高分子材料與工程專業(yè)“化工原理”緒論課的教學設計

顧紹金 左丹英 黃菁菁 柏自奎 王羅新

摘 要 “化工原理”是高分子材料與工程專業(yè)的專業(yè)基礎課之一，是一門工程性極強的課程，在“化工原理”緒論課的教學過程中，采用啟發(fā)式教學，結合實例，圍繞“為什么要學習化工原理、什么是化工原理和如何學習化工原理”等進行教學設計，激發(fā)學生對學習化工原理的興趣，使學生更好地了解這門課程的重要性和實質的內容，從而增強教學效果。

關鍵詞 高分子材料與工程專業(yè) 化工原理 緒論課 教學設計

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.07.050

Abstract "Chemical Principles" is one of the professional basic courses of polymer materials and engineering. It is an extremely engineering course. In the teaching process of the "Chemical Principles" introduction course， heuristic teaching is used， combined with examples， around "why to learn the principles of chemical engineering， what is the principle of chemical engineering and how to learn the principles of chemical engineering， etc."， to stimulate students' interest in learning chemical engineering principles， so that students can better understand the importance and substance of this course， thus enhancing the teaching effect.

Keywords polymer materials and engineering； Chemical Principles； introduction course； teaching design

“化工原理”是研究和探討化工生產中普遍的和一般的規(guī)律，并應用這些規(guī)律解決化工生產過程中的工程問題的技術基礎課——是一門工科性質的課程。它是綜合運用數學、物理、化學等基礎知識，分析和解決化工類型生產中各種物理過程的工程學科。[1]通過本課程的教學，培養(yǎng)學生分析和解決實際工程問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定基礎。因此，該課程是基礎理論與專業(yè)知識、基礎理論與實際工程之間的橋梁。目前該課程是筆者所在學校材料科學與工程學院高分子材料與工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課?！盎ぴ怼笔窃趯W習完高等數學、大學物理和物理化學課程后開設的一門綜合性較強的課程。該課程學習的方法與高等數學不同，知識點零散，是學生普遍覺得難度較大的一門課程。

高分子材料與工程專業(yè)是介紹聚合物化學與物理的基本理論和高分子材料的組成、結構與性能知識及高分子成型加工技術知識的一個工科專業(yè)。這與目前多數教材偏重于介紹傳統(tǒng)的基礎化工知識區(qū)別較大，從而易使高分子材料與工程的學生產生教材對于他們專業(yè)適用性不強的錯覺。[2]此外，我校高分子材料與工程專業(yè)的化工原理課程是在學生剛剛學完高等數學、大學物理和物理化學之后開設的一門專業(yè)基礎課，上述課程屬于自然科學，而化工原理課程屬于工程科學，兩者有較大差別。因此在實際的教學過程中，如何讓剛剛學完自然科學知識的的學生能夠對化工生產過程有充分的理解，如何激發(fā)學生學習該門課程的積極性，并讓學生覺得該門課程與高分子材料與工程專業(yè)緊密相關，緒論課的教學設計在其中起著非常重要的作用。[3，4]本文通過總結幾年來的教學過程，就如何上好高分子材料與工程專業(yè)“化工原理”緒論課談幾點心得。

1 開門見山，指出為什么要學習化工原理課程

讓學生明確課程學習的目的和學好此課程的重要性，對提高學生學習的積極性和主動性具有非常好的促進作用。“化工原理”作為一門重要的專業(yè)基礎課，不管從課程在專業(yè)知識體系中的地位，還是從解釋日常生活中的一些生活現象，都有必要認真學好。

1.1 從課程在專業(yè)知識體系中的地位闡述課程的重要性

學生在上這門課程之前，可能會存在一些疑惑？高分子材料與工程專業(yè)是材料類專業(yè)，為什么要學習化工類專業(yè)的課程？在過去，化學工業(yè)大體分為無機化工和有機化工兩大類，無機化工主要包括酸、堿、鹽、稀有元素、電化學和硅鹽酸工業(yè)；有機化工主要包含合成纖維、塑料、合成橡膠、農藥和化肥等工業(yè)。隨著化學工業(yè)的不斷發(fā)展，形成了包含酸、堿、化肥和農藥在內的生物化工，合成纖維、塑料、和合成橡膠為門類的高分子化工，以及合成洗滌劑、炸藥、染料、涂料、醫(yī)藥、感光材料為門類的精細化工。其中高分子化工是塑料、橡膠、合成纖維、涂料、膠黏劑化學工業(yè)，而這些正是我校高分子材料與工程專業(yè)主要學習專業(yè)知識的一部分，表明高分子材料與工程專業(yè)即與材料類專業(yè)有關，也屬于化學工業(yè)的范疇，從而使學生從專業(yè)知識的內容明白為什么要學習化工原理課程。另外，進一步的介紹高分子材料與工程專業(yè)后續(xù)要學習的主要專業(yè)課程“高分子成型加工原理”和“高分子材料加工工藝”，在這些課程中會重點介紹塑料、橡膠和合成纖維三種高分子材料的成型原理和工藝，比如在合成纖維的紡絲成型中，傳動、傳熱和傳質與纖維結構性質的變化是同時進行的，而傳熱、傳質過程正是“化工原理”主要內容“三傳”中的傳遞過程，說明“化工原理”是“高分子成型加工原理”和“高分子材料加工工藝”課程重要的基礎，從而認識這門課程的重要性。

