淺談《化工原理》的教學(xué)方法

常 海，王雅瓊

(揚州大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 揚州 225002)

《化工原理》這門課程是化工、材料、制藥、食品及環(huán)境等專業(yè)的一門極其重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其研究對象是生產(chǎn)中共有的單元操作，在教學(xué)中起到從基礎(chǔ)課過渡到工程實際的橋梁作用[1]，是自然科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課向工程科學(xué)的專業(yè)課過渡的入門課程，其主要任務(wù)是介紹動量傳遞，熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的基本原理及主要單元操作的典型設(shè)備構(gòu)造、操作原理、過程計算、設(shè)備選型以及實驗研究方法等[2]。課程難度大，內(nèi)容多，覆蓋面廣，教好及學(xué)好《化工原理》這門課程是教學(xué)中很值得探討的一個問題[3]。

筆者根據(jù)多年的《化工原理》教學(xué)經(jīng)驗從以下兩大方面談?wù)勛约旱捏w會。

1 在課堂教學(xué)方面注意以下幾點

1.1 教學(xué)內(nèi)容的組織上應(yīng)避免照本宣科式的教學(xué)方式

首先，在具體教學(xué)過程中除分章教學(xué)外還應(yīng)當(dāng)注意每一章內(nèi)容之間的相互聯(lián)系。從根本上來說《化工原理》課程內(nèi)容可歸納為三個傳遞過程，所以它們遵循的基本規(guī)律是相似的。并且對于每一個單元操作的解決均是取控制體列出守恒方程(如力平衡、質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒)以及建立過程的特征方程(如流體的本構(gòu)方程、相平衡方程、傳熱及傳質(zhì)速率方程等)，然后再聯(lián)立求解，只是對于每個單元操作而言可作不同的簡化。

其次，在單元操作的研究方法上也有相似之處。如對于過程的速率而言，無論是過濾速率還是傳熱速率及傳質(zhì)速率，均可用速率=推動力/阻力的形式表示，只是推動力和阻力的表達方式不同而已。又如流體流動的摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系、攪拌功率數(shù)與攪拌雷諾數(shù)之間的關(guān)系、固定床流動摩擦系數(shù)與床層雷諾數(shù)之間的關(guān)系及曳力系數(shù)與顆粒雷諾數(shù)之間的關(guān)系均很相似，這主要是由于它們的本質(zhì)均是阻力系數(shù)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系。在討論這類問題時首先要指明其相似性，進而要分析其產(chǎn)生相似性的原因是什么，最后還要分析它們之間的不同點，從而使學(xué)生對這些所學(xué)內(nèi)容有一個更廣泛更深刻的理解。

最后，可在教學(xué)大綱的范圍內(nèi)對每一章教學(xué)內(nèi)容進行一定的調(diào)整形成自己的風(fēng)格，從而使學(xué)生更好地理解課程，但不能脫離教材太遠，要調(diào)整得當(dāng)。如過濾章節(jié)中，考慮到過濾及洗滌的操作與設(shè)備密切相關(guān)，可以考慮先介紹過濾設(shè)備，然后再講解過濾的計算；熱傳導(dǎo)的內(nèi)容可以進行歸類，先講解單層平壁和多層平壁，然后再講解多層圓筒壁和多層圓筒壁；干燥章節(jié)中為了保持概念的前后一致，在討論間歇干燥的內(nèi)容時可以刪去自由含水量的定義，直接使用干基含水量來計算間歇干燥的時間[2]。

1.2 在教學(xué)過程中要注意培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點

《化工原理》是一門工程學(xué)科，它的研究對象和處理問題的方法與基礎(chǔ)學(xué)科有很大的不同，很多時候不能采用基礎(chǔ)學(xué)科的研究方法，這一方法的轉(zhuǎn)變對于從低年級學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課轉(zhuǎn)到高年級學(xué)習(xí)專業(yè)課的學(xué)生而言尤其重要。因此，對于《化工原理》的教學(xué)來說，不僅在于掌握新的工程知識和計算方法，而且要在學(xué)習(xí)中不斷總結(jié)、歸納、理解處理實際工程問題的方法，這樣才能成為一名合格的工程師。

1.3 對于公式的推導(dǎo)和例題及習(xí)題的講解應(yīng)注意

應(yīng)把重點放在思路的分析上，而不是放在繁瑣的公式和計算上。一些主要是數(shù)學(xué)處理的公式其推導(dǎo)可以只做簡單介紹，而涉及到某些工程思維方法的公式則應(yīng)該重點討論其思路并做詳細推導(dǎo)。除了討論一些對應(yīng)于固定知識點的例題及習(xí)題外，還應(yīng)該提供一些綜合性的例題及習(xí)題。對于這些綜合性例題及習(xí)題的討論而言，非計算題應(yīng)該主要從分析解題思路上來討論；計算題也應(yīng)該適當(dāng)從具體的繁瑣的計算過程中脫離出來，從分析解題思路上來討論，從宏觀上把握問題的本質(zhì)。

