化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)踐教學(xué)探索

陳艷紅，石會(huì)龍，姚媛媛

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院，山東 東營(yíng) 257061)

化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程學(xué)科專業(yè)的一個(gè)重要分支，該分支于20世紀(jì)50年代成立，在我國(guó)起步較晚，直到20世紀(jì)80年代才正式進(jìn)入我國(guó)的高等教育課程[1]。目前，化學(xué)反應(yīng)工程作為化工專業(yè)的一門核心課程，有著非常重要的地位。化學(xué)反應(yīng)工程的研究對(duì)象是工程中的反應(yīng)器，該課程的主要目的是如何實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，要完成這一目標(biāo)，就涉及到需要用到反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、傳遞工程和流體力學(xué)等各方面的知識(shí)作為支撐。如何有效地把實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)研究成果實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，化學(xué)反應(yīng)工程作為該過程的理論指導(dǎo)有著不可替代的地位。因此，化學(xué)反應(yīng)工程作為化工專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，一定要做到強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，致力于培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)技能、設(shè)計(jì)問題以及解決工業(yè)上遇到的實(shí)際工程問題的能力。我校作為應(yīng)用技術(shù)型高校，學(xué)校培養(yǎng)人才的模式重點(diǎn)是工程應(yīng)用型人員而不是研究型人才，因此在化學(xué)反應(yīng)工程的理論教學(xué)中結(jié)合工廠實(shí)際案例，突出實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)尤為重要[2]。為此，作者根據(jù)多年主講此門課程總結(jié)的一些教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合自己學(xué)生時(shí)期學(xué)習(xí)此課程的心得體會(huì)，簡(jiǎn)單介紹一下對(duì)本門課程的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)的探討與體會(huì)。

1 課堂教學(xué)與仿真模擬相結(jié)合

結(jié)合我校學(xué)生學(xué)習(xí)能力和培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)的實(shí)際情況，本課程教學(xué)中，我們采用以外文版教材O. Lev enspiel主編的“Chemical Reaction Engineering”(3rd，2002)內(nèi)容為主線，陳甘棠主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》為輔助教材的原則對(duì)課堂進(jìn)行講授?？紤]到大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)外文版教材較為吃力，我們結(jié)合這兩本教材中對(duì)我們學(xué)生較為適用的內(nèi)容進(jìn)行了整編，編寫了適合我校學(xué)生學(xué)習(xí)的講義。反應(yīng)工程的研究對(duì)象為復(fù)雜多樣的反應(yīng)器，多媒體教學(xué)手段可以生動(dòng)展示工業(yè)反應(yīng)器的實(shí)際效果，而對(duì)于一些復(fù)雜公式模型的推導(dǎo)，傳統(tǒng)的板書則更便于讓學(xué)生跟上思路，因此，采用傳統(tǒng)板書和多媒體結(jié)合的教學(xué)手段被認(rèn)為是課堂教學(xué)的最佳授課方式。

目前，高等教育一直強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，開展仿真模擬訓(xùn)練被認(rèn)為是提高學(xué)生理論實(shí)踐能力的一種有效手段，仿真實(shí)訓(xùn)能夠有效地在理論和實(shí)踐之間構(gòu)架了一座橋梁[3]。結(jié)合我校培養(yǎng)石油石化應(yīng)用型人才的理念，我校根據(jù)我院專業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)生將來的主要就業(yè)方向，購買了大量的化工仿真軟件，主要包括以下內(nèi)容：合成聚乙烯工藝、催化裂化工藝、常減壓工藝和化工單元操作等仿真軟件。將仿真模擬軟應(yīng)用在教學(xué)中，改變了傳統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，對(duì)于學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐起到了重要推動(dòng)作用。例如，通過對(duì)聚氯乙烯合成工藝過程的模擬，讓學(xué)生將各個(gè)單元操作、化學(xué)反應(yīng)、自動(dòng)化控制過程以及能源的有效利用進(jìn)行了整合模擬訓(xùn)練，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到了反應(yīng)工程理論課中學(xué)習(xí)的反應(yīng)器在實(shí)際工業(yè)化中的重要地位，拓寬了學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)。通過模擬不同的工藝流程，學(xué)生可以比較不同反應(yīng)工藝中反應(yīng)器的構(gòu)造區(qū)別，反應(yīng)器的操作條件差異，從而能夠更加深理解反應(yīng)工程的理論學(xué)習(xí)知識(shí)，并為實(shí)踐應(yīng)用起到理論指導(dǎo)。

