研究生課程《化工分離過(guò)程》教學(xué)方式探討與實(shí)踐

曾玉彬

摘要：化工分離過(guò)程是武漢大學(xué)能源動(dòng)力學(xué)科化學(xué)工程與工藝專業(yè)研究生的主干課程之一，其課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法直接影響研究生的教學(xué)質(zhì)量以及人才培養(yǎng)質(zhì)量。針對(duì)“化工分離過(guò)程”傳統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，本文結(jié)合武漢大學(xué)能源動(dòng)力學(xué)科化學(xué)工程與工藝專業(yè)研究生“化工分離過(guò)程”的教學(xué)方式及實(shí)踐進(jìn)行分析闡述，并對(duì)教學(xué)方式的改革進(jìn)行了探討與實(shí)踐。從教學(xué)內(nèi)容、講授方法、教材建設(shè)、輔助手段等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，取得了一定的效果和成績(jī)。

關(guān)鍵詞：研究生課程；化工分離過(guò)程；教學(xué)方式改革與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）20-0151-02

一、引言

《化工分離過(guò)程》是武漢大學(xué)能源動(dòng)力學(xué)科化學(xué)工程與工藝專業(yè)開設(shè)的研究生專業(yè)課程。該課程特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)、內(nèi)容廣泛，包括化工實(shí)際生產(chǎn)中多組分物系分離過(guò)程的原理、流程、計(jì)算、應(yīng)用以及相關(guān)領(lǐng)域的前沿研究。要求學(xué)生掌握各主要分離過(guò)程的基本原理、特性分析、操作特點(diǎn)、簡(jiǎn)捷和嚴(yán)格計(jì)算法、應(yīng)用以及研究進(jìn)展等。雖然學(xué)生在本科階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了《物理化學(xué)》、《化工原理》等基礎(chǔ)課程，但由于分離過(guò)程所涉及到的化學(xué)工程基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)較多，經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)內(nèi)容較多，而新的分離技術(shù)與分離裝置又不斷出現(xiàn)[1]，學(xué)生學(xué)習(xí)有一定難度，因此，如何組織好這門課的教學(xué)至關(guān)重要[2，3]。本文根據(jù)研究生課程《化工分離過(guò)程》教學(xué)的特點(diǎn)，對(duì)該課程教學(xué)存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合研究生課程教學(xué)實(shí)踐，深入研究教學(xué)方法，并提出了課程教學(xué)的改革方案。

二、課程現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.課程概況。本課程第一章為單級(jí)平衡過(guò)程，主要講述相平衡，多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算，閃蒸過(guò)程的計(jì)算。第二章為多組分多級(jí)分離過(guò)程分析與簡(jiǎn)捷計(jì)算，涉及設(shè)計(jì)變量，多組分精餾過(guò)程，萃取精餾和共沸精餾，吸收和蒸出過(guò)程流程，萃取過(guò)程。第三章為多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算，包括平衡級(jí)的理論模型、逐級(jí)計(jì)算法、三對(duì)角線矩陣法。第四章為分離設(shè)備的處理能力和效率，主要為氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率、萃取設(shè)備的處理能力和效率、傳質(zhì)設(shè)備的選擇。第五章為分離過(guò)程的節(jié)能，分離的最小功和熱力學(xué)效率，精餾的節(jié)能技術(shù)，分離順序的選擇。第六章為其他分離技術(shù)和分離過(guò)程的選擇，主要為膜分離技術(shù)、吸附分離、反應(yīng)精餾、分離過(guò)程的選擇。教材選擇為陳洪鈁、劉家祺編《化工分離過(guò)程》（化學(xué)工業(yè)出版社，2006年），參考教材選擇勒海波等編著《化工分離過(guò)程》（中國(guó)石化出版社，2008年），賈紹義、柴誠(chéng)敬主編《化工傳質(zhì)與分離過(guò)程》（化學(xué)工業(yè)出版社，2001年），以及蔣維鈞編著《新型傳質(zhì)分離技術(shù)》（化學(xué)工業(yè)出版社，2006年）。

