服務(wù)”為宗旨，主要的使用者是老師和學(xué)生，界面設(shè)置應(yīng)簡潔，適用性高。在網(wǎng)絡(luò)課程構(gòu)建上應(yīng)以完成教學(xué)任務(wù)為目標(biāo)，根據(jù)知識點(diǎn)的特點(diǎn)與聯(lián)系，充分利用網(wǎng)站的多媒體資源，文字可以與圖形、圖表、動(dòng)畫、視頻等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)形式相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，往往對于工程實(shí)例介紹過于簡單與粗糙，學(xué)生對于知識難點(diǎn)就很難掌握吸收，課程網(wǎng)站的設(shè)置就可以做到優(yōu)勢互補(bǔ)，教師可以通過網(wǎng)站上傳一些學(xué)生感興趣的與知識點(diǎn)相結(jié)合又難于理解的實(shí)例，加強(qiáng)學(xué)生對于知識點(diǎn)的理解與接受。同時(shí)，課程網(wǎng)站還有及時(shí)性的特點(diǎn)，學(xué)生無論身處何地，都能通過電腦、手機(jī)等客戶端隨時(shí)隨地地學(xué)習(xí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的良好習(xí)慣。課程網(wǎng)站還可以搭建一個(gè)教師與學(xué)生互動(dòng)的簡易模式，學(xué)生可以通過網(wǎng)站與教師建立聯(lián)系，有利于學(xué)生提出疑點(diǎn)難點(diǎn)，教師可以及時(shí)了解學(xué)生對于專業(yè)課的掌握情況，適時(shí)解決存在的問題。教師利用網(wǎng)站教學(xué)，不僅可以建立優(yōu)質(zhì)、高效的課堂，還有助于自身理念的不斷更新，培養(yǎng)自身與時(shí)俱進(jìn)的精神，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，讓其在輕松的氛圍下完成了學(xué)習(xí)目標(biāo)。

四、結(jié)束語

近年來，筆者在化學(xué)反應(yīng)工程專業(yè)課教學(xué)過程中，通過不斷地總結(jié)和摸索，最終形成了化學(xué)反應(yīng)工程專業(yè)課的教學(xué)方法。課程的講授重視理和實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚，掌握基礎(chǔ)理論的能力加強(qiáng)。因此，采用上述教學(xué)方法進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)工程的課程講授是合理和成功的。

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