化工分離工程本科教學改革與探討

呂鵬+邢闖+蓋希坤+楊瑞芹

摘要：國內(nèi)各高校根據(jù)培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的發(fā)展，對化學工程與工藝專業(yè)的課程教學改革持續(xù)進行?；し蛛x工程是為化工相關(guān)專業(yè)學生開設(shè)的一門專業(yè)課，對學生畢業(yè)后從事化工相關(guān)領(lǐng)域的化工生產(chǎn)工作提供專業(yè)知識。結(jié)合化工分離工程教學實踐，以及培養(yǎng)計劃要求，針對傳統(tǒng)教學中存在的問題，提出并探討一些新的改革方案。

關(guān)鍵詞：化工分離工程；教學改革；教學實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）10-0133-02

分離工程是化學工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，是研究化學工業(yè)和其他化學類型工業(yè)生產(chǎn)中混合物的分離與提純的一門工程學科，是建立在高等數(shù)學、物理化學、化工原理、化工熱力學等課程知識基礎(chǔ)上的一門必修課程[1，2]。隨著化工行業(yè)的迅速發(fā)展，分離工程在現(xiàn)代化學工業(yè)及相關(guān)工程領(lǐng)域中的應用越來越重要，高校的培養(yǎng)目標也由最初的單純掌握教材知識轉(zhuǎn)化為能夠應用專業(yè)知識解決實際工程問題。這就要求教學目的要逐漸轉(zhuǎn)化為應用與實踐，摒棄“填鴨式”教學，引導學生主動掌握知識，培養(yǎng)學生的興趣并自主發(fā)現(xiàn)解決問題。由于化工分離工程課程的實踐性非常強，所涉及到的化學工程領(lǐng)域知識較多且雜，甚至有一些經(jīng)驗性的知識內(nèi)容，新裝置、新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)對高校教學提出了更高的要求，因此改變傳統(tǒng)專業(yè)課的教學模式、加強分離工程教學改革與實踐、鍛煉學生解決實際問題的能力顯得尤為重要。圍繞這一目標，本文探討了在教學內(nèi)容、教學方法改革、教學與實際結(jié)合等方面的一些嘗試。

一、教材選擇和內(nèi)容安排

隨著時代和技術(shù)的發(fā)展，化工分離工程課程的知識也在更新，學術(shù)內(nèi)容越來越豐富多彩，因教學課時的限制，不能面面俱到的全部涉獵，因此教材的合理選擇和教學內(nèi)容的安排對提高本門課程的教學效果十分重要。近幾年，化工分離工程的教材出版較多，重點內(nèi)容如相平衡關(guān)系、多組分精餾、特殊精餾、多組分萃取、分離設(shè)備性能和效率、分離過程節(jié)能等傳統(tǒng)知識基本都被涵蓋在內(nèi)，但一類側(cè)重于工藝過程的學習，另一類借鑒國外教材，側(cè)重于講解理論知識[3]。新型分離技術(shù)由于發(fā)展較快，側(cè)重點各有不同。綜合考慮教材、學生基礎(chǔ)以及實驗室條件等因素，選擇了陳洪鈁、劉家褀主編的卓越工程師教育培養(yǎng)計劃系列教材《化工分離過程》第二版。該教材第一版1995年出版，在眾多高校沿用20余年，2014年再版，該書對原有基礎(chǔ)知識做了更優(yōu)的安排，將陳舊技術(shù)進行了刪除，修改增加了符合時代發(fā)展的新型分離技術(shù)；對教學內(nèi)容也進行了新的安排，更容易讓學生接受，課后主動去探討問題的解決方法，提高教學效果。

針對這本教材，筆者在教學過程中對該課程的教學內(nèi)容主要講解以下章節(jié)：（1）傳質(zhì)分離過程的介紹。（2）單級平衡過程章節(jié)中介紹相平衡、物料衡算和傳遞速率的介紹。主要講解相平衡關(guān)系、相平衡常數(shù)的計算、泡露點計算和絕熱閃蒸。（3）多組分多級分離過程分析與簡捷計算中介紹設(shè)計變量計算、多組分精餾、萃取精餾、反應精餾、間歇精餾的簡捷計算。（4）多組分多級分離的嚴格計算章節(jié)中介紹平衡級理論模型、三對角矩陣法以及新型軟件等知識，偏向?qū)嶋H問題的應用。（5）分離設(shè)備的性能和效率。（6）分離過程的節(jié)能。（7）新型分離技術(shù)和過程繼承。針對以上7個主要章節(jié)進行講解，按照課時要求精心設(shè)計教案，增加更多的實例講解，深入淺出，在課堂上抓住學生的興趣點和好奇心，逐步提高學生對概念的理解和對公式應用能力的把握。

