啟發(fā)式教學(xué)在化工原理精餾教學(xué)中的應(yīng)用

劉瑞玲(魯南技師學(xué)院，山東 臨沂 276000)

0 引言

化工原理是一門(mén)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的重要基礎(chǔ)性課程，每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容都是獨(dú)立的，其內(nèi)容主要涉及到化工基本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、物料衡算與熱量衡算，除了這些基本的理論知識(shí)還包括每個(gè)章節(jié)中典型設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算。通過(guò)這些知識(shí)的學(xué)習(xí)來(lái)建立學(xué)生過(guò)程工程意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力[1-2]。將啟發(fā)式教學(xué)方法應(yīng)用到化工原理課程教學(xué)當(dāng)中，注重學(xué)生智力的發(fā)展，將系統(tǒng)的知識(shí)學(xué)習(xí)與智力的充分發(fā)展結(jié)合起來(lái)，從而提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，推進(jìn)化工原理課程教學(xué)的發(fā)展[3]。

1 啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)越來(lái)越受到重視，該教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律，強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師要按照教學(xué)大綱的要求，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況，在課堂教學(xué)中采用多種教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)習(xí)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。在課堂教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)按照課本上的知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式的提問(wèn)，引導(dǎo)他們進(jìn)行討論與思考，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，也學(xué)會(huì)了從多個(gè)角度對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，最終使問(wèn)題得到解決[4]。

精餾技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各類(lèi)化學(xué)品的研究、制備與生產(chǎn)當(dāng)中，而精餾課程在化工原理教學(xué)中占有非常重要的地位，有著豐富的教學(xué)內(nèi)容，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)之間也存在非常緊密的關(guān)聯(lián)。教師在精餾課程教學(xué)中可以選擇啟發(fā)式教學(xué)的方式，而不是枯燥的講解課本上每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的基本原理與過(guò)程計(jì)算，引導(dǎo)學(xué)生深入到問(wèn)題的本質(zhì)，學(xué)會(huì)思考，從而提高解決化工問(wèn)題的能力。

2 啟發(fā)式教學(xué)在化工原理精餾課程中的應(yīng)用

2.1 強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)的重要作用

通過(guò)課前預(yù)習(xí)，學(xué)生可以提前對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)大致了解，是促進(jìn)學(xué)生積極思考、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵。因此，教師應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)的重要作用，將課前預(yù)習(xí)納入到正常的教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中，還要對(duì)預(yù)習(xí)的效果進(jìn)行考核，記入學(xué)生的考核成績(jī)當(dāng)中。在在精餾課程課前預(yù)習(xí)教學(xué)活動(dòng)中，教師可以制作預(yù)習(xí)課件，列出課前預(yù)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)的效果進(jìn)行考核并不斷改進(jìn)。在制作課前預(yù)習(xí)課件的時(shí)候，重點(diǎn)讓學(xué)生理解基礎(chǔ)性的知識(shí)，對(duì)需要學(xué)習(xí)的知識(shí)背景有一個(gè)系統(tǒng)性了解，啟發(fā)性的提出一些問(wèn)題，以便在課堂上進(jìn)行討論，為重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握打好基礎(chǔ)。課件的制作形式可以多樣化，比如一些精品在線(xiàn)課程，充分利用圖文、視頻等形式，提高學(xué)習(xí)對(duì)課程預(yù)習(xí)的興趣。為了保證學(xué)生能夠有效的完成教師布置的預(yù)習(xí)任務(wù)，教師可以在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上下達(dá)預(yù)習(xí)任務(wù)，將制作完成的預(yù)習(xí)課件上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，學(xué)生在平臺(tái)上完成預(yù)習(xí)任務(wù)，并在預(yù)習(xí)結(jié)束后進(jìn)行考核，獲得相應(yīng)的成績(jī)。通過(guò)完成預(yù)習(xí)任務(wù)，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，可以將預(yù)習(xí)階段遇到的難點(diǎn)問(wèn)題在課堂上提出來(lái)，大家一起討論，活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效果。

2.2 重視課堂討論的重要作用

對(duì)每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課堂討論，能夠讓學(xué)生更加深刻的掌握和理解該章節(jié)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。在完成課前預(yù)習(xí)任務(wù)之后，教師可以將教學(xué)的重點(diǎn)放在對(duì)本章節(jié)知識(shí)的應(yīng)用與深入分析方面，為了提高課堂教學(xué)的效果，可以適當(dāng)減少單純知識(shí)講解的課時(shí)，而增加課堂討論環(huán)節(jié)，采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，多提出問(wèn)題。精餾課程重點(diǎn)講解的內(nèi)容是過(guò)程的計(jì)算和優(yōu)化，在適當(dāng)增加了討論課時(shí)后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)精餾過(guò)程的計(jì)算和優(yōu)化的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行充分的討論，讓學(xué)生本節(jié)課程內(nèi)容的理解更加的深刻。下面筆者就選擇幾個(gè)具有代表性的課堂討論內(nèi)容進(jìn)行分析。

