化工原理教學(xué)研究
——以凱里學(xué)院為例

苑 靜, 蔣向輝

(凱里學(xué)院,貴州 凱里 556011)

《化工原理》課程是化工、制藥、食品工程、環(huán)境等專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)解決化工生產(chǎn)中各種物理過程的工程科學(xué)。主要研究各單元操作的基本原理、典型設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝尺寸設(shè)計(jì)和設(shè)備選型的共性問題[1]，在完成由學(xué)生到技術(shù)人員轉(zhuǎn)變的環(huán)節(jié)中起著重要的作用。化工原理實(shí)驗(yàn)是將化工原理理論與實(shí)踐聯(lián)系起來的重要環(huán)節(jié),是理論課的重要輔助和補(bǔ)充,屬于工程實(shí)驗(yàn)范疇,是化學(xué)工程相關(guān)學(xué)科的重要實(shí)驗(yàn)課[2]。

凱里學(xué)院學(xué)生大部分是貴州籍學(xué)生，以少數(shù)民族地區(qū)學(xué)生為主，生源單一。由于整體教育水平相對落后，化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，三個(gè)專業(yè)學(xué)生的化學(xué)知識(shí)入學(xué)水平相差不大，對于化工原理的學(xué)習(xí)難度很大。凱里學(xué)院材料和化學(xué)專業(yè)在大三、制藥專業(yè)在大二開設(shè)了化工原理課程，都是48學(xué)時(shí)。由于沒有化工原理實(shí)驗(yàn)室，2016年引進(jìn)了化工原理實(shí)驗(yàn)仿真軟件，使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，一人一臺(tái)計(jì)算機(jī)，獨(dú)立操作。其中化學(xué)專業(yè)2017年開設(shè)了16學(xué)時(shí)的仿真實(shí)驗(yàn)，制藥專業(yè)2018年將開設(shè)16學(xué)時(shí)的仿真實(shí)驗(yàn)，材料專業(yè)沒有開設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)在高校中一般作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)時(shí)使用，為的是讓學(xué)生盡快融入工程訓(xùn)練中。由于沒有條件開設(shè)化工原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，凱里學(xué)院將仿真實(shí)驗(yàn)做為一門獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課單獨(dú)考核計(jì)入學(xué)分。

面對這種現(xiàn)狀，作為該課程的教師，有必要研究如何把握少學(xué)時(shí)，難度大工科課程的特點(diǎn)，使化學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)掌握大量的信息，盡快樹立工程的觀念，完成理論和實(shí)踐的結(jié)合等問題。通過研究發(fā)現(xiàn)只有結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，對化工原理課程進(jìn)行改革和完善,才能使化工原理課程達(dá)到較好的教學(xué)效果。

1 上好緒論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

緒論是一門新課的第一節(jié)內(nèi)容，學(xué)生對一門新課往往都充滿著好奇和熱情，化工原理緒論的目的只有一個(gè)，讓學(xué)生明白此門課程與以前學(xué)過的有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)是性質(zhì)完全不同的學(xué)科，是研究將化學(xué)家們的研究成果怎么開發(fā)成生產(chǎn)的規(guī)模，是直接將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的一門工程學(xué)科。是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和化工生產(chǎn)的橋梁，是直接為人類服務(wù)的創(chuàng)造價(jià)值的勞動(dòng)[3]。前面學(xué)習(xí)的化學(xué)知識(shí)是培養(yǎng)化學(xué)家，化工原理學(xué)習(xí)的是化工生產(chǎn)知識(shí)，培養(yǎng)的是化工專家，此門課程在石油化工、氯堿工業(yè)、硫酸制造、制糖業(yè)、制漆業(yè)、水泥、玻璃制造業(yè)等化工領(lǐng)域都會(huì)用到。學(xué)習(xí)化工原理課程不僅在工業(yè)生產(chǎn)上有用，對日常生活中也有利。比如我們要學(xué)到傳熱，貴州的冬天沒有取暖，隨著生活水平的提高，大家在樓房中安裝地?zé)岬热∨O(shè)備，怎么才能耗能少而最優(yōu)化的取暖等實(shí)際問題，在學(xué)習(xí)化工原理時(shí)能懂得其理論依據(jù)，是一門應(yīng)用性和實(shí)用性強(qiáng)的課程。對每一章中涉及到生活中的具體應(yīng)用的例子都事先告訴學(xué)生，讓他們對課程有所期待，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生對此門課程的學(xué)習(xí)積極性。

