化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)方法的探討

張　萍，辛志玲

(上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海　200090)

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化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)方法的探討

張萍，辛志玲

(上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海200090)

根據(jù)本校工業(yè)背景和學(xué)生的特點(diǎn)，在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)中抓住教材主線(xiàn)，突出教學(xué)重點(diǎn)，由淺入深，使學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)理論。采用課堂教學(xué)與課堂討論相結(jié)合，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，將學(xué)過(guò)的知識(shí)融會(huì)貫通。通過(guò)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和研究人員的專(zhuān)題講座，提高學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程課程的學(xué)習(xí)興趣?；A(chǔ)理論與工業(yè)實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生工程概念和綜合素質(zhì)。

化學(xué)反應(yīng)工程；物料衡算；工程概念

上海電力學(xué)院原系部屬院校，原化學(xué)專(zhuān)業(yè)主要是為電力系統(tǒng)水處理專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)工程技術(shù)人員。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，學(xué)院在原水處理專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)上衍生出以能源化工為背景的化學(xué)反應(yīng)工程與工藝專(zhuān)業(yè)。

化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課程，涉及前期學(xué)生學(xué)過(guò)的課程有高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)和化工傳遞過(guò)程，是一門(mén)綜合性強(qiáng)、涉及面廣、數(shù)學(xué)要求高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)課程[1]?；瘜W(xué)反應(yīng)工程在工業(yè)規(guī)?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，特別是工業(yè)反應(yīng)裝置的選型、反應(yīng)器尺寸的確定及反應(yīng)操作的最優(yōu)控制方面起著重要的作用[2]，該課程涉及大量數(shù)學(xué)模型的建立及理論推導(dǎo)，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠靈活應(yīng)用基礎(chǔ)理論，優(yōu)化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，優(yōu)化控制反應(yīng)過(guò)程參數(shù)。

如何使學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)理論和計(jì)算方法，理論聯(lián)系實(shí)際，具備工程概念，能夠靈活地應(yīng)用基本理論分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，是講授這門(mén)課程所面臨的難點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，我們采取了以下措施提高學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程課程的興趣和學(xué)習(xí)的積極性，以達(dá)到教學(xué)的目的。

1　厘清教學(xué)主線(xiàn)，理論由淺入深

目前市場(chǎng)上有幾十種《化學(xué)反應(yīng)工程》教材，根據(jù)我院學(xué)生的實(shí)際情況，我們選用了由張濂等主編的《化學(xué)反應(yīng)工程原理》。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在講課中我們緊緊抓住前期物理化學(xué)、化工原理和化工傳遞過(guò)程課程中學(xué)過(guò)的物料衡算和能量衡算的基本概念，講解理想反應(yīng)器時(shí)緊扣反應(yīng)速率方程式、不同反應(yīng)的濃度分布、理想反應(yīng)器類(lèi)型的基本概念及圖解方法；介紹非理想反應(yīng)器時(shí)注重講解非理想產(chǎn)生的原因，從衡量非理想程度的方法角度出發(fā)，說(shuō)明多釜串聯(lián)模型和擴(kuò)散模型。在講課中，我們從物理化學(xué)中的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)講起，引入到復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的表達(dá)式。在講授反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，先復(fù)習(xí)前期化工原理和化工傳遞過(guò)程課程中學(xué)過(guò)的定態(tài)、非定態(tài)物料衡算方程式和熱量衡算方程式，講解有反應(yīng)時(shí)的物料衡算只是在原有的物料衡算方程中加了反應(yīng)的量，再推倒到間歇反應(yīng)器和連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程和各種反應(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，這樣講解使學(xué)生較容易理解和掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基本分析方法。在教學(xué)中，我們注意由淺入深、循序漸進(jìn)，注意突出重點(diǎn)、難點(diǎn)，抓住共同特點(diǎn)，深入講解典型內(nèi)容。

