《化工原理》課程教學改革初探*

尹曉杰，韓 陽，秦國旭，王新運，黑金培，尹艷君

(巢湖學院化學與材料工程學院，安徽 合肥 238000)

《化工原理》是化學工程與工藝專業(yè)的核心課程，同時也是應(yīng)用化學、生物制藥、生物工程等專業(yè)的重要課程。其教學內(nèi)容以化工生產(chǎn)實踐為基礎(chǔ)，講述生產(chǎn)過程中的各工藝單元、操作步驟及其工作原理。工藝單元和操作的相關(guān)內(nèi)容涉及兩大板塊，一部分是典型設(shè)備構(gòu)造、選型及實驗研究方法，另一部分為設(shè)備操作原理與過程計算[1]。在工作原理方面，課程內(nèi)容著重介紹工藝中組分間質(zhì)量、動能和熱能的傳遞過程。這些內(nèi)容都和實際生產(chǎn)緊密相關(guān)，能夠培養(yǎng)學生利用理論基礎(chǔ)知識解決實際問題的工程能力，為以后更深入的專業(yè)課學習和工作打下牢固的基礎(chǔ)，因此，化工原理課程地位非常重要。

應(yīng)用化學專業(yè)《化工原理》課程設(shè)置在大二下學期，在學習該課程之前，學生們已經(jīng)學習過相關(guān)的理論基礎(chǔ)課程，打下了一定的學習基礎(chǔ)，然而該課程的理論體系太過廣泛，工程性又較強，同學們首次接受理解起來較為困難。為了使學生快速接受這門專業(yè)基礎(chǔ)課的學習內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣，結(jié)合我院應(yīng)用化學專業(yè)的實際教學情況及本人的教學經(jīng)歷，探討一下在教學改革中的一些初步想法。

1 教學內(nèi)容

化工原理為專業(yè)必修課程，內(nèi)容較多，但是對于應(yīng)用化學專業(yè)的學生而言，課時較少(64個課時)，在一學期內(nèi)要把對于化學工程與工藝專業(yè)兩個學期的內(nèi)容都學習完，因此要適當?shù)臑橥瑢W們選取重要的內(nèi)容去講解。學習該課程的學生此前已經(jīng)學習了高等數(shù)學、物理化學、專業(yè)認識實習等基礎(chǔ)公共課程。尤其在物理化學的課程學習中，學生們已經(jīng)掌握了化學動力學、熱力學及相平衡的有關(guān)知識，這為化工原理中傳動、傳熱、傳質(zhì)的學習提供了基本的知識儲備。因此，教師需要由淺入深，突出要點，合理的安排學習內(nèi)容。本課程選用的教材為化學工業(yè)出版社出版的王志魁主編的《化工原理》，參閱的教材也可以選取譚天恩主編的《化工原理》或陳敏恒主編的《化工原理》，也都為化學工業(yè)出版社出版。本門課程分為三個板塊去講授，第一個是動量傳遞部分，對應(yīng)的章節(jié)為第一章流體流動、第二章流體輸送機械、第三章沉降，主要講述了流體流動的基本原理、流動規(guī)律及其應(yīng)用。第二個板塊是熱量傳遞部分，對應(yīng)的章節(jié)為第四章傳熱，主要講述了傳熱過程的理論模型、過程計算及應(yīng)用。第三個板塊是質(zhì)量傳遞部分，對應(yīng)的章節(jié)為第五章吸收和第六章蒸餾，吸收和蒸餾的目的分別是利用兩氣相組成和兩液相組成的溶解度和揮發(fā)度的差異使混合物實現(xiàn)分離。最后，第七章干燥章節(jié)由傳熱傳質(zhì)兩種傳遞過程組成，主要講述了固體濕物料經(jīng)由熱空氣對流干燥過程的基本規(guī)律及計算。本課程講授內(nèi)容豐富，符合大綱要求，重點章節(jié)分配課時明顯較多，相似內(nèi)容集中講授，有利于學生更好地吸收理解。

