分離工程教學改革探討

高能文，全學軍，李 軍，黃國文

(重慶理工大學 化學化工學院，重慶 400054)

分離工程教學改革探討

高能文，全學軍，李 軍，黃國文

(重慶理工大學 化學化工學院，重慶 400054)

《分離工程》課程是化學工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，根據(jù)分離工程的課程特點及教學中存在的問題，提出調節(jié)課程體系的配置、注重知識結構的梳理、注重名詞的講解、注重例題和作業(yè)的講解、采用視頻輔助教學等方法來提高教學效果。幾年的教學實踐表明學生成績得以提高，提高了教學的質量和效果。

分離工程；教學改革；核心課程；教學效果

在大力倡導節(jié)能減排、資源高效利用和過程工業(yè)綠色化的21世紀，化工分離技術將在石油化工、資源環(huán)境、能源、材料、生物醫(yī)藥等諸多領域持續(xù)發(fā)揮重要作用。分離工程就是研究化工及其它相關過程中物質的分級、分離、濃縮和純化的一門綜合性、多層次的工程科學，其內容涉及面廣、跨度大、知識點多[1-3]?！斗蛛x工程》課程是為數(shù)不多的帶有鮮明工程特點的課程，是高?；瘜W工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)基礎課[4]。在重慶理工大學，本課程屬于化學工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案中的核心課程，其重要性不言而喻。但大多數(shù)學生在學習過程中反映該課程理論性強、比較抽象，數(shù)學公式太多、計算過程復雜，從而學習興趣不強、對知識的理解不深。

在社會對應用型工程人才需求日益增加的背景下，如何提高教學效果和教學質量、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和工程應用能力就顯得十分重要[5]。本文主要結合筆者自身的教學實踐，談談提升《分離工程》課程教學效果的一些體會。

1 調節(jié)課程體系的配置

分離工程課程是利用物理化學、化工熱力學、化工原理等基礎知識中有關相平衡熱力學、動力學，傳熱、傳質理論來對化工生產(chǎn)中常見的復雜物系的分離和提純技術做進一步的研究和探討[6]。以筆者授課經(jīng)驗來看，學生在學習本課程前，最好先學習物理化學、化工熱力學、化工原理等課程，否則學習起來會比較困難。本課程我校選用的是青島科技大學葉慶國等人編寫的教材[7]。例如在講授第二章中相平衡關系的計算時，涉及到利用逸度、逸度系數(shù)、活度系數(shù)來表達相平衡關系，以及利用各種狀態(tài)方程計算相平衡常數(shù)K時的逸度系數(shù)、活度系數(shù)的詳細計算。由于有關逸度、逸度系數(shù)、活度系數(shù)的理論推導在化工熱力學里面有詳細的介紹，本課程重點強調如何應用，因此如果學生沒有學習化工熱力學的相關知識，那么對本節(jié)內容的掌握將是比較吃力的。又如，在講授第三章精餾和第四章氣體吸收和解吸時，涉及到塔、理論板、精餾段、提餾段、回流比、等板高度等概念。這些內容在化工原理課程里有詳細的介紹，如果學生沒有學過化工原理課程，而在分離工程課程中直接擴展到多組分平衡分離，學生將覺得本課程非常抽象難懂，老師為了提高教學效果，也只能重新從這些基本知識講起。在課時有限的前提下，既要完成教學大綱的內容，又要做一些必要的基礎知識的補充講解，這無疑加大了授課的廣度和難度。因此，在本校2015版修訂的人才培養(yǎng)方案中，對課程體系做了適當?shù)恼{整，將分離工程課程排在物理化學、化工原理等課程后面，這將有利于該課程的講授和學生的學習。

2 注重知識結構的梳理

分離工程課程理論性強、比較抽象，合理的組織課程內容，對提高學生的學習興趣和對知識的掌握程度是有利的?？傮w上，分離工程課程內容可以分為四大塊，包括：多組分分離基礎、多組分平衡分離、分離過程的節(jié)能、新分離方法[7]。課程內容可以采用直線式結構展開，先講授多組分分離基礎，再依次講授多組分平衡分離和分離過程的節(jié)能，最后介紹新分離方法。后學習的內容都建立在前面學習內容的基礎之上，從簡單到復雜，環(huán)環(huán)相扣，逐步深入。例如，多組分分離基礎中介紹的設計變量的確定方法可以應用到后續(xù)泡露點的計算，等溫閃蒸、絕熱閃蒸的計算中。泡露點計算中的設計變量數(shù)為0，等溫閃蒸、絕熱閃蒸過程中的設計變量數(shù)為2，內容也是逐步深入的。在第二大塊多組分精餾的計算中，精餾塔塔頂、塔釜的溫度、組成，需要用到泡露點的計算方法，進而求相對揮發(fā)度，并計算塔板數(shù)和進料位置。在多組分吸收過程的計算中，也需要由簡單平衡級推導克雷姆塞爾方程，進而計算吸收塔板數(shù)和吸收液、尾氣組成。在分離過程的節(jié)能中，只有在對多組分平衡分離過程中的傳質、傳熱規(guī)律充分學習了解的基礎上，才能找到措施提高分離效率、減小能耗。最后再介紹除平衡分離方法外，更高效、更簡單的新分離方法，如超臨界萃取、膜分離技術等。

