化工原理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的探索

紀(jì)海明 張斌 呂宜春

（1.齊魯石化培訓(xùn)中心，山東 淄博 255400；2.山東化工職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261100）

化工原理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的探索

紀(jì)海明1張斌1呂宜春2

（1.齊魯石化培訓(xùn)中心，山東 淄博 255400；2.山東化工職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261100）

化工原理作為化工類專業(yè)必學(xué)的一門專業(yè)課程，其運(yùn)用范圍極為廣泛，對(duì)學(xué)生今后的工作科研具有重要意義。因此本文將主要探討長(zhǎng)久以來的化工原理這門課程中主要涉及的就是教學(xué)原理、教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及設(shè)計(jì)類的知識(shí)的具體實(shí)行辦法等，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，進(jìn)而提升教師的教學(xué)水平。

化工原理；教學(xué)改革；實(shí)踐與創(chuàng)新

化工原理也是被稱為單元操作，是一種化學(xué)類學(xué)生必須學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要內(nèi)容是去研究各個(gè)操作單元的基本原理、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)以及設(shè)備的選擇等，適用于后期的工藝設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作[1]?；ぴ硎菍⒏叩葦?shù)學(xué)、物理和化學(xué)、力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的綜合科目結(jié)合在一起，用于分析和解決各類化工生產(chǎn)過程中的科學(xué)問題的課程，化工原理這門課程是工程科學(xué)和工程技術(shù)結(jié)合的一門學(xué)科。

化工原理是將數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)融合在一起，用于化工以及相關(guān)專業(yè)的技術(shù)學(xué)科，分析和解決化工生產(chǎn)中各種物理過程問題的工程基礎(chǔ)學(xué)科?；ぴ淼恼n程內(nèi)容適用于化工生產(chǎn)中的物理性加工過程，研究不同加工過程中的操作環(huán)節(jié)，這其中包括蒸發(fā)、吸收、萃取、干燥、結(jié)晶以及膜分離技術(shù)等，并在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)設(shè)備的計(jì)算原理來調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)備樣式。化工原理研究方法有兩類，即數(shù)學(xué)模型法和在理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究法。化工原理教學(xué)環(huán)節(jié)包括課程認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要是在教學(xué)過程中先學(xué)習(xí)理論知識(shí)，尤其是多方面學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用，在計(jì)算過程中對(duì)工程的定量分析、定性分析和具體的設(shè)備使用，將理論知識(shí)和操作知識(shí)相互結(jié)合，在實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中按照相應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)要求和工程設(shè)備的設(shè)計(jì)原理。具體要求是：（1）根據(jù)化工生產(chǎn)的全部過程以及設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，重視定量和定性的分析，培養(yǎng)和提升學(xué)生解決和設(shè)計(jì)問題的能力；（2）提高實(shí)驗(yàn)操作能力，培養(yǎng)文獻(xiàn)查閱和初步工程設(shè)計(jì)能力；（3）熟悉操作原理、操作方法和參數(shù)調(diào)節(jié)方法，了解優(yōu)化生產(chǎn)過程的方法，具備分析和解決操作中所出現(xiàn)問題的基本能力；（4）從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，具備過程與設(shè)備優(yōu)化的基本能力。

化工原理課程的主要特點(diǎn)是：（1）知識(shí)覆蓋全、內(nèi)容多且理論強(qiáng)度大；（2）工程運(yùn)用多、計(jì)算量大、與實(shí)際工程多有接觸；（3）設(shè)計(jì)的設(shè)備種類多、工程多數(shù)較為復(fù)雜。因此化工原理的課程教學(xué)是在幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)的過程中，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的運(yùn)用，進(jìn)而強(qiáng)化工程教學(xué)觀點(diǎn)和思維創(chuàng)新等。

1 理論學(xué)習(xí)方式

在培養(yǎng)學(xué)生的過程中明確了解創(chuàng)造才能是一種綜合性、全面的工程，要通過化學(xué)實(shí)踐活動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)造才能，需要通過橫向和縱向兩個(gè)方面來分析問題和解決問題，遵循學(xué)生的綜合能力，制定有效的理論教學(xué)方式。