針對于以上教學內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學方法主要有多媒體教學法、直接講授法、練習法、實驗法等。多媒體教學法是指教師在教學過程中，利用多媒體計算機，將影音、圖像、聲音、文字等組合為一體，通過多媒體投影設(shè)備將知識內(nèi)容展示給學生們的一種教學方式。例如，在化工原理課程教學中，通常是先介紹一部分概念定義，然后再進一步的引入定律、理論及計算，在這一過程中，涉及到許多物理量的定義、基本定律及計算公式等。此時，可以使用多媒體教學法，將上述大量的知識信息方便快捷的傳遞給學生們。直接講授法是指教師通過口頭語言，直接向?qū)W生們傳授知識內(nèi)容，進行能力培養(yǎng)和思想教育。在這一過程中，主要是教師講、學生聽的過程，教師占據(jù)主體地位，學生僅僅只是作為聽講者，完全被動的接受知識內(nèi)容，課堂知識講解是整個教學過程的中心和重點。例如，在講授離心泵這一章節(jié)時，逐一的向?qū)W生們介紹離心泵的主要部件包括葉輪、泵殼、導輪等，離心泵的各個性能參數(shù)包括流量、揚程、功率等。練習法是指在教師的指導下，學生憑借自覺的控制，重復(fù)性的完成一定的任務(wù)，從而形成一定的習慣性學習技能和技巧。例如，在化工原理的課程學習過程中，第一章流體流動、第四章傳熱、第五章吸收和第六章蒸餾，這四個章節(jié)中，化工類的設(shè)計計算題是學生們需要重點掌握的內(nèi)容。教師通常會在課堂上為學生們講解例題，并布置課堂練習題和課后作業(yè)題，讓學生們重復(fù)性的練習重點類型的計算題。但在這一過程中，學生們往往會因為反復(fù)枯燥的計算過程而失去學習興趣和耐心，教學效果差強人意。實驗法是指在教師的指導下，學生們使用一定的實驗材料和設(shè)備，通過改變實驗操作條件，引起某些實驗現(xiàn)象的改變，從而從這些變化中獲得或驗證一定的知識理論?；ぴ碜鳛榛ゎ惖膶I(yè)核心課程，除了理論課外，還可以開設(shè)實驗課程，通常是在相應(yīng)的理論課程結(jié)束后，再開設(shè)對應(yīng)的實驗課程，從而加深學生們對理論知識更進一步的理解和掌握，此外還能進一步提高學生們的動手實踐能力。

2 教學方法

目前，大多數(shù)教師還是單純的采用上述傳統(tǒng)的教學方法去授課，其中采用最多的就是通過多媒體教學方式進行授課，多媒體教學可以有效地綜合各方面的資源如視頻、語音、動畫等[2]。然而多媒體教學也有一些缺點，如非核心知識量較多、放映速度較快，一部分學生跟不上教師的講授進度。尤其對于化工原理這門課程而言，其包含的概念、理論以及公式非常之多，如果僅僅依靠多媒體教學本身，學生學習起來難度較大，學習興趣也就較低。因此利用多樣性的教學方法，就顯得尤其重要，可以提高學生的學習興趣，改善教學質(zhì)量。

2.1 探究式教學法

作為目前推崇比較廣泛的一種教學方法，研究式教學法是指依據(jù)教學目的設(shè)計適當?shù)慕虒W情境，使學生能夠在該情境中自主的學習獲得知識的一種方法[3]。這種方法不僅使學生能有效的學習理論知識，而且還培養(yǎng)了學生獨立思考，勇于探索的精神，充分發(fā)揮了學生的主觀能動性。在化工原理的教學過程中，可以根據(jù)化工生產(chǎn)實際設(shè)計教學情境，因此也可以使用該教學方法，輔助學生學習。例如，在講授沉降這一章節(jié)時，先根據(jù)日常實際設(shè)計問題“降雨為什么會使空氣清新？”，然后讓學生們自己討論回答，最后通過對沉降過程的講授得出答案：空氣里充滿了塵粒，由于塵粒的密度較空氣的密度大，因此塵粒將向下作沉降運動，在運動過程中，其一共受到三種力的作用，分別是重力、浮力和阻力，當下雨的時候，塵粒會粘連上雨滴或者聚集起來，其粒徑就會增大，根據(jù)顆粒重力沉降時沉降速度的計算公式，顆粒的粒徑與沉降速度成正比，粒徑增大，沉降速度就會增大，塵粒就會較快地沉降到地面，整個過程相當于快速除塵的效果。再例如，在講到離心泵這一章節(jié)時，先給學生們舉一個例子，某化工廠發(fā)生了一例意外事故，一位新進職工在使用往復(fù)泵的時候，想要通過關(guān)小出口閥門的開度，減小流量，但是卻使往復(fù)泵發(fā)生崩裂而遭到破壞，讓學生們分組討論事故發(fā)生的原因，最終得出原因為：往復(fù)泵這種正位移泵的流量由其活塞截面積、行程及往復(fù)頻率等參數(shù)決定，而與管路特性曲線無關(guān)。調(diào)節(jié)閥起不到調(diào)節(jié)正位移泵流量的作用，其開啟度減小反而造成壓頭增大，在調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉時，泵的壓頭劇增直至超過泵的抗壓上限，導致往復(fù)泵受高壓而損壞。通過以上問題的提出探討，能夠使學生對于重力沉降還有往復(fù)泵的工作原理有更為深刻的印象，能更好的接受理解晦澀難懂的知識，并且充分調(diào)動了學生的主觀能動性，使他們獨立思考的能力得到了較好的提升?？梢钥闯?，與傳統(tǒng)的教學方法相比，探究式教學法不再單純的以教師為主體，學生們也是教學中的主角，學生們必須通過自己獨立的分析與思考得出一定的結(jié)論，從而極大的提高了他們獨立思考解決問題的能力。

