反應(yīng)工程課程教學(xué)改革探索

官葉斌，汪小紅，孔學(xué)軍，王鈞偉，杜榮斌

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整升級以及對環(huán)保要求的日益提高，化學(xué)工業(yè)對各類新反應(yīng)、新設(shè)備和新技術(shù)需求也日益迫切，因此提升化學(xué)工程專業(yè)教育質(zhì)量，改革化學(xué)工程專業(yè)教學(xué)體系，有利于復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[1]。而隨著化工、化學(xué)和材料等不同學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展、交叉和相互滲透，反應(yīng)工程課程體系在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面也發(fā)生了一系列深刻變化，如現(xiàn)在眾多教學(xué)研究強(qiáng)調(diào)產(chǎn)教融合，將課程教學(xué)與學(xué)生未來職業(yè)緊密聯(lián)系，通過提高學(xué)生能力的時效性來保證教學(xué)效率和質(zhì)量。因此對反應(yīng)工程課程來說，應(yīng)結(jié)合新設(shè)備、新技術(shù)來改革課程體系，通過設(shè)計、改革和實施更有效的課堂教學(xué)模式和企業(yè)實踐模式，來提升化工專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，推動化學(xué)工程教育的改革和發(fā)展。

1 反應(yīng)工程課程教學(xué)改革的基本思路

安慶師范大學(xué)地處以化工、材料制造產(chǎn)業(yè)立市的安慶市，區(qū)域內(nèi)各類化工和材料制造產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，企業(yè)對化工專業(yè)人才的需求較為旺盛。因此我們認(rèn)為我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的反應(yīng)工程課程教學(xué)改革應(yīng)以學(xué)生的“學(xué)”為核心，通過改變教學(xué)理念、創(chuàng)新培養(yǎng)模式和管理機(jī)制來提升教學(xué)效率和質(zhì)量，是課程體系、教學(xué)內(nèi)容和工程實踐等方面綜合性的改革[2]?；诖耍瑢⒎磻?yīng)工程課程改革的指導(dǎo)思想確立為“緊密結(jié)合本地企業(yè)發(fā)展需要，理論教學(xué)模塊化，實踐教學(xué)應(yīng)用化”[3]，即結(jié)合本地各類化工、材料制造企業(yè)對專業(yè)人才的知識、技能和實踐經(jīng)驗的需要，強(qiáng)化理論教學(xué)和專業(yè)實驗基礎(chǔ)，通過實施仿真模擬實訓(xùn)和企業(yè)應(yīng)用實踐，來培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用思維和工程應(yīng)用能力。

2 課程體系、教學(xué)內(nèi)容與實踐教學(xué)改革

2.1 課程體系模塊化設(shè)計

化學(xué)工程和工藝不同專業(yè)方向的學(xué)生由于未來職業(yè)方向不同，因此對反應(yīng)工程基礎(chǔ)知識的需求也將不同，基于這個特點，在實際教學(xué)中將反應(yīng)工程課程內(nèi)容體系劃分為“必修”和“選修”兩個模塊，并進(jìn)行有機(jī)整合，如圖1所示。其中“必修”模塊內(nèi)容包括化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)理論、理想反應(yīng)器、非理想反應(yīng)器和催化反應(yīng)理論基礎(chǔ)等；而“選修”模塊的內(nèi)容則依據(jù)學(xué)生的興趣和對未來職業(yè)規(guī)劃，開設(shè)有催化反應(yīng)設(shè)備、生化反應(yīng)器、聚合反應(yīng)器和制藥反應(yīng)設(shè)備等4個模塊，這樣有利于不同職業(yè)方向的學(xué)生進(jìn)行選修。另一方面，在課時分配上，必修模塊定為42課時，講授化學(xué)反應(yīng)理論基礎(chǔ)、釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器和催化反應(yīng)理論基礎(chǔ)等內(nèi)容；選修模塊14學(xué)時，學(xué)生選擇其中一個方向模塊進(jìn)行選修，也可兼修多個模塊。顯然，通過這種“必修”加“選修”模塊組合的方式，改變了反應(yīng)工程課堂教學(xué)與實踐教學(xué)的教學(xué)計劃和教學(xué)大綱，從而更好地完善了反應(yīng)工程的課程體系。