2　融會(huì)貫通，提高分析問(wèn)題能力

化學(xué)反應(yīng)工程涉及到的數(shù)學(xué)知識(shí)有初等數(shù)學(xué)、微積分和常微分方程，還需要概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)。為了使學(xué)生能熟練、靈活地應(yīng)用這些數(shù)學(xué)知識(shí)，我們?cè)诮虒W(xué)中將抽象的數(shù)學(xué)方法予以具體的內(nèi)容表達(dá)(如根據(jù)物料衡算求得的反應(yīng)器體積計(jì)算公式，就是高等數(shù)學(xué)中的面積積分公式)，在講解時(shí)應(yīng)用圖形說(shuō)明積分公式，使學(xué)生容易理解。在每堂課前復(fù)習(xí)上次課程講過(guò)的內(nèi)容，著重強(qiáng)調(diào)其中的基本概念，起到承上啟下的作用。授課中反復(fù)強(qiáng)調(diào)物料衡算在不同反應(yīng)器中應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程基本原理的理解[3]。

由于學(xué)時(shí)的限制，學(xué)生只學(xué)習(xí)了典型反應(yīng)器的基本理論及應(yīng)用。我們?cè)谥v課中注重講解反應(yīng)工程中不同反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間圖形的計(jì)算，詳細(xì)說(shuō)明高等數(shù)學(xué)中的面積計(jì)算在工程中的具體應(yīng)用。為了提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，我們將循環(huán)反應(yīng)器章節(jié)作為自學(xué)內(nèi)容，由學(xué)生自己應(yīng)用物料衡算的基本原理，推導(dǎo)設(shè)計(jì)方程式，然后予以點(diǎn)評(píng)。這樣充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，舉一反三，從而牢固掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基本理論和分析問(wèn)題的方法。

3　教學(xué)與講座相結(jié)合，培養(yǎng)工程概念

教學(xué)中很重要的環(huán)節(jié)是學(xué)生創(chuàng)新能力和工程分析能力的培養(yǎng)。我校是一所原隸屬于能源部并有著發(fā)電工業(yè)背景的工科學(xué)校，學(xué)校的教學(xué)目標(biāo)主要是培養(yǎng)工程技術(shù)人員，因此在教學(xué)過(guò)程中必須注意提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力和實(shí)踐操作技能。在教學(xué)過(guò)程中，為了加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐概念、充分了解化學(xué)反應(yīng)工程理論在工程中的作用，教學(xué)中在講解了化學(xué)反應(yīng)工程基本概念后，專(zhuān)門(mén)聘請(qǐng)具有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的工程師和科研技術(shù)人員開(kāi)辦講座，由他們介紹在實(shí)際工作中如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)工程的基本概念去解決生產(chǎn)和科研中的實(shí)際問(wèn)題，如何靈活地將反應(yīng)工程知識(shí)應(yīng)用到化工開(kāi)發(fā)研究中，如：間二甲苯氧化制間笨二甲酸擴(kuò)產(chǎn)改造中的反應(yīng)器標(biāo)定；環(huán)境工程廢水處理中如何測(cè)定反應(yīng)速率，根據(jù)反應(yīng)特性進(jìn)行反應(yīng)器的優(yōu)化組合；電廠(chǎng)水處理中樹(shù)脂交換設(shè)備的操作參數(shù)控制；等等。

通過(guò)講座使學(xué)生對(duì)反應(yīng)工程基本理論有了進(jìn)一步的理解，同時(shí)加深了解了化學(xué)反應(yīng)工程在工業(yè)開(kāi)發(fā)和優(yōu)化中的作用，以及化學(xué)反應(yīng)工程中的實(shí)際應(yīng)用。在加強(qiáng)學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，注意強(qiáng)化科研實(shí)踐與課堂教學(xué)的結(jié)合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4　教學(xué)與課堂討論相結(jié)合，掌握應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)