2.教學(xué)面臨的主要問(wèn)題。（1）內(nèi)容多，學(xué)時(shí)少?！盎し蛛x過(guò)程”具有知識(shí)點(diǎn)多、復(fù)雜例題多、圖表公式多等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)以板書為主，重要內(nèi)容、公式推導(dǎo)以及例題講解都不便，教學(xué)效果不理想。同時(shí)隨著化工分離過(guò)程新技術(shù)的出現(xiàn)，要求研究生更加重視新知識(shí)、新理論，這些要求與較少的課程學(xué)時(shí)形成沖突[4]。（2）教學(xué)內(nèi)容落后。隨著學(xué)科和新技術(shù)的發(fā)展，化工分離過(guò)程理論也應(yīng)不斷完善。當(dāng)前課程教學(xué)內(nèi)容很多都已落后，而且對(duì)于本學(xué)科的前沿思想、理念、方法未得到重視。早期的教學(xué)大綱和教材不能滿足學(xué)生目前所學(xué)所用[3]。（3）教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制不完善?？己嗽u(píng)價(jià)單一且不完善，傳統(tǒng)的考核方式通常以單一的期末閉卷考試為主，教學(xué)效果和學(xué)生對(duì)課程的掌握程度主要通過(guò)期末理論考試成績(jī)來(lái)評(píng)價(jià)。這種單一評(píng)價(jià)學(xué)生成績(jī)的考核方式不適應(yīng)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》的要求，也不利于學(xué)生的全面綜合發(fā)展。（4）教學(xué)方法單一?；し蛛x過(guò)程的原理和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，依靠傳統(tǒng)教學(xué)方式獲得的信息很抽象，學(xué)生難以理解，而且教學(xué)方式過(guò)于單一，學(xué)生較難理解工作原理。當(dāng)前已經(jīng)跨入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，但專業(yè)課的教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，仍然停留在教師講授、學(xué)生習(xí)題的狀態(tài)。學(xué)生的創(chuàng)造性和積極性難以被激發(fā)出來(lái)，導(dǎo)致教學(xué)效果欠缺。

三、教學(xué)方法改革與實(shí)踐

1.優(yōu)化并整合教學(xué)內(nèi)容。合理安排教學(xué)內(nèi)容，在有限的學(xué)時(shí)數(shù)下，盡量保持教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性?；し蛛x過(guò)程僅有36個(gè)學(xué)時(shí)，如何選擇教學(xué)重點(diǎn)以及教學(xué)方法，對(duì)提高本課程的教學(xué)效果十分重要。目前現(xiàn)有課程內(nèi)容設(shè)置與化工原理、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)等課程具有一定的重復(fù)性。通過(guò)認(rèn)真比較，教師對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化與整合。

我們采用的主教材為陳洪鈁、劉家祺編《化工分離過(guò)程》，由于本專業(yè)研究生本科期間未修《化工熱力學(xué)》，故將第二章作為講述重點(diǎn)。此外，增加新型化工分離技術(shù)，將超離子液體、膜分離、雙水相技術(shù)等典型工程案例引入教學(xué)中，使課堂教學(xué)更具有現(xiàn)實(shí)性和新意。減少與化工原理內(nèi)容的重復(fù)，對(duì)化工原理教材中已涉及到的內(nèi)容如雙組分精餾、吸附和結(jié)晶等安排自學(xué)，重點(diǎn)講解多組分體系的工程計(jì)算，將有關(guān)基礎(chǔ)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用在藕合與集成過(guò)程設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生利用化工單元操作的基本原理解決實(shí)際復(fù)雜體系分離問(wèn)題的能力。由于每章授課時(shí)間只有3～4學(xué)時(shí)，我們將課程重點(diǎn)放在分離技術(shù)合理選擇、分離過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)上；且根據(jù)具體產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，結(jié)合化工原理、反應(yīng)工程、化工熱力學(xué)，從工程、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等角度出發(fā)，講授專業(yè)知識(shí)。

2.多元化教學(xué)方式相結(jié)合。化工分離過(guò)程涉及大量單元過(guò)程及分離設(shè)備，需要較多的圖表表述，傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，圖形的表述形式和內(nèi)容受到局限。因此通過(guò)多媒體課件、板書及視頻相結(jié)合改進(jìn)教學(xué)效果。

一方面，采用多媒體教學(xué)可充分利用電子課件、動(dòng)畫、視頻等將其知識(shí)直觀表述，為學(xué)生提供真實(shí)的情景教學(xué)環(huán)境，把化工分離過(guò)程中復(fù)雜內(nèi)容簡(jiǎn)單化，抽象內(nèi)容具體化，枯燥內(nèi)容形象化，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)效率和效果[2]。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源如動(dòng)畫和錄像，改善了教學(xué)媒體的表現(xiàn)力和交互性，促進(jìn)了課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)過(guò)程的全面優(yōu)化，從而提高了教學(xué)效果[1]。例如講解甲醇生產(chǎn)裝置工藝設(shè)計(jì)等。另一方面，傳統(tǒng)板書在教學(xué)中也起著至關(guān)重要的作用。公式推導(dǎo)、邏輯計(jì)算與微觀原理的分析，需要板書與PPT結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生的思維。此外，在教學(xué)過(guò)程中還采用了對(duì)比式教學(xué)方法，例如，雙組分精餾和多組分精餾，簡(jiǎn)捷計(jì)算法和嚴(yán)格計(jì)算法，共沸精餾和萃取精餾，操作型計(jì)算和設(shè)計(jì)型計(jì)算等。