2.2.1 關(guān)于最小回流比與實(shí)際回流比計(jì)算

最小回流比計(jì)算這一章節(jié)中，教師在課堂上一般會(huì)結(jié)合二組元理想物系的汽液平衡線(xiàn)和操作線(xiàn)圖來(lái)進(jìn)行講解，在圖中當(dāng)達(dá)到最小回流比時(shí)，操作線(xiàn)和平衡線(xiàn)會(huì)相交在一個(gè)點(diǎn)上，可以利用公式(1)進(jìn)行計(jì)算，得出精餾段操作線(xiàn)的斜率，然后進(jìn)行推導(dǎo)后得出最小回流比的計(jì)算公式(2)[5]。

在得出最小回流比計(jì)算公式后，教師可以在課堂上提出延伸問(wèn)題：最小回流比的計(jì)算方法可不可以用來(lái)計(jì)算實(shí)際回流比？在提出問(wèn)題后，教師繼續(xù)利用二組元理想物系的汽液平衡線(xiàn)和操作線(xiàn)圖來(lái)解決這一問(wèn)題。在圖中實(shí)際回流比的操作線(xiàn)并沒(méi)有與平衡線(xiàn)相交，可是精餾段操作線(xiàn)的斜率計(jì)算方法和剛才所講到的最小回流比計(jì)算方法是一致的，同理可以推導(dǎo)出實(shí)際回流比的計(jì)算公式(3)。

在課堂教學(xué)中由最小回流比計(jì)算延伸出實(shí)際回流比的計(jì)算之后，學(xué)生經(jīng)過(guò)思考、分析、討論，對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握會(huì)更加牢固，并且對(duì)于相圖的理解也更加深刻。

2.2.2 關(guān)于回流比變化對(duì)精餾段操作線(xiàn)斜率的影響

利用二組元理想物系的汽液平衡線(xiàn)和操作線(xiàn)圖可以對(duì)精餾操作的過(guò)程進(jìn)行分析，在各種影響變量中對(duì)精餾操作過(guò)程影響最大其實(shí)是回流比的變化：精餾段操作線(xiàn)斜率會(huì)隨著回流比的增大而增大，精餾塔內(nèi)的傳質(zhì)推動(dòng)力也會(huì)隨之增加，當(dāng)分離純度一致時(shí)，所需的理論板數(shù)就會(huì)越少。當(dāng)學(xué)習(xí)到這一小節(jié)時(shí)，難點(diǎn)就是學(xué)生不能系統(tǒng)的將操作線(xiàn)方程的參數(shù)變化與操作線(xiàn)位置的變化關(guān)聯(lián)起來(lái)思考。通過(guò)精餾段方程式(4)可知，如果回流比R出現(xiàn)變化時(shí)，則斜率自變量系數(shù)的分子與分母部分都會(huì)隨之發(fā)生變化，但是發(fā)生變化并不是很明顯，那么如果將方程進(jìn)行簡(jiǎn)單的變形后就得到了方程(5)，回流比R只出現(xiàn)在了分母部分中，可以很容易判斷出當(dāng)R發(fā)生變化時(shí)x前系數(shù)的變化情況，也就是說(shuō)隨著R的增加精餾段斜率也會(huì)增加。通過(guò)啟發(fā)的方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)公式進(jìn)行變形，將具有一定難度的問(wèn)題變得容易，很直觀的看出參數(shù)的變化，有利于對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析與理解。

2.2.3 進(jìn)料熱狀況參數(shù)與q值的關(guān)系

q是用來(lái)表示精餾塔進(jìn)料熱狀況的參數(shù)，通過(guò)觀察q值可以直觀的判斷進(jìn)料當(dāng)前所處的狀態(tài)。根據(jù)q值的的變化，可以將進(jìn)料熱狀況分為五個(gè)階段：冷液進(jìn)料、泡點(diǎn)進(jìn)料、氣液混合進(jìn)料、露點(diǎn)進(jìn)料、過(guò)熱蒸汽進(jìn)料，當(dāng)q值逐步降低，進(jìn)料熱狀況也由冷液進(jìn)料向著過(guò)熱蒸汽進(jìn)料狀況發(fā)展(q的基準(zhǔn)值是1kmol/h)，其關(guān)系式為(6)：