1.4 要注意充分應(yīng)用各種比較直觀的教學(xué)手段

如圖片、圖表、動畫、錄像等，特別是對于某些較難用文字描述清晰的內(nèi)容(如各種泵、過濾機、換熱器、塔、干燥器的結(jié)構(gòu)及工作原理，板框壓濾機過濾及洗滌的流程，旋風(fēng)分離器內(nèi)部的流體流動，列管換熱器內(nèi)部流體的流動，各種相圖，塔內(nèi)不正常的流動現(xiàn)象，熱水塔和涼水塔內(nèi)溫度及水汽分壓的變化情況等等)，使用這些手段可以極大地幫助學(xué)生理解這類過程?！痘ぴ怼方虒W(xué)過程中常存在重過程原理輕設(shè)備的問題，這除了學(xué)時限制以外，還跟設(shè)備的多種多樣及缺乏對實際設(shè)備的詳細認識有關(guān)，同時對其設(shè)備結(jié)構(gòu)也很難進行描述。所以，利用圖片、動畫、教學(xué)錄像等手段可以很形象直觀地顯示設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理等內(nèi)容，從而幫助學(xué)生學(xué)好設(shè)備部分的知識，并進一步幫助理解過程原理部分的內(nèi)容。

2 重視實驗、認識實習(xí)等實踐性環(huán)節(jié)對理論課程的作用

2.1 實驗教學(xué)方面

實驗教學(xué)是化工原理課程教學(xué)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，化工原理實驗的目的除了可以驗證理論、鞏固所學(xué)知識、提高學(xué)習(xí)興趣及增強學(xué)生的工程觀念外，還可以鍛煉學(xué)生解決實際工程問題的能力外[4]。對于教師來說除正常指導(dǎo)實驗外，還可以提出各種各樣的問題(包括一些涉及到幾個不同單元操作的綜合性問題)，讓學(xué)生帶著問題做實驗，從而提高實驗教學(xué)的效果。如在流體流動及輸送實驗中，可以結(jié)合實際討論離心泵安裝高度的問題；過濾實驗中如發(fā)生噴料應(yīng)該如何處理；精餾實驗中離心泵和蠕動泵在使用時分別應(yīng)該注意什么，部分回流時如精餾塔頂濃度達不到要求應(yīng)該如何正確處理，實驗中間如果出現(xiàn)漏液、液泛等不正常現(xiàn)象時應(yīng)該如何處理；干燥實驗中廢氣循環(huán)量對實驗結(jié)果有什么影響，等。從而使學(xué)生在實驗過程中不僅僅只是機械地動閥門及記錄數(shù)據(jù)，而應(yīng)該能夠結(jié)合理論課及實驗過程自主地思考。從而增強對《化工原理》基本知識、概念及規(guī)律的理解[4]，進而反過來促進理論課的學(xué)習(xí)。

2.2 認識實習(xí)方面

化工類專業(yè)的認識實習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)了部分《化工原理》(上)課程和部分專業(yè)課程之后進行的一次實踐教學(xué)。認識實習(xí)的主要目的之一是可以加深對已學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識的理解和掌握，并增加對設(shè)備的感性認識，是理論聯(lián)系實際的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)[5]。認識實習(xí)一般是到實際的生產(chǎn)現(xiàn)場去進行的，所以實習(xí)時可以在現(xiàn)場討論很多與化工單元操作相關(guān)的內(nèi)容。如各種管路；各種泵(如離心泵和非離心泵、單級泵和多級泵、單吸泵和雙吸泵)的結(jié)構(gòu)；各種非均相物系的分離(如過濾機、沉降槽等)的原理、作用及結(jié)構(gòu)；各種管道及設(shè)備要加保溫層的問題；各種不同類型的換熱器的原理及結(jié)構(gòu)，換熱器是采用什么措施來強化換熱的；各種塔的結(jié)構(gòu)；涼水塔的結(jié)構(gòu)及工作原理；燃燒爐的結(jié)構(gòu)及工作原理，等等。從而使學(xué)生能夠通過直觀的現(xiàn)場討論，理論聯(lián)系實際來強化對《化工原理》理論課程的學(xué)習(xí)。

3 結(jié)論

總之，我們在教學(xué)中應(yīng)該利用從課堂到實踐環(huán)節(jié)中能夠應(yīng)用的所有手段來加強《化工原理》這門化工類專業(yè)主干課程的教學(xué)效果，為培養(yǎng)優(yōu)秀的化工類專業(yè)學(xué)生服務(wù)。