化学反应工程教学方法探讨

尹先清 李 赓

(长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023)

化学反应工程教学方法探讨

尹先清 李 赓

(长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023)

反应工程是化学工程与工艺专业的主干课程。针对反应工程的学科特点,围绕培养创新人才的培养要求,长江大学从培养学生科学思维方法、提高工程分析能力、理论联系实际、提高讲授质量、培养学生综合能力等方面做了有益的教改探索。

化学反应工程;教学改革;课程建设

反应工程是化工专业的一门重要专业技术课,也是“三传一反”的核心课程,该课程涉及物理化学、化工热力学、传递过程及原理等知识领域,内容涉及到生产实际较多,难点较多[1～3]。该课程既包含化学过程,又包含物理过程,学生普遍有畏难情绪,认为反应工程课程是大学中最难学习的课程之一。按照长江大学的教学计划,课时设置为40学时。要让学生系统掌握该课程的内容,并运用于实践中,必须在教学手段和方法上进行改革,把反应工程的基本要点和有关基础知识与工业生产实际紧密结合起来,运用工程分析的方法来学习反应工程的重要概念,使学生形成完整的反应工程观点,掌握反应工程分析的内容和方法手段,提升分析和解决实际工程问题的能力。

一、精选教学内容,强化教学效果

在教学中,教师只有了解和掌握反应工程课程的知识结构特点,即课程各部分知识的层次与相互关系,才能抓住教学重点,精选教学内容,有针对性地对教学内容进行革新。在实际的教学中,教师应围绕反应工程学科的两个基本问题,即反应动力学问题和反应器分析与设计问题,把反应工程的基本观点与基础知识紧密联系起来,从工程分析的角度讨论反应工程中的重要概念。因此,教师备课时要认真钻研教材,了解本学科发展动态,结合教材内容精心取舍,对讲课内容合理安排,做到重点突出,内容详实。重点讲授基本原理、前后内容之间的内在联系和发展关系,突出工程意识,增强学生分析问题、解决问题的能力。同时努力拓宽教学信息,结合本学科的发展史、发展成果、发展方向,把学科研究的最新工业化成果介绍给学生,激发学生的创新意识和工程意识。

反应工程的教学,应紧紧围绕反应动力学和反应器分析与设计两方面展开,这是教学的主干内容在教学安排上,我们从应用的角度和反应器设计与分析的需要出发,阐明反应动力学基本原理。在反应器分析与设计中,反应器类型众多,差异大,要从工程科学的角度抓住影响反应的本质要素,即反应时间、反应物料的混合度是决定反应进程的重要因素。物料在反应器中流动,必然存在返混,物料在反应器中停留时间分布的问题。在教学中从理想流动模型CSTR和PRF理想反应器入手,进行透彻分析,由此出发来进行实际工业反应器设计与分析,构成了整个反应工程课程教学的主线,教学上要为此安排较多的学时。结合精细化工和生物化工的发展,教学中还应对间歇和半间歇反应器的浓度-时间、浓度-轴向距离的变化图进行分析与讨论。对于多相反应系统,重点论述气—固催化反应的宏观动力学及固定床催化反应器。

二、多媒体、电子课件等现代化教学手段的应用

多媒体教学设备的普及,革新了传统的教学手段和方法。主讲教师结合教材自制一整套电子备课讲稿,制成多媒体CAI教学课件,用图像、动画、声音的有效组合,取代传统的单一的黑板板书模式,提高了教学效率和效果,便于扩充完善讲课内容,灵活调整讲课素材。几年来该课程全部在多媒体教室上课,利用现代化的教学手段,强化教学素材中的直观效果,尤其是各种反应器的结构形式和操作方式,反应过程的模拟等在多媒体动画中直观地呈现在学习者面前,能促进其理解。

三、注重理论联系实际,进一步提高教学质量

长江大学是一所服务于石油、石化的地方综合性大学,学生就业面广,要求学生能够学以致用。基础知识的掌握对于解决实际工程问题非常重要。在教学中我们结合实习教学,将现场典型的工业反应器从结构、原理上进行工程分析,加深对其的理解。如硫磺制酸中的SO2转化反应器是一种典型的多段绝热固定床反应器,实习现场采用孟莫克公司的HRS技术,热能利用率比传统工艺高25%,极大地节约了能源,从理论上分析其工作原理、控制方法:生产中是通过何种手段实现的,怎样操作才能提高SO3转化率,及时将反应产生的热量与系统物料完成热交换,反应一次,换热一次,反应与换热交替进行。我们在讲课中列举大量实例,如甲醇氧化制甲醛的固定床氧化反应器、石油化工中的流化床催化裂化装置反一再系统、精细化工生产中的尾气的吸收利用等。这些实例以理论为指导,通过分析反应器的结构形式、工作原理来理解理论知识,同时丰富了理论,通俗易懂,学生学习有激情,受益很大。

四、重视实验教学,强化教学过程

化工开发实验教学是进一步强化理论知识的有效途径。我们在化工开发实验中,采取开放式教学模式,对实验内容、实验对象开放,为反应工程的教学提供了扩展教学方法和教学手段的空间。化工开发实验室有多功能仿真实训系统、多釜串联停留时间实验装置、管式反应器实验装置等多种,涵盖了典型的反应工程的内容。尤其是多功能仿真实训系统,其工艺流程、操作模式、物料投料完全与生产实际一样,使学生对操作的过程和设备有直观的了解和认识。在课程教学中,对实验原理讲透,让学生走进实验室来,对化学反应器的主要类型和典型的设备有一个概括性的了解。学生可以与教师预约时间,开展独立演示实验。这些实验教学加深了学生对所学理论和过程的认识理解,巩固了所学知识。

教学改革后,该课程教学科时数少。在实施素质教育、培养创新型人才的社会大背景下,应力求让学生系统掌握反应工程课程的内容,把反应工程基本观点与工程知识紧密联系起来,从工程应用分析的角度来讨论反应工程的重要工程概念。对反应工程这样一门最能体现化工专业特点的学科,让学生掌握并运用它是很不容易的,必须从教学方法和手段多方面进行改革。这是一个需要不断创新的系统工程。

[1]邹汉波,陈胜洲,林维明,等.化学反应工程课程建设的探讨[J].广东化工,2008(2).

[2]周涛,谭军,叶红齐,等.化学反应工程课程教学内容和课程体系改革[J].化工高等教育,2006(3).

[3]赵玲,许志美,曹发海,等.科研提高教学品质——科研成果在化学反应工程课程建设中的“四进”[J].化工高等教育,2008(3).

责任编辑 强 琛 E-mail:qiangchen42@163.com

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1673-1395(2010)05-0032-02

2010-07-01

湖北省本科品牌专业建设研究项目(鄂教高[2006]24号)

尹先清(1962—),男,湖北仙桃人,教授,硕士,主要从事化学工艺及应用研究。