每次講課，老師都應注重整個知識邏輯的梳理，引導學生從全局的角度來細看當天所學的內容。從而一方面可以讓學生有清晰的知識脈絡，另一方面也有利于學生對學過知識的重復思考，增加對抽象概念的感悟和掌握。筆者在講授多組分精餾和吸收過程時，采用該方法，從而將前面內容融合進來，讓課程不再抽象而是充滿邏輯性、趣味性。

3 注重名詞的講解

分離工程大量的專業(yè)理論和專業(yè)術語極其抽象難懂，是該課程的教學重點，也是該課程的教學難點。條理清晰地對這些專業(yè)術語進行區(qū)分和講解，有利于學生對課程內容的理解和掌握。例如在緒論中，要對比講解“分離過程”和“分離工程”、“理論分離因子”和“實際分離因子”、“平衡分離過程”和“速率分離過程”、“能量分離劑”和“物質分離劑”。在多組分分離基礎中，要對比講清楚以下專業(yè)術語的區(qū)別和聯(lián)系：“變量”和“獨立變量”、“約束數(shù)”和“設計變量數(shù)”、“單一物流”和“相平衡物流”、“單元”和“裝置”、“固定設計變量”和“可調設計變量”、“逸度系數(shù)”和“活度系數(shù)”、“理想氣體的混合物”和“理想的氣體混合物”、“泡點”和“露點”、“等溫閃蒸”和“絕熱閃蒸”。在精餾中，要對比講清楚以下專業(yè)術語的區(qū)別和聯(lián)系：“關鍵組分”和“非關鍵組分”、“輕組分”和“重組分“、“分配組分”和“非分配組分”、“清晰分割”和“非清晰分割”、“最少理論板”和“實際理論板”、“最小回流比”和“操作回流比”、“最高恒沸物”和“最低恒沸物”、“均相恒沸物”和“非均相恒沸物”、“恒沸精餾”和“萃取精餾”等。在氣體吸收和解吸中，要對比講清楚以下專業(yè)術語的區(qū)別和聯(lián)系：“吸收”和“精餾”、“單向傳質”和“雙向傳質”、“吸收率”和“吸收因子”、“平均吸收因子”和“平均有效吸收因子”。在分離過程及設備的效率與節(jié)能中，要對比講清楚以下專業(yè)術語的區(qū)別和聯(lián)系：“理論板”和“實際板”、“點效率”和“板效率”、“凈功”和“最小功”等。

筆者在講授“分離過程的變量分析及設計變量的確定”這節(jié)內容時，為了加深學生對單股物流、單元、裝置的設計變量之間關系的理解，將變量數(shù)、獨立變量數(shù)、約束數(shù)、設計變量數(shù)的表達式匯總到一個表格中(如表1所示)，從而直觀的顯示了各專業(yè)術語的區(qū)別和聯(lián)系，收到了較好的教學效果。

表1 單股物流、單元、裝置的設計變量表達式

4 注重例題和作業(yè)的講解

分離工程作為一門工程科學，習題在很大程度上成為了銜接教與學、導與練、學與用的主要方式。習題的教學及解題過程的訓練，利于學生消化和鞏固所學理論知識，檢查對所學內容的掌握程度，發(fā)現(xiàn)自己學習中的薄弱環(huán)節(jié)，提高運用所學知識分析、解決問題的能力。

筆者在講授課程例題時，除了講授課本上的解題方法外，也注意從不同的角度來求解例題。例如在講解例2-1時，引導學生采用比較簡潔的郭氏法來進行設計變量的分析。在講解例2-4時，除了用范德華方程計算汽液相平衡常數(shù)，也引導學生采用查p-T-K圖的方法，更便捷地得到了較精確的結果。