2.2 案例式教學法

化工原理課程當中，涉及的理論性的概念較多，如果只給學生單純的講理論，那么他們接受起來肯定相當困難，針對這種情況，案例式教學法就是一個很好的手段[4]。例如，在講授傳熱這一章節(jié)時，我們會講到熱量傳遞的三種基本方式：熱傳導、對流傳熱和熱輻射，而這三種傳熱方式的具體含義，如果直接簡單的描述，對于學生來說理解較為困難，這時候就可以舉一個生活當中的案例，如我們在冬天的時候使用暖氣片取暖，取暖的過程實際上就是一個熱量傳遞的過程，首先，對于暖氣片殼層而言，是屬于由于物體內(nèi)部之間存在溫度差而發(fā)生的熱量從高溫部分傳向低溫部分的過程，依靠的是物質(zhì)的分子、原子和自由電子的熱運動產(chǎn)生的傳熱過程，這種過程就屬于熱傳導過程。其次，發(fā)生的是暖氣片向空氣傳熱的過程，緊靠暖氣片的空氣受熱發(fā)生膨脹而向上運動，于是周圍的空氣向暖氣片流動，形成對流，從而將熱量傳到其余各處。這種存在于流體中的熱量傳遞過程就將其稱為對流傳熱過程，其傳熱過程是基于流體中冷熱不同部位的流體質(zhì)點的宏觀運動從而將熱量從高溫處傳向低溫處。最后一個傳熱方式是熱輻射，暖氣片的傳熱過程也包含了這種方式，因為熱輻射是物質(zhì)因本身溫度的原因激發(fā)產(chǎn)生電磁波從而實現(xiàn)熱量傳遞的過程，任何物體只要溫度大于熱力學溫度零度，都能夠發(fā)生熱輻射過程。通過暖氣片這一實例，傳熱過程的三種方式就不再是抽象的幾句理論了，同學們能更好的加以理解。

2.3 對比式教學法

對比式教學法，就是指利用對比的方法將兩個或多個相似的知識點一起講解分析，利用該種方法能夠更好的體現(xiàn)教學重點，精簡知識體系，有利于學生更好的接受記憶知識[5]。例如，在講授蒸餾這一章中進料熱狀態(tài)參數(shù)的時候，我們采用對比式教學法，將五種進料熱狀態(tài)一并列出去對比，分別是冷液進料、飽和液體進料、汽液混合物進料、飽和蒸汽進料、過熱蒸汽進料，講授的時候可以以飽和液體和飽和蒸汽進料為兩個節(jié)點，溫度低于飽和液體的就是冷液進料，在飽和液體和飽和蒸汽之間的就是汽液混合物進料，而溫度高于飽和蒸汽的就是過熱蒸汽進料。另外，還是在蒸餾這一章中講解回流比的時候，回流比有兩種極端情況，分別是全回流和最小回流比，將這兩種情況一同對比著去講解，全回流是指塔頂上升蒸汽冷凝后全部回流至塔內(nèi)，此時回流比可視為無窮大，而當取最小回流比時，精餾段和提餾段的操作線將相交在相平衡線上；全回流時所需的理論板數(shù)最少，而最小回流比時所需的理論板數(shù)為無窮多。通過以上的對比講解，能夠讓學生快速接受不同的知識，便于對知識的整理和記憶，從而更一步提升學生的學習積極性。

3 評價考核方式

對于課程的考核評價是教學過程中極其重要的一環(huán)，其能夠反映學生的學習程度，同時也可以在一定程度上反映教師的授課效果[6]。合理的考核評價方式可以很好的反饋教學效果，有助于教師總結(jié)授課經(jīng)驗，進行教學反思。如果只考慮期末閉卷考試的成績，學生就會不注重平時的學習，僅僅在考試之前短暫的時間內(nèi)死板的記憶知識點，考試完就把大部分的知識忘記了，這對學生自身知識能力的提高非常不利于，也不符合原本的教學目的，因此采取合適的多元化的評價體系非常的必要。本課程分為三個環(huán)節(jié)去考核學生：平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、期末成績，分別占比30%、10%、60%，平時作業(yè)主要是選擇一些包含重要的基礎(chǔ)知識點以及容易混淆的知識的題目；課堂表現(xiàn)主要是看學生的到課率、聽課態(tài)度以及隨堂提問情況；期末考試還是參考閉卷考試的模式，考核知識點及題型要根據(jù)培養(yǎng)目標合理制定，做到以學生為本，從學生的角度出發(fā)，客觀全面的去考察，以更好的提高學生的學習熱情，增強其主觀能動性。

4 結(jié) 語

化工原理為化工及其相關(guān)專業(yè)的核心課程，也是學生們首次學習的工程性較強的一門課程。本人根據(jù)自己的切身教學經(jīng)驗與體會，從教學內(nèi)容、教學方法、評價考核方式三個方面進行改革探索。尤其對于教學方法這一方面，化工原理作為一門理論性很強的學科，學生們在短時間內(nèi)理解掌握非常困難，如果僅采用傳統(tǒng)的教學方法，很難使學生們對化工原理晦澀難懂的知識產(chǎn)生興趣，從而帶來較低的教學效率，為了有效的解決這一問題，本人在教學過程中應(yīng)用了多種不同的教學方法，通過有效的教學改革，激發(fā)學生的學習興趣，提升教學效果，為學生后續(xù)專業(yè)課程的順利學習以及從事工程實踐提供必要的理論基礎(chǔ)與條件。