(1)精講精煉，突出重點(diǎn)。針對(duì)化工原理這門課，首先由于現(xiàn)在本科教學(xué)課時(shí)縮減政策導(dǎo)致原本課程內(nèi)容較多的化工原理的學(xué)時(shí)也隨著減少，因此如何在有限的教學(xué)時(shí)間中將課時(shí)充分利用并將知識(shí)傳授給學(xué)生，所以制定一個(gè)合理的教學(xué)規(guī)劃成為教學(xué)的主要依據(jù)，也是教師應(yīng)當(dāng)掌握的主要教學(xué)技巧。根據(jù)講解的基本知識(shí)，主要突出每堂課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，著重設(shè)計(jì)和安排教學(xué)內(nèi)容，此外還與要做到主線明確，課程的重點(diǎn)內(nèi)容突出，讓每一位學(xué)生做到真正的理解知識(shí)，這樣可以引導(dǎo)學(xué)生朝著由易到難的方向去思考。為避免滿堂灌，安排每一章的習(xí)題課，同時(shí)穿插安排相應(yīng)的理論教學(xué)課上，給學(xué)生留一定的練習(xí)時(shí)間，真正做到精講勤練，并且積極地以引導(dǎo)學(xué)生思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、進(jìn)而解決問題。

化工原理課中的各單元需要化工過程的基本研究方法、經(jīng)典的工程單元過程的原理、及設(shè)計(jì)工藝中的計(jì)算以及相關(guān)的工藝過程中的設(shè)備的工藝計(jì)算是化工原理課程的基本內(nèi)容，這些內(nèi)容是化工類及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的基本技能，因此必須作為課程的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講授，同時(shí)力求學(xué)生能夠通過課程學(xué)習(xí)形成比較系統(tǒng)的化學(xué)工程問題的研究方法體系，學(xué)生應(yīng)該對(duì)典型的單元過程原理做到融會(huì)貫通，深刻理解，并能夠熟練地進(jìn)行典型單元的過程設(shè)計(jì)和設(shè)備工藝設(shè)計(jì)。化工原理這門課的難點(diǎn)如何很好的將基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程進(jìn)行調(diào)整，將數(shù)學(xué)、物理的邏輯知識(shí)轉(zhuǎn)化到工程設(shè)計(jì)中，幫助學(xué)生了解工藝技術(shù)和機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)化工知識(shí)的認(rèn)識(shí)和相應(yīng)的化工原理課程知識(shí)的認(rèn)識(shí)，真正的將化工原理知識(shí)運(yùn)用到化工工藝中。

(2)結(jié)合實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生興趣。興趣是最好的老師，可以直接激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)探求知識(shí)，鼓勵(lì)就是最好方法，不僅僅可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的創(chuàng)造能力，同時(shí)還能夠激發(fā)學(xué)習(xí)中的創(chuàng)新能力。因此在化工原理這門課程的教學(xué)過程中，涉及與課程有關(guān)的實(shí)際問題的時(shí)候，教師首先應(yīng)考慮學(xué)生對(duì)相關(guān)問題的感受，看學(xué)生是否已感覺到事物的特點(diǎn)，引出要課程的新知識(shí)點(diǎn)或單元操作時(shí)，往往會(huì)很快激起學(xué)生的興趣，促使其主動(dòng)去思考問題，這樣也就突出了化工原理工程實(shí)踐性的特點(diǎn)。也許學(xué)生會(huì)感覺到工藝設(shè)計(jì)中的問題，并且可以深刻地感覺到它，即經(jīng)驗(yàn)只能解決現(xiàn)象問題，理論才能解決本質(zhì)問題。為了激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，我們補(bǔ)充了許多與生產(chǎn)實(shí)際密切聯(lián)系又與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的日常生活中的常見現(xiàn)象來引導(dǎo)學(xué)生積極思考。例如在講授化工原理的雷諾數(shù)時(shí)，可以根據(jù)日常生活現(xiàn)象來引發(fā)學(xué)生的興趣，這樣不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、思考能力和求知欲，因?yàn)榭茖W(xué)問題來自于生活，所以通過實(shí)例是最好解決問題的途徑。

(3)精心制作課件，多媒體輔助課堂。對(duì)于主要學(xué)習(xí)化學(xué)工程或者化學(xué)類的學(xué)生而言，由于對(duì)化工過程和設(shè)備缺乏感性認(rèn)識(shí)，所以不易理解工程機(jī)理和復(fù)雜設(shè)備的結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，往往是教師花費(fèi)很大的精力和時(shí)間畫圖講解，學(xué)生卻仍然不能完全理解課本知識(shí)，如果采用多媒體技術(shù)輔助教學(xué)，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)抽象化工設(shè)備和化工過程的理解同時(shí)還可以留有深刻印象。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)課教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握能力，但是在專業(yè)基礎(chǔ)中老師首先要有創(chuàng)新意識(shí)，其次是培養(yǎng)學(xué)生在掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上形成創(chuàng)新。盡管化工原理已形成了一套完整嚴(yán)密的理論體系，但是其中的多個(gè)單元操作設(shè)備隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷更換，所以在這個(gè)技術(shù)快速發(fā)展的年代，需要根據(jù)多媒體和網(wǎng)絡(luò)及時(shí)更新教學(xué)可見，我們需要充分發(fā)揮多媒體的優(yōu)勢(shì)，將課堂教學(xué)引入到全新的境界。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