課后習題主要選用一些綜合性、啟發(fā)性比較強的題目，平均每4學時，學生需完成一次作業(yè)。對一些代表性課后習題，需要專門安排時間來講解，以便于學生鞏固和靈活應用所學知識，例如：習題2.2、2.5、2.7、2.10、2.16、2.17、2.21、2.23，習題3.1、3.4、3.9、3.10、3.15、3.17，習題4.3、4.5，習題6.1、6.5、6.8。講解課后習題的時間，安排在每章課程結束時，詳細介紹題目的解題思路，并做成PPT分享給學生。筆者在備課時，已經(jīng)將課后的習題全部演算一遍，并對一些習題給出多種解題思路。例如習題2.17，也可將混合物溫度和露點溫度比較，當混合物溫度小于露點溫度時，混合物中一定有液相存在。

5 視頻輔助教學

多媒體技術的發(fā)展，為我們的教學提供了更多的方法和手段[8]。筆者在分離工程的教學中，利用“屏幕錄像專家”對重點內容和難點內容進行錄制，制作成小視頻分享給學生，方便學生的學習。曾經(jīng)錄制過的章節(jié)有：分離過程的變量分析及設計變量的確定、相平衡關系、汽液相平衡常數(shù)的計算、泡點溫度和壓力的計算、等溫閃蒸、多組分精餾的簡捷算法、平均吸收因子法、分離過程的最小功等。

視頻教學可以作為課堂教學的有效補充，可以多次、重復觀看和學習。一方面有利于學生對抽象概念的理解和掌握，另一方面也可以解決學生做題過程中遇到的典型問題，起到畫龍點睛的作用。

6 結語

筆者結合分離工程教學中存在的問題，指出了調節(jié)課程體系的配置、注重知識結構的梳理、注重名詞的講解、注重例題和作業(yè)的講解、采用視頻輔助教學等方法來提高教學效果。通過最近幾年的教學實踐和改革，學生成績得以明顯提高，取得了較好的效果。但是由于分離工程屬于專業(yè)核心課程，因此在教學方法上還需要長期積累和不斷改革創(chuàng)新。在教學內容上，如實驗教學、網(wǎng)絡課程建設、教材建設等方面，也需要進一步推進，以完善課程建設內容[2]。

致謝：感謝重慶理工大學《分離工程》和《過程裝備腐蝕與防護》核心課程的支持。

[1] 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): 199-199.

[2] 葉慶國,徐東彥,王英龍,等. 分離工程精品課程的建設與實踐[J]. 化工高等教育,2011,28 (3): 23-25.

[3] 徐東彥,葉慶國,陶旭梅. 分離工程雙語教學的探索與實踐[J]. 化工高等教育,2013,30 (4): 62-65.

[4] 徐東彥,葉慶國,陶旭梅. 化工專業(yè)多層次分離工程課程體系構建的研究與實踐[J]. 廣州化工,2015,43 (7): 168-169.

[5] 高能文,王 洪,李 軍,等. “雙導師制“提升過控專業(yè)畢業(yè)設計工程應用能力的探索[J]. 廣東化工,2015,42 (16): 234-235.

[6] 黃國文,魏丹丹,高煥方,等. 拓展汽液平衡計算提高分離工程教學質量[J]. 廣東化工,2011,38 (7): 191-192.

[7] 葉慶國.分離工程[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,2009.

[8] 葉慶國,徐東彥,鐘立梅. 多媒體與傳統(tǒng)教學在分離工程教學中的結合[J]. 現(xiàn)代教育技術,2009(S1): 52-54.

(本文文獻格式：高能文，全學軍，李 軍，等.分離工程教學改革探討[J].山東化工,2017,46(13):122-123,125.)

Discussion on Teaching Reform of Separation Engineering

GaoNengwen,QuanXuejun,LiJun,HuangGuowen

(School of Chemical Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054,China)

Separation Engineering is one of the core courses in Chemical Engineering and Technology. According to the characteristics and questions existed in teaching process,some new attempts to improve the teaching quality were provided,such as adjustment of the course construction of chemical engineering,illustrate the logical relationship of knowledge point,better explanation of professional terms,demonstrating the solution of examples and assignments,and short video assisted teaching. Teaching practices showed that students' test scores improved. In this way,the teaching effects become better.

separation engineering;teaching reform;core courses;teaching effect

2017-05-02

重慶理工大學專業(yè)核心課程建設項目；重慶市教委科學基金資助項目(KJ1500932)；重慶理工大學科研啟動基金項目(2012ZD23)

高能文(1982—)，男，重慶人，講師，博士，研究方向：膜分離技術。

G642

B

1008-021X(2017)13-0122-02