3.課堂討論教學(xué)。研究生課程的教學(xué)應(yīng)更加深入地采用師生互動(dòng)的方式而非傳統(tǒng)的本科生課程教學(xué)方式。討論課的一種方式是當(dāng)講授到課程的重難點(diǎn)時(shí)，加入討論環(huán)節(jié)，把重要問(wèn)題提出來(lái)，先讓學(xué)生分組討論，然后教師再針對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致講解。這樣可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，也加強(qiáng)了學(xué)生知識(shí)體系的完整性。例如在講多組分精餾時(shí)，教師在介紹完兩個(gè)極限條件及進(jìn)料位置的選取后，讓學(xué)生討論簡(jiǎn)捷計(jì)算方法的步驟和應(yīng)用，并與二組分精餾進(jìn)行對(duì)比分析。另一種方式是教師根據(jù)每章主要內(nèi)容，列出討論選題提前發(fā)給學(xué)生。本課程的討論課設(shè)置了不同專題，例如超臨界流體萃取、反膠團(tuán)萃取及雙水相萃取，液膜分離技術(shù)，特殊精餾過(guò)程分析，新型吸附技術(shù)、新型膜分離等。每人自選一題，要求學(xué)生查閱國(guó)內(nèi)外最新文獻(xiàn)并制作PPT。每人陳述20分鐘，其他同學(xué)和教師對(duì)其論題進(jìn)行提問(wèn)，由該同學(xué)負(fù)責(zé)回答。討論結(jié)束后，教師評(píng)價(jià)該同學(xué)的陳述情況，并提出建議。教師從學(xué)生的講述中可基本了解其掌握知識(shí)的程度，查閱資料的多少，其他學(xué)生通過(guò)該生的陳述，也擴(kuò)展了知識(shí)面。通過(guò)開展討論式課堂教學(xué)，極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，取得了很好的效果。

4.課堂教學(xué)與課題研究相結(jié)合。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。武漢大學(xué)能源動(dòng)力學(xué)科化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)是由電廠化學(xué)專業(yè)發(fā)展而來(lái)的，主要培養(yǎng)面向電力能源行業(yè)尤其在電力生產(chǎn)用水處理方面的從業(yè)人員，因此在教學(xué)過(guò)程中如何提高研究生解決問(wèn)題的能力顯得尤為重要。在加強(qiáng)學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，教學(xué)中要求研究生對(duì)學(xué)科前沿加以關(guān)注，根據(jù)導(dǎo)師的研究方向，了解化工分離過(guò)程在該研究方向上的發(fā)展及應(yīng)用近況，撰寫文獻(xiàn)綜述，同時(shí)通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，獲取化工分離過(guò)程最前沿的知識(shí)，不斷提高理論水平。

5.改革考核評(píng)價(jià)方法。建立多元化、規(guī)范化的研究生專業(yè)課程評(píng)價(jià)體系。本課程有針對(duì)性地改革了考核方式，重點(diǎn)考察研究生掌握知識(shí)的能力，如：采用開卷考試、專題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(wèn)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(guò)考核力求提高研究生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，激勵(lì)學(xué)生重視和積極參與學(xué)習(xí)的全過(guò)程，把能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授和素質(zhì)教育融為一體。本課程將考核進(jìn)行細(xì)化，分成以下四部分：期末開卷筆試成績(jī)占40%，專題匯報(bào)占25%，課程論文占25%，平時(shí)表現(xiàn)10%。

四、結(jié)語(yǔ)

工科研究生專業(yè)課程的教學(xué)目的在于學(xué)以致用，需要通過(guò)有效的教學(xué)環(huán)節(jié)保證學(xué)生掌握必要的課程知識(shí)要點(diǎn)，并學(xué)會(huì)將之運(yùn)用于分析解決實(shí)際問(wèn)題。本文作者經(jīng)過(guò)近幾年對(duì)研究生課程《化工分離過(guò)程》教學(xué)方式的探索與實(shí)踐，通過(guò)優(yōu)化整合課程內(nèi)容，采取多元化教學(xué)方式，能夠有效改善傳統(tǒng)教學(xué)方法上存在的諸多問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，從而提高課程的教學(xué)效果，并且能使學(xué)生在其他方面得到提高，全面提升專業(yè)素養(yǎng)。

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