化工原理的主要課程內(nèi)容就是在工業(yè)規(guī)模條件下去研究物料平衡關(guān)系，在工業(yè)過程中研究其中的物理和化學(xué)變化，并將其運(yùn)用到裝置的設(shè)計(jì)過程和操作過程當(dāng)中。在化學(xué)工程學(xué)是從二十世紀(jì)初左右開始，在單元操作環(huán)節(jié)下根據(jù)物理化學(xué)的基本原理以及定量計(jì)算過程，將化學(xué)工程作為一種獨(dú)立的工程學(xué)科。在化學(xué)工程的發(fā)展階段中，首次提出“三傳一反”是在二十世紀(jì)六十年代左右，并最后形成單元操作、傳遞過程和反應(yīng)過程以及控制完整的體系。在化工原理中，傳熱和流體流動(dòng)以及傳質(zhì)分離的重點(diǎn)，在化工、石油等工科類的專業(yè)中化工原理是必要的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，尤其是內(nèi)容涉及的流體力學(xué)、傳質(zhì)原理、固體顆粒物的基礎(chǔ)以及機(jī)械分離等，每一個(gè)工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的基礎(chǔ)力學(xué)在里面，因此運(yùn)用好化工原理可以更好的幫助工廠解決工藝設(shè)計(jì)方案。

(1)計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力。這是因?yàn)榛ぴ硎腔I(yè)必須上的一門專業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程，因此教師在教授這門課程的主要任務(wù)就是幫助學(xué)生加深對(duì)化工基礎(chǔ)知識(shí)的深刻理解，并培養(yǎng)學(xué)通過實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生解決實(shí)際問題的能力，并同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)現(xiàn)象觀察和分析問題，提高處理數(shù)據(jù)的能力和實(shí)驗(yàn)的分析能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立處理問題的能力?？紤]到學(xué)生可能對(duì)工程類問題并不能很好的解決，尤其是在實(shí)驗(yàn)裝置的使用上存在更多的不熟悉，因此需要加強(qiáng)課程實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生需要對(duì)學(xué)生加強(qiáng)教學(xué)講解，避免后期在實(shí)際操作中中出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)進(jìn)程減慢，避免發(fā)生實(shí)驗(yàn)室事故?？紤]到工程類問題的考察點(diǎn)較多，我們將化工原理計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)作為幫助學(xué)生熟悉和掌握化工實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，在其中的“化工原理三維實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)”主要是利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)在顯示器上創(chuàng)建了一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)裝置環(huán)境，借助電腦輸入設(shè)備來表達(dá)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的操作過程，借助于實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算能力來模擬實(shí)驗(yàn)裝置各參數(shù)在操作過程中的變化。仿真實(shí)驗(yàn)配備錯(cuò)誤記錄功能，能夠及時(shí)提醒學(xué)生操作環(huán)節(jié)中是否有誤，后期還配備了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)判斷思考題，繼續(xù)鞏固和考查學(xué)生對(duì)基本知識(shí)基本實(shí)驗(yàn)操作能力的掌握程度。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的反復(fù)模擬操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程獲得直接的體驗(yàn)，掌握要領(lǐng)并增加興趣，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟和操作程序留下印象，提高自我的實(shí)驗(yàn)操作能力，提高今后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作能力，降低錯(cuò)誤率，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，減少耗材成本。仿真實(shí)驗(yàn)已成為目前化工原理實(shí)驗(yàn)不可缺少的教學(xué)手

(2)改善教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)。新的技術(shù)不斷引入實(shí)驗(yàn)室，所以學(xué)校在開展化工原理的課程的時(shí)候需要針對(duì)已有的教學(xué)設(shè)備進(jìn)行篩選和更新，優(yōu)化教學(xué)方案，滿足化工原理實(shí)驗(yàn)課程的各個(gè)需求、選修和演示部分的操作，確保實(shí)驗(yàn)器材數(shù)目，提升實(shí)驗(yàn)的綜合性能和穩(wěn)定性，強(qiáng)化專業(yè)技能。為了提供給學(xué)生自主探索的環(huán)境和條件，鼓勵(lì)學(xué)生積極尋求新的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)校應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生之間多學(xué)科的交流。