2 完善考核體系從多方面考核評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

明確學(xué)生期末成績由三部分組成：期末卷面成績60%，期中考試成績20%，平時(shí)20%(包括作業(yè)10%，回答問題5%，出勤率5%)，使學(xué)生重視平時(shí)上課回答問題并提前預(yù)習(xí)做好答案；使學(xué)生的出勤率提高，沒有無故缺課的學(xué)生；學(xué)生上交作業(yè)很積極，字跡工整并能根據(jù)作業(yè)內(nèi)容積極提問題；通過期中考試使學(xué)生熟悉大學(xué)考試模式和題型、題量，增強(qiáng)了學(xué)生的信心，尤其是化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)很弱，對學(xué)習(xí)化學(xué)已失去信心的學(xué)生，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)效果。

3 重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)

化工原理實(shí)驗(yàn)是與理論教學(xué)同步的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)工程性強(qiáng)，設(shè)備和流程復(fù)雜，其基本任務(wù)是使學(xué)生加深理解和鞏固化工原理課程中的理論,培養(yǎng)學(xué)生解決化學(xué)工程、生物工程等有關(guān)領(lǐng)域問題的能力并掌握一定的實(shí)驗(yàn)操作技能,要培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)離不開基礎(chǔ)性的化工原理實(shí)驗(yàn)。凱里學(xué)院沒有化工原理實(shí)驗(yàn)室，利用仿真軟件增加學(xué)生對實(shí)驗(yàn)流程、設(shè)備的了解,掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法、實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化趨勢,使學(xué)生基本了解實(shí)驗(yàn)操作過程及數(shù)據(jù)變化規(guī)律。因此教師在化工原理仿真實(shí)驗(yàn)課上主要采用啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)，自己探索，獨(dú)立思考，獨(dú)立解決問題。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后對照裝置圖，逐一查明實(shí)驗(yàn)裝置的每一個(gè)部分，熟悉實(shí)驗(yàn)流程和步驟，對實(shí)驗(yàn)中的一些閥門的開關(guān)和注意事項(xiàng)要完全掌握[4]，并且要弄清楚實(shí)驗(yàn)要測哪些數(shù)據(jù)，不能心中沒數(shù)而稀里糊涂地做實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中要放手不放眼，注意觀察各組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作效果，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正,建立以學(xué)生自我訓(xùn)練為主、教師指導(dǎo)為輔的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,以達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果。

4 注重教學(xué)方法和教材內(nèi)容處理，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性

由于課時(shí)少內(nèi)容多，必須對教材內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)取舍。面對化工原理龐雜的知識(shí)和較少的講授學(xué)時(shí),靠教師用有限的課時(shí)在課堂上面面俱到的講授化工原理的知識(shí)是不可能的,這就需要教師在教學(xué)上進(jìn)行教材內(nèi)容處理以面對這種局面。對于不同的專業(yè)，授課內(nèi)容有所側(cè)重才能有針對性地教學(xué)。比如與制藥專業(yè)有關(guān)的分離過程(沉降與過濾、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、萃取、干燥等)只重點(diǎn)講解蒸餾、吸收、干燥。流體流動(dòng)與流體輸送機(jī)械及傳熱，兩個(gè)專業(yè)都重點(diǎn)講解。

授課教師主要講授基本概念、基礎(chǔ)原理和應(yīng)用，減少公式推導(dǎo)過程，用有限的時(shí)間介紹更多的單元操作過程?？梢韵戎v授經(jīng)典的單元操作,教學(xué)生怎么去把握這些知識(shí),然后教授學(xué)生怎么去分析單元操作的過程,建立三傳(傳質(zhì)、傳熱、動(dòng)量傳遞)模型。有些教學(xué)內(nèi)容甚至可以安排在實(shí)驗(yàn)室結(jié)合設(shè)備進(jìn)行講解，比如板式精餾塔的操作及塔板效率的測定這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。首先針對板的開孔率、孔徑、加熱電流大小等方面提出問題,讓學(xué)生圍繞提高板效率的問題去查閱文獻(xiàn),獲得由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)的資料；然后讓學(xué)生對材料進(jìn)行歸納,找出規(guī)律性和特殊性的東西；最后上機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)心中才能有數(shù)。通過以上措施的實(shí)施,不僅加強(qiáng)了學(xué)生分析問題的能力,而且極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí),通過查閱文獻(xiàn)開闊了學(xué)生的視野,讓學(xué)生了解了更多的化工新技術(shù)、新裝備。教學(xué)實(shí)踐證明,設(shè)置問題查閱資料是培養(yǎng)學(xué)生分析問題能力的一種好方法[5]。