圖1 反應(yīng)工程課程模塊化體系

2.2 精心優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)工程應(yīng)用觀念

反應(yīng)工程是在單元操作基礎(chǔ)上從不同的設(shè)備和操作中歸納總結(jié)，建立流動、傳遞和化學(xué)反應(yīng)及其相互間影響的基礎(chǔ)理論，即所謂的“三傳一反”[4]。因此化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)需與具體的化工生產(chǎn)實踐密切相關(guān)，這可以通過吸收現(xiàn)代其他學(xué)科領(lǐng)域相關(guān)科技發(fā)展的最新成果，形成模型化的方法論。因此針對現(xiàn)有反應(yīng)工程教材以反應(yīng)器流動狀態(tài)和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)為特征進(jìn)行了有機(jī)組合，立足于化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)理論，著重講授反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)過程中的傳質(zhì)和傳熱、理想反應(yīng)器、非理想反應(yīng)器、催化反應(yīng)基礎(chǔ)等基本理論[5]。同時根據(jù)不同的專業(yè)方向選講其他反應(yīng)器，包括多相反應(yīng)器、生化反應(yīng)器、聚合反應(yīng)器和電化學(xué)反應(yīng)器等。通過這種模塊化的教學(xué)方法，不僅使學(xué)生們掌握了扎實的反應(yīng)工程基礎(chǔ)理論知識，而且對某一種反應(yīng)器在相關(guān)行業(yè)的具體應(yīng)用也有了深入的理解。同時通過運(yùn)用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段，結(jié)合課堂講解與討論等互動式教學(xué)方法，積極引用了專題研習(xí)的教學(xué)模式[6],提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效率和效果，培養(yǎng)了學(xué)生的工程應(yīng)用觀念。

2.3 結(jié)合仿真模擬與企業(yè)應(yīng)用,增強(qiáng)工程應(yīng)用能力

由于反應(yīng)工程涉及眾多學(xué)科的基礎(chǔ)理論和大量實際工程問題，內(nèi)容繁雜，如果課堂教學(xué)結(jié)合計算機(jī)仿真技術(shù)，將復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)變成具體的圖表與曲線，通過模擬復(fù)雜的工業(yè)反應(yīng)過程，再現(xiàn)反應(yīng)過程及變化特征，可有效幫助學(xué)生理解掌握反應(yīng)工程的基礎(chǔ)理論。

我校購置了北京歐貝爾公司的3D化學(xué)化工仿真實驗室軟件，利用該軟件可完成流體輸送、傳熱過程、間歇反應(yīng)、多釜串聯(lián)反應(yīng)和返混測定等眾多模型的設(shè)計與演算，讓學(xué)生了解各類流動模型和反應(yīng)器的設(shè)計和制造原理，分析操作條件和過程控制對反應(yīng)器的性能和產(chǎn)物可能產(chǎn)生的影響。通過虛擬化的間歇反應(yīng)器和連續(xù)反應(yīng)器的操作，讓學(xué)生了解并分析反應(yīng)器操作控制方案，掌握正確的操作條件，然后結(jié)合老師提出的各類實際情況，通過改變操作工況，預(yù)測其結(jié)果，對比與理論推斷是否一致，并分析原因所在。通過這種仿真模擬，既有效地檢測了學(xué)生對專業(yè)知識的掌握程度，提高了學(xué)生工程分析能力，又可以激發(fā)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)了學(xué)生的知識與實踐、能力與創(chuàng)造、技能與素質(zhì)的有機(jī)融合[4]。

另外，我校和安慶石油化工有限公司共建了工程實習(xí)實訓(xùn)基地，利用每年在安慶石油化工有限公司生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)，帶隊工程師將會向?qū)W生現(xiàn)場講授石油化工包括催化裂解、催化加氫和重整等各類反應(yīng)器的類型、結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)等有關(guān)知識，深化他們對工業(yè)催化過程理論的實際應(yīng)用。此外利用到安慶市腈綸廠的生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生熟悉聚合反應(yīng)器和聚合反應(yīng)過程等相關(guān)理論的具體工業(yè)應(yīng)用，通過了解聚合→紡絲→預(yù)熱→蒸汽牽伸→水洗→烘干→熱定形→卷曲→切斷→打包等工業(yè)生產(chǎn)流程，學(xué)生將課本上反應(yīng)器理論知識融合于具體的工業(yè)生產(chǎn)裝置和工業(yè)生產(chǎn)實踐，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程理念，提高他們的工程分析和應(yīng)用能力[6]。

3 結(jié)束語

通過在我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)近三年的課程體系、教學(xué)內(nèi)容和工程實踐的改革和探索，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)工程模塊化課程體系設(shè)計可有效分配學(xué)生的學(xué)習(xí)時長。通過優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，滿足了不同職業(yè)方向?qū)W生知識需求，培養(yǎng)了他們的學(xué)習(xí)興趣。通過加入計算機(jī)仿真模擬、參與石油化工和腈綸制造等工業(yè)生產(chǎn)實踐，讓學(xué)生不僅深入理解了反應(yīng)工程理論知識，而且強(qiáng)化了他們對各種反應(yīng)器的工程設(shè)計理念，了解了具體的工藝方法。近三年的教學(xué)實踐表明，相比于單純的課堂知識傳授，這種課堂學(xué)習(xí)、模擬仿真、企業(yè)實踐一體的教學(xué)模式，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并提升其工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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