二、教學方法改進

課堂教學是化工分離工程專業(yè)課程的重要環(huán)節(jié)，各種典型的單元分離操作知識在此課程的先修課程中都接觸過，如蒸餾、吸收等操作，深入系統(tǒng)的講解典型的分離單元操作，使學生在能力上提高是本課程教學的關(guān)鍵。這就要求任課教師能利用各種教學方法調(diào)動學生的積極性，激發(fā)學生擴展已有知識，對實際反應物系、多遠組分物系中的復雜問題進行探討學習，如對比理想物系與真實物系、二元組分精餾與多組分精餾之間的區(qū)別，理論板數(shù)與進料比如何變化等問題[4]。重點對多組分物系進行介紹，提高學生對實際問題的處理能力，對泡露點計算、閃蒸計算、設(shè)計變量的計算、MESH方程的建立與求解以及多組分多級分離的嚴格計算，都進行詳細的講解，同時讓學生根據(jù)自己的需求查閱相關(guān)文獻資料，建立課堂討論組，重點討論通過學習后，在文獻中仍然不理解的問題，提高學生的學習興趣與動力，促進專業(yè)技能的培養(yǎng)。另外，結(jié)合工廠的實習，加強學生對化工分離工程理論的感性認識。本門課程學習前，學生已經(jīng)進入工廠進行了認識實習，對實際生產(chǎn)過程有了一定的了解。通過實習，學生也增強了學習比較抽象的課堂知識的熱情。任課教師通過針對典型的分離工藝制訂詳細的實習方案，讓學生帶有目的的去學習，既能開闊視野，又能增長知識。對實際生產(chǎn)過程中所遇到的一些典型問題，有針對性的了解學習，互相討論研究解決方案。如有學生在學習了分離原理后對工廠塔原料反應有了濃厚興趣，并結(jié)合軟件進行一些數(shù)據(jù)的模擬，找出自己所學理論知識與實際應用中所需知識的差距；對現(xiàn)有工藝提出一些改造建議，極大地鍛煉了學生處理實際問題的能力，也為后續(xù)的化工專業(yè)實驗、畢業(yè)環(huán)節(jié)、工作等打好了基礎(chǔ)。

三、教學與研究相結(jié)合

在教學過程中，教師結(jié)合自己的科研工作，把結(jié)合教材知識的實際應用內(nèi)容傳授給學生，對學生提高能力，甚至是考研都有一定的引導作用。對學生來說，最有吸引力的課程是教材中超臨界萃取、膜分離等新興分離技術(shù)，教師在實驗室進行演示實驗（合成氣轉(zhuǎn)化費托反應合成長鏈烷烴及烯烴），由于實驗為氣體轉(zhuǎn)化為清潔燃料課題，氣體產(chǎn)汽油讓學生產(chǎn)生了好奇，便于引導學生課后查閱文獻，提高專業(yè)知識。在分離檢測方面給學生提供充足的支持，各種氣相、液相產(chǎn)品經(jīng)過分離后進行色譜檢測，通過演示實驗以及學生自己動手實踐，以便對分離技術(shù)有更深的了解，并能擴展視野，從理論可行、經(jīng)濟可行等角度考慮實際問題，達到提高專業(yè)水平的目的。

四、考核方式的完善

對化工分離工程課程的考核，一般采用考試成績與平時成績相結(jié)合的方法，但平時成績常常是由出勤、課堂作業(yè)成績以及課堂表現(xiàn)組成，忽視了學生在課外時間對知識的學習。針對這一問題，將學生進行分組，要求學生將課后從技術(shù)原理、特點、研究進展、技術(shù)展望等方面查閱文獻，以小組為單位形成報告，并在平時成績中提高報告分數(shù)的比例。

這種考核方式有利于學生積極主動地進行化工分離工程課程的學習，也鍛煉了查閱文獻、總結(jié)知識的能力，引導學生自主分析，了解科技發(fā)展現(xiàn)狀，為以后進行科研工作或考研打下基礎(chǔ)，提高綜合素質(zhì)。

五、結(jié)語

對化工分離工程課程進行教學改革，使本課程更好的適應當代本科生工程教育的特點和學科發(fā)展趨勢。通過實施以上教學方式，強化學生對理論知識的理解和應用能力，激發(fā)興趣，提高素質(zhì)以應對實際工程問題。化工分離工程是一個不斷發(fā)展的應用學科，在未來的教學工作中我們還將繼續(xù)加深對分離工程的研究，及時發(fā)現(xiàn)并完善教學上能夠改進的地方，培養(yǎng)滿足社會要求的化工人才。

參考文獻：

[1]中國工程教育認證協(xié)會(籌)秘書處.工程教育認證工作指南(2013版)[Z].

[2]陳洪鈁,劉家褀.化工分離過程[M].北京:化學工業(yè)出版社,2014.

[3]曾濤.《化工分離過程》教學中提高學生工程能力的探索研究[J].廣州化工,2014,13(42):216-217.

[4]曹平,李軍,全學軍.化工分離工程教學改革探索[J].廣東化工,2012,39(11):199.

Reform and Exploration of Undergraduate Teaching in Chemical Separation Engineering

LV Peng1,2,XING Chuang1,2,GAI Xi-kun1,2,YANG Rui-qin1,2

(1.School of Biological and Chemical Engineering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China;

2.Zhejiang Province Key Laboratory of Agricultural Products Chemical and Biological Processing Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China)

Abstract:With the development of the training objectives and requirements in domestic universities,chemical engineering and technology professional courses teaching reform has never ceased. "The chemical separation engineering" is a specialized course for the relevant professional students,which provides professional support for the students who will engage in the chemical production after graduation. We put forward a new reform plan according to the teaching experience,as well as program requirements,aiming at the problems existing in the traditional teaching.

Key words:chemical separation engineering;teaching reformation;teaching practices