教學(xué)過程中不能忽視與學(xué)生的互動(dòng)?；ぴ碛?jì)算題公式多，比如一個(gè)傳熱計(jì)算題，可能涉及到總傳熱速率方程、熱量衡算方程、總傳熱系數(shù)公式、平均溫差公式、換熱器面積計(jì)算公式等，在有限的時(shí)間內(nèi)將大量的公式記憶下來并應(yīng)用不是一件容易的事情。在背課前要充分了解學(xué)生前期課程的學(xué)習(xí)情況，因材施教，對學(xué)生多鼓勵(lì)多肯定，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，發(fā)揮學(xué)生的潛力。

5 理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)工程觀念

為使學(xué)生加強(qiáng)工程觀念，在講課時(shí)將大量的化工工程裝置展示給學(xué)生，將原理與化工生產(chǎn)實(shí)際案例相結(jié)合，知識(shí)講解更加生動(dòng)，吸引學(xué)生。例如用鋼管輸送原油，為完成輸油任務(wù)，根據(jù)油管最大承受壓力，中途需設(shè)置幾個(gè)加壓站？換句話說怎么設(shè)置加油站合理？家里進(jìn)行取暖，安裝多少取暖設(shè)備可以滿足家里的取暖?這些都要通過化工原理的學(xué)習(xí)才能會(huì)計(jì)算，才能使學(xué)生逐步樹立工程觀念，全面提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

經(jīng)過2017年一學(xué)期，化學(xué)專業(yè)、制藥專業(yè)和材料專業(yè)三個(gè)專業(yè)48學(xué)時(shí)化工原理教學(xué)內(nèi)容和方法的探索，化學(xué)專業(yè)本學(xué)期考試卷面成績在60分以下的學(xué)生占6.5%；85分以上占56%。制藥專業(yè)本學(xué)期考試卷面成績在60分以下的學(xué)生占10.8%；85分以上的占21.6%。材料專業(yè)本學(xué)期考試卷面成績在60分以下的學(xué)生占10%；85分以上的占35%?；瘜W(xué)專業(yè)的學(xué)生成績明顯高于另兩個(gè)專業(yè)，我認(rèn)為16學(xué)時(shí)的仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中起到了極大的輔助作用，雖然學(xué)時(shí)少但是學(xué)生通過仿真實(shí)驗(yàn)加深了化工基礎(chǔ)理論的理解，記憶深刻，因而成績較高。制藥專業(yè)和材料專業(yè)沒有安排化工原理仿真實(shí)驗(yàn)，由同一名教師授課但材料專業(yè)學(xué)生成績優(yōu)秀率高于制藥專業(yè)，這與兩個(gè)專業(yè)課程的安排有一定的關(guān)系，針對凱里學(xué)院學(xué)生的化學(xué)知識(shí)底子薄現(xiàn)狀，個(gè)人認(rèn)為制藥專業(yè)在大二就安排上化工原理課程有些早，大三安排化工原理課程比較合適。

化工原理是所有化工類和相關(guān)專業(yè)人才必須掌握的一門課程，建立合理的、完善的化工原理和化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)模式可以有效提高教學(xué)質(zhì)量,可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、思維能力、理解能力和創(chuàng)造能力，能夠增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)。

[1] 王韻芳，李雙志，攀彩梅，等.化工原理教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)[J].化工高等教育，2012，29(1)：66-70．

[2] 趙清華，高煥方，許俊強(qiáng)，等.化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中工程觀點(diǎn)的培養(yǎng)[J].化工高等教育，2010,27(1)：37-39．

[3] 李忠玉，徐 松，張玉華，等.化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].化學(xué)工程與裝備，2011,30(10)：216-217．

[4] 周愛東,王 慶,楊紅曉.仿真技術(shù)應(yīng)用于化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2007,24(03):84-86.

[5] 周艷軍，張啟儉，趙永華，等.強(qiáng)化化工原理教學(xué)改革 培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2014(23)：44-45．