3 課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法

考慮到化工原理是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，涉及的專業(yè)內(nèi)容多、學(xué)科復(fù)雜，包括圖標(biāo)、機(jī)械制造以及化工設(shè)備等知識(shí)的應(yīng)用。因此要求學(xué)生在根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求，通過詳細(xì)閱讀和篩選各種相關(guān)資料，應(yīng)用學(xué)過的化工原理的專業(yè)知識(shí)，對(duì)指定的產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，確定工藝流程、工藝條件和生產(chǎn)設(shè)備，反復(fù)推敲，最后寫出設(shè)計(jì)說明書，對(duì)工藝進(jìn)行分析論證。結(jié)合相應(yīng)的指南和手冊(cè)說明其在技術(shù)上和理論上的依據(jù)和可行性。最終實(shí)現(xiàn)化工原理課程設(shè)計(jì)的課程目的，即培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手和實(shí)踐的能力，又提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。

(1)觀看相關(guān)教學(xué)視頻，明確設(shè)計(jì)任務(wù)。學(xué)生首先應(yīng)當(dāng)明確自己的設(shè)計(jì)任務(wù)，了解任務(wù)的相關(guān)背景知識(shí)以及工藝運(yùn)用途徑，根據(jù)以往的教學(xué)視頻，了解實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題和狀況，提前制定參考文獻(xiàn)和書籍的種類和書名，腦中需要留有整個(gè)設(shè)計(jì)的大概思路，深入了解自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。

(2)確定設(shè)計(jì)參數(shù)，深刻理解操作類型?；ぴ淼脑O(shè)計(jì)方案中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是物料平衡、理論塔板數(shù)和塔高的設(shè)計(jì)，所以在授課的過程中，教師需要提前確保學(xué)生對(duì)這些參數(shù)信息的掌握程度，并向?qū)W生強(qiáng)調(diào)這方面內(nèi)容的注意事項(xiàng)。此外在設(shè)計(jì)參數(shù)的時(shí)候，需要給學(xué)生不同的參數(shù)計(jì)算值，不能一樣，這樣可以避免學(xué)生之間的相互抄襲或者設(shè)計(jì)方案一樣的問題，也可以達(dá)到教學(xué)目的和驗(yàn)收目的。

4 結(jié)語

在進(jìn)行化工原理的教學(xué)過程中，為了培養(yǎng)更好的教學(xué)人才，首先應(yīng)當(dāng)明白化工原理是一種化學(xué)類學(xué)生必須學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要內(nèi)容是去研究各個(gè)操作單元的基本原理、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)以及設(shè)備的選擇等，適用于后期的工藝設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作，也是集結(jié)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科在一起的化工類主干學(xué)科，分析和解決化工生產(chǎn)中各種物理過程問題的工程基礎(chǔ)學(xué)科。其主要教學(xué)內(nèi)容就是把化工單元的操作作為主要研究目標(biāo)，研究流體過程和物質(zhì)的分離過程、化學(xué)狀態(tài)對(duì)儀器設(shè)備的影響，尤其是均相以及非均相過程的研究，探究流體、傳熱知識(shí)在化工工藝中的具體操作環(huán)節(jié)，結(jié)合蒸汽、吸收、傳熱等知識(shí)，并綜合高等數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)、力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的綜合科目的基礎(chǔ)上，分析并解決各類化工生產(chǎn)過程中的科學(xué)問題的一種課程，是工程科學(xué)和工程技術(shù)結(jié)合的一門學(xué)科。

因此為了更好的幫助學(xué)生掌握化工原理中的精髓，教師在上課時(shí)需要考慮如何在有限的教學(xué)時(shí)間中將課時(shí)充分利用并將知識(shí)傳授給學(xué)生。制定合理的教學(xué)規(guī)劃成為教學(xué)規(guī)劃，掌握教學(xué)技巧，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，著重設(shè)計(jì)和安排教學(xué)內(nèi)容，主線明確，內(nèi)容突出；其次是直接激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)探求知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的創(chuàng)造能力，激發(fā)學(xué)習(xí)中的創(chuàng)新能力。與課程有關(guān)的實(shí)際問題，注重對(duì)學(xué)生思考能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課程的新知識(shí)點(diǎn)或單元操作的興趣促使其主動(dòng)去思考問題。在課程設(shè)計(jì)方面，教師應(yīng)當(dāng)促進(jìn)學(xué)生觀看相關(guān)教學(xué)視頻、明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題和狀況，提前制定參考文獻(xiàn)和書籍的種類和書名，腦中需要留有整個(gè)設(shè)計(jì)的大概思路，深入了解自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。

這個(gè)時(shí)代不僅僅需要高學(xué)歷高素質(zhì)的人才，更需要綜合性的應(yīng)用型人才，所以教師需要不斷加強(qiáng)教學(xué)改革，不斷深入研究如何在本專業(yè)方向運(yùn)用和制定好化工原理的教學(xué)方針，教師和學(xué)生積極配合，共同提升教學(xué)質(zhì)量。

[1]郝慶蘭，張建偉，楊金泉.化工原理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的探索[A].化工高等教育.2011(05).