2 課程理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合[4-6]

化學(xué)反應(yīng)工程的內(nèi)容是研究工業(yè)反應(yīng)器的工程活動(dòng)，也就是通過學(xué)習(xí)反應(yīng)工程的理論知識(shí)從而來指導(dǎo)工業(yè)放大應(yīng)用，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位不言而喻。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)過程中，一方面學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過實(shí)驗(yàn)過程可以對(duì)課本中學(xué)習(xí)過的理論知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣就會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)過的一些基本理論的理解進(jìn)一步加深理解。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程還開設(shè)了一些探索性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過摸索實(shí)驗(yàn)過程，探索實(shí)驗(yàn)條件、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等多方面途徑來提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。目前，我校開設(shè)的與化學(xué)反應(yīng)工程有關(guān)的實(shí)驗(yàn)主要包括：管式流動(dòng)反應(yīng)器性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)、多釜串聯(lián)反應(yīng)性能測(cè)定、反應(yīng)精餾實(shí)驗(yàn)和氣固相乙醇脫水試驗(yàn)。學(xué)生通過做實(shí)驗(yàn)可以更加直觀的理解上課中所學(xué)理論知識(shí)。例如管式流動(dòng)反應(yīng)器性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)和多釜串聯(lián)反應(yīng)性能測(cè)定，當(dāng)學(xué)生在做這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中，他們通過觀察實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的一些流體流動(dòng)的現(xiàn)象、課下處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的反思總結(jié)，可以讓學(xué)生更加深刻地理解返混的定義，對(duì)所學(xué)多級(jí)混合流模型在一定程度上認(rèn)識(shí)更透徹。學(xué)生在做乙醇脫水實(shí)驗(yàn)中，可以進(jìn)一步理解氣固非均相催化反應(yīng)，通說對(duì)產(chǎn)物分布的分析進(jìn)一步認(rèn)識(shí)關(guān)于選擇性和收率的問題，建立起工程問題思維。另外，實(shí)驗(yàn)過程的動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理能力對(duì)學(xué)生以后的研究深造或企業(yè)生產(chǎn)操作都是重要的幫助。

實(shí)驗(yàn)過程管理對(duì)于能否有效地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課程的主觀能動(dòng)性、保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量起著決定性作用。因此加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程中的管理，發(fā)揮化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)科特色，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量非常重要。在實(shí)驗(yàn)過程中，針對(duì)設(shè)備少學(xué)生較多等問題，實(shí)驗(yàn)老師采取循環(huán)分小組操作的方法，保障每次實(shí)驗(yàn)每臺(tái)設(shè)備都由2～3人來協(xié)調(diào)配合，提高學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)效率。另外，針對(duì)探索性實(shí)驗(yàn)，我們通過在小型固定床微反實(shí)驗(yàn)裝置上，選擇開設(shè)一些不同的探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過改變催化劑、反應(yīng)原料和操作條件來完成不同的實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生通過分組做實(shí)驗(yàn)，考察反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物分布的影響，通過反應(yīng)后的產(chǎn)物對(duì)比分析，讓學(xué)生思考影響反應(yīng)結(jié)果的主要因素，提出最佳的實(shí)驗(yàn)方案，提高學(xué)生的思考創(chuàng)新能力，樹立工程觀念意識(shí)。

另外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)最后的考核方法，要做到綜合考察。既不能僅以預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的考評(píng)，也不能只通過簡(jiǎn)單的考試進(jìn)行考核。由于化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)屬于大型設(shè)備實(shí)驗(yàn)，主要研究的內(nèi)容為：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、流動(dòng)方式以及化學(xué)反應(yīng)的影響。因此，在學(xué)生最終的成績(jī)?cè)u(píng)定中，應(yīng)考慮加入一定比例的實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理技能、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析的總結(jié)思考等方面的評(píng)分比例，而不是僅僅把實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞、實(shí)驗(yàn)報(bào)告處理的對(duì)錯(cuò)作為考核結(jié)果的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