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?jī)?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(wèn)題，是化工反應(yīng)工程教學(xué)的一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。在教學(xué)中，我們將第七章的部分內(nèi)容進(jìn)行課堂討論。通過(guò)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)[4-5]。在課堂教學(xué)課程安排中，我們有目的地安排組織課堂討論課，如對(duì)課本中一些結(jié)論進(jìn)行討論和論證，每組4～5人，目的是通過(guò)討論理解其基本原理和方法，掌握課本上的基本知識(shí)，熟悉反應(yīng)工程分析問(wèn)題的方法和原則。或提出與化學(xué)反應(yīng)工程有關(guān)的問(wèn)題由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行專(zhuān)題討論，與所學(xué)的知識(shí)有機(jī)結(jié)合，提出克服工程上傳遞和流動(dòng)等物理因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)影響的實(shí)驗(yàn)方案，從反應(yīng)器類(lèi)型、操作方式和操作條件出發(fā)，使學(xué)生了解反應(yīng)器內(nèi)傳遞過(guò)程中影響化學(xué)反應(yīng)的各種因素，學(xué)會(huì)應(yīng)用學(xué)過(guò)的知識(shí)測(cè)定反應(yīng)器的操作參數(shù)實(shí)驗(yàn)，以及與傳遞過(guò)程規(guī)律相結(jié)合，解決反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化和控制等問(wèn)題。在討論課上，其他小組的成員可以提問(wèn)，由該組的成員作出回答。為了上臺(tái)講好課,課前小組成員要充分討論，翻閱一定量的書(shū)籍。通過(guò)學(xué)習(xí)和研討，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(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)。這樣不僅讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析問(wèn)題，更讓他們學(xué)會(huì)對(duì)所研究的問(wèn)題進(jìn)行綜合歸納和比較，懂得如何發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，并尋求解決問(wèn)題的途徑。通過(guò)開(kāi)展討論式課堂教學(xué)，大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性[6]。

5　結(jié)　語(yǔ)

化學(xué)反應(yīng)工程課程有大量理論模型的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和工程實(shí)踐方面的問(wèn)題，通過(guò)課堂教學(xué)、課堂討論和專(zhuān)題講座使學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)理論，培養(yǎng)學(xué)生能熟練運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題的能力，通過(guò)以上的教學(xué)探索，我們獲得了有益的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，收到了較好的教學(xué)效果。

[1]許志美,周興貴，鄒瀅，等.化學(xué)反應(yīng)工程課程建設(shè)與教學(xué)改革[J].化工高等教育，2006，87(1):257-258.

[2]張濂,許志美,袁向前.化學(xué)反應(yīng)工程原理[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2007:1-2.

[3]劉其海,周新華,尹國(guó)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.

[4]張桂和.研究生生物化學(xué)課堂討論式教學(xué)方法探討[J].生物學(xué)雜志,2008,25(3):65-67.

[5]李顥,鄭延成,尹先清,等.化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)改革初探[J].廣州化工,2014,42(3):140-141.

[6]張萍,辛志玲,周振.研究生“高等化學(xué)反應(yīng)工程”課堂教學(xué)方法探討[J].中國(guó)電力教育,2014,34(9):63-64.

Preliminary Exploration on Teaching of Chemical Reaction Engineering

ZHANG Ping,XIN Zhi-lin

(College of Environmental and Chemical Engineering,Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090,China)

According to the university’s industrial background and the students’ characteristics,to clarify in main line of chemical reaction engineering course,highlight the keypoints,teach from the easy to the difficult and complicated,students were enabled to master the basic theory of chemical reaction engineering.Combination of classroom teaching and discussion can strengthen train students’ ability to analyze and solve problems.Through professional lecture by the technical person and researcher,students’ interest was improved in learning of chemical reaction engineering courses.Base on integrating theory with practice,engineering concept can be developed,students’ learning interests and comprehensive abilities can be improved.

chemical reaction engineering;material balance;engineering concept

張萍(1960-)，女，副教授，主要從凈水與污水處理研究。

G642.1

A

1001-9677(2016)04-0198-02