當(dāng)學(xué)習(xí)到這一部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生往往分不清對(duì)q值的變化與上述五種熱狀態(tài)之間對(duì)應(yīng)的關(guān)系，教師可以采用啟發(fā)式教學(xué)的方法，利用包含進(jìn)料熱狀態(tài)點(diǎn)的t-x(y)相圖來(lái)進(jìn)行分析，在圖中用A、B、C、D、E表示五種進(jìn)料的狀況，用t1、t2、t3、t4、t5表示五個(gè)點(diǎn)的溫度，即t1＞t2＞t3＞t4＞t5。通過(guò)分析相圖可以很直觀的表達(dá)出兩者之間存在的關(guān)系與變化：當(dāng)q值變小，溫度會(huì)升高，進(jìn)料狀態(tài)也由冷液逐步向著熱蒸汽狀態(tài)發(fā)展，加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。

2.3 課后復(fù)習(xí)方式的改進(jìn)

通常情況下，學(xué)生的課后復(fù)習(xí)都是以完成課后習(xí)題為主，而在復(fù)習(xí)階段我們也采用啟發(fā)式教學(xué)的方法，用以改進(jìn)精餾章節(jié)復(fù)習(xí)的方法，同樣可以取得良好的教學(xué)效果。

2.3.1 課后復(fù)習(xí)任務(wù)的布置

現(xiàn)階段，我國(guó)一些高校中所采用的化工原理課本是由國(guó)內(nèi)幾所化工強(qiáng)校出版的教材，在教學(xué)內(nèi)容方面基本都相差無(wú)幾，只是在各個(gè)章節(jié)中教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)不一致。因此，為了讓學(xué)生掌握更多的理論知識(shí)，可以要求他們?cè)趶?fù)習(xí)的時(shí)候同時(shí)閱讀其他版本的教材，這樣可以彌補(bǔ)單一教材對(duì)課本章節(jié)中某問(wèn)題表述上的缺陷，有助于學(xué)生從多個(gè)角度去思考問(wèn)題，掌握的知識(shí)更加的全面，提高他們解決問(wèn)題的能力。比如針對(duì)回流比R的表述，天津大學(xué)出版社出版的化工原理課本中在推導(dǎo)操作線(xiàn)方程的過(guò)程中總結(jié)了回流比的相關(guān)定義，該章節(jié)學(xué)習(xí)的側(cè)重點(diǎn)是回流比的計(jì)算與應(yīng)用。而在華東理工大學(xué)出版的課本中針對(duì)回流比的表述則比較詳細(xì)，同時(shí)對(duì)回流比發(fā)生變化時(shí)精餾塔內(nèi)液相回流變化也做出了詳細(xì)的描述。通過(guò)對(duì)兩種版本課本的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在掌握了回流比計(jì)算與應(yīng)用的同時(shí)，也對(duì)回流比的深層次含義、回流比發(fā)生變化時(shí)對(duì)精餾塔內(nèi)產(chǎn)生的影響都有了較為直觀的認(rèn)識(shí)與深刻的理解[6]。

2.3.2 利用思維導(dǎo)圖強(qiáng)化對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解

在化工原理蒸餾這一章節(jié)中，首先講到的是汽液相平衡，再到精餾的原理、計(jì)算、精餾塔的操作等等，各章節(jié)之間緊密關(guān)聯(lián)，有著非常強(qiáng)的邏輯關(guān)系。教師可以啟發(fā)學(xué)生將各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)制作成思維導(dǎo)圖，通過(guò)思維導(dǎo)圖將其串聯(lián)起來(lái)，使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有了更加深刻的認(rèn)識(shí)與理解，也加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，化工原理是一門(mén)非常系統(tǒng)的課程，將理論知識(shí)、科學(xué)實(shí)踐和分析計(jì)算集合在一起。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，而不是單純的課堂講解。啟發(fā)式教學(xué)的推廣與應(yīng)用越來(lái)越受到重視，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，充分調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的動(dòng)力，將理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與智力的發(fā)展密切結(jié)合起來(lái)。在化工原理精餾教學(xué)中科學(xué)的運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)，強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)、重視課堂討論、改進(jìn)課后復(fù)習(xí)方式等幾個(gè)方面，使化工原理精餾教學(xué)不斷完善，提高教學(xué)質(zhì)量，為我國(guó)工業(yè)發(fā)展輸送更多高精尖人才。