3 理論教學(xué)和專業(yè)實(shí)習(xí)相結(jié)合

對(duì)我校化工專業(yè)的學(xué)生，其對(duì)應(yīng)的教學(xué)大綱中，我們把認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)分別安排在化學(xué)反應(yīng)工程理論教學(xué)的前后。尤其是生產(chǎn)實(shí)習(xí)，學(xué)生會(huì)分配到不同的車間參與到整個(gè)生產(chǎn)工段中，近距離學(xué)習(xí)各種生產(chǎn)工藝和設(shè)備。理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合使得學(xué)生可以更有效地學(xué)好這門課程。

4 參加科研創(chuàng)新活動(dòng)，提高創(chuàng)新技能

一個(gè)行業(yè)要持續(xù)發(fā)展離不開科學(xué)研究的支撐。同樣，化學(xué)反應(yīng)工程這門學(xué)科的發(fā)展也離不開科學(xué)研究的推動(dòng)力。對(duì)于本科學(xué)生來說，在掌握了一定理論基礎(chǔ)的前提下，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力對(duì)于學(xué)生自身綜合素養(yǎng)的提升有著非常重要的價(jià)值。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，老師的引導(dǎo)是關(guān)鍵性的作用。對(duì)于我校學(xué)生來說，理論知識(shí)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)在本科高校中不算高，但想象力卻不是很差。同時(shí)我校學(xué)生的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力較強(qiáng)。因此，指導(dǎo)教師可以根據(jù)自己的科研情況讓一部分同學(xué)加入到自己的科研活動(dòng)中，將部分學(xué)生的科研熱情調(diào)動(dòng)起來，充分激發(fā)他們的研究創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。另外，近幾年我校還設(shè)立了全國(guó)的和校級(jí)的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，學(xué)生通過積極申報(bào)創(chuàng)新項(xiàng)目，學(xué)生通過立項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)、結(jié)項(xiàng)等一系列環(huán)節(jié)，在課題開展過程中提出問題、分析問題和解決問題，進(jìn)一步提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。此外，我們也積極鼓勵(lì)學(xué)生參加一些全國(guó)性的、以及省廳的大學(xué)生各種化工設(shè)計(jì)、化工技能大賽，學(xué)生在參賽過程中，也會(huì)結(jié)合學(xué)習(xí)的理論知識(shí)去積極地處理設(shè)計(jì)中的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)比賽中，通過不斷地解決問題也會(huì)對(duì)課程的教學(xué)和應(yīng)用起到推動(dòng)作用。

5 結(jié) 語

由以上分析可知，要讓學(xué)生學(xué)好化學(xué)反應(yīng)工程這門課程，理論的教學(xué)過程一定要結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，只有采取多樣性的實(shí)踐教學(xué)手段才能夠提高教學(xué)效果。本文從理論教學(xué)、仿真實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)和科研活動(dòng)等方面較為詳細(xì)地闡述了實(shí)踐教學(xué)的作用、實(shí)施方案和意義。這些多種多樣的實(shí)踐教學(xué)手段不僅能夠有效地鞏固化學(xué)反應(yīng)工程理論教學(xué)所講授的基礎(chǔ)理論知識(shí)，同時(shí)對(duì)于培養(yǎng)以應(yīng)用技術(shù)型人才為目標(biāo)的學(xué)生培養(yǎng)起著顯著的推動(dòng)作用。化工專業(yè)要做到能與化工行業(yè)變化的形勢(shì)和發(fā)展要求步伐協(xié)調(diào)一致，就要我們?cè)诮虒W(xué)過程中不斷反思和總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，只有不斷地深化教學(xué)改革，優(yōu)化和完善教學(xué)模式和管理水平，突出專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，才能讓我們的教學(xué)水平不斷提高，學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性也會(huì)隨之提高。只有把理論知識(shí)和實(shí)踐能夠全面而扎實(shí)的相結(jié)合的學(xué)生，才是現(xiàn)代化化工企業(yè)真正所需求的人才，也是化工行業(yè)持續(xù)發(fā)展的中堅(jiān)力量。