1.2 從生活常識介紹闡明課程內容學習的重要性

都說生活是最好的老師，說明生活中處處都有著深厚的知識。通過啟發(fā)是教學方法，先列舉一些與生活息息相關的現象，提出問題，請同學們討論思考并回答其原因，進而引出相關的化工原理知識。例如為什么在等候乘坐火車或者地鐵的時候要站在黃線以外？熱得快，電水壺底部，為什么都要做成波浪形？夏天開電風扇為什么涼快？ 為什么冬天經過在白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到很暖和？通過提出與日常生活相關的問題，逐步引導同學們思考和回答，并通過化工原理知識進行合理的解釋。采用這樣的引入方式，更好的吸引了學生的注意力，這樣的設計極大地調動了學生學習興趣，也使得他們體會到化工單元操作的應用實際上就在自己身邊，從而體會到學習化工原理的重要性。

2 介紹什么是“化工原理”——明確化工原理的主要內容、研究對象

在這部分，首先讓學生了解什么是化工原理，詳細介紹化工原理課程的性質、課程的主要內容、課程的目的以及課程的研究對象，然后通過介紹豆腐的制作、制糖工業(yè)、釀酒、聚氯乙烯、高壓聚乙烯等實際生產工藝過程，并讓學生分析實驗室生產這些物質與實際生產的相同點和不同點，讓學生明確化工原理課程不是教我們如何制備新物質，如何純化和表征新物質——這是化學家的事。而是如何把化學家們在實驗室的研究成果開發(fā)為中試，再進一步進行規(guī)?；a，是在科學實驗與化工生產之間架起一座橋梁，是一種為人類社會進步創(chuàng)造價值的勞動。

同時通過這些實例的分析，分析各產品的生產流程，歸納各產品生成流程的共性與不同點，分別遵循幾個基本原理，隨后給學生呈現一個清晰的知識脈絡，即任何一種化工產品的生產都是“三傳一反”的過程。讓學生明確化工原理主要講授在化工生產中除化學反應以外的所有物理加工過程，包括動量傳遞（流體流動和輸送機械、沉降與過濾）、熱量傳遞（傳熱）和質量傳遞（蒸餾、吸收、干燥、萃?。?，這就是我們要講的三傳的基本原理，把這些基本原理弄清楚了，任何生產流程的學習都可以迎刃而解，說明許多單元操作和單元過程都遵循相同的基本規(guī)律，因此，通過向學生清晰的呈現化工原理課程的知識結構和脈絡，讓學生明白化工原理是什么，從而預先克服畏懼心理，使學生有信心把這門課程學好。

3 如何學習化工原理——介紹科學的學習方法，消除學生的畏難情緒，提升學好本課程的信心

“化工原理”課程是一門在學習完高等數學、大學物理和物理化學課程后開設的綜合性較強的專業(yè)基礎課。該課程的知識點零散，涉及公式多，并且學習方法與高等數學不一樣，使學生普遍感到學習難度較大。在學生學習這門課程的時候，如果不能很好地消除他們對這門課程的畏難情緒，會使得學生對這門課程失去興趣，從而導致學無所獲，進而影響后面專業(yè)課程的學習。為了更好地消除學生的畏難情緒，調動學生學習的積極性，教給學生科學的學習方法顯得尤為重要。因此，教導學生按照以下幾點開展學習：

（1）引導學生使用多對比、常歸納和總結的學習方法。化工原理課程的各章節(jié)之間具有緊密的聯(lián)系和規(guī)律性，在學習和復習的過程中，始終把握本課程的“兩條主線”和“五個基本概念”。兩條主線中的第一條為明確動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞都是傳遞過程，這是聯(lián)系化工生產過程中各單元操作的一條主線，是本課程統(tǒng)一的研究對象，具有相同的研究規(guī)律；第二條為研究各個單元操作的方法論是聯(lián)系各單元操作的另一條主線，進而通過“傳遞過程理論”和“解決工程問題的方法論”兩條主線把所有單元操作有效地聯(lián)系在一起，從而對所學知識融會貫通。“五個基本概念”是物料衡算、能量衡算、物料平衡關系、傳遞速率和經濟核算，這五個概念始終貫穿于各個單元操作，是研究化工單元操作的基本原理。課程的每章都從單元操作的基本原理開始，依次介紹平衡關系、物料衡算（包括總物料衡算及操作線方程）、設備主體尺寸的計算、過程影響因素分析和過程的強化等內容，具有相似的研究方法和規(guī)律性。

（2）抓住重點，掌握公式的應用條件，在理解的基礎上加以記憶?；卧僮魇菍どa中的實踐操作規(guī)律的總結，因此，在化工原理學習過程中，要始終注意與實際生產過程中成功或失敗的例子結合，從而加深對基本理論和公式的理解，避免對公式的死記硬背。

（3）積極參與課堂討論，認真對待課堂練習和課后習題。在課堂討論中，應該積極參與討論，集中注意力，與同學相互探討，大膽假設，從而獲得綜合運用基本理論知識和工程觀念解決復雜工程問題的能力。通過課后習題，學會解題方法，達到融會貫通，通過解題進一步地理解公式的用途，從而掌握課程的重難點。

4 結語

良好的開端是成功的一半，通過對“化工原理”緒論課的課堂教學設計，讓學生明確了本課程學習的重要性，使學生充分了解了課程的內容、學習目的和學習方法，拉近了師生間的距離，激發(fā)了學生學習的興趣與求知欲，為今后教學的順利進行奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1] 張可喜，符新，何映平，李志君.面向高分子材料專業(yè)的化工原理教改思考[J].教師，2013.29：87-88.

[2] 晏麗紅，楊宗政.激發(fā)學生學習興趣，活躍課堂教學氣氛-化工理課堂教學方法的探索和實踐[J].化工高等教育，2014.31（1）：105-109.

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[4] 林艷紅，袁曉玲，張桐江，孟繁雨.“化工原理”緒論課教學的重要性及授課策略[J].廣州化工，2016.44（6）：205-206.