《化工原理》课程知识体系的“流程化”模式探索*

许茂东，张翠歌，杨仁春

(安徽工程大学生物与化学工程学院，安徽　芜湖　241000)



《化工原理》课程知识体系的“流程化”模式探索*

许茂东，张翠歌，杨仁春

(安徽工程大学生物与化学工程学院，安徽芜湖241000)

《化工原理》作为一门化学工程类基础课程,其课程特点是应用性强、计算公式繁多、影响因素交叉性强等，而且学习过程综合分析能力要求较高。为了促进学生的的学习热情、使学生把握理论基础、实现融会贯通，将化工工艺的“流程化”特点与《化工原理》相结合。从而进一步让学生对课程知识体系有更直观、更深刻、更系统的认识，并且使学生的工程意识得以强化。

化工原理；归纳总结；授课方法；流程化

为了响应国家“卓越工程师计划”和完成国家新型工业化转型发展，使“科技中国、创新中国”的“中国梦”得以顺利实现，培养和造就创新能力强和适应经济发展的高质量工程技术人才已成为当前高等教育的首要任务[1-2]。以往乏味的“复读机”式的教育模式已经不能满足当前教育的需要，为了进一步提升学生的发散思维和工程创新能力、强化学生的专业知识理论基础，希望能借助于理论与工程相结合，知识体系与化工工艺“流程化”特点相结合的模式来实现专业上的过度和衔接[3]。因此，如何激发学生的学习动力，强化学生理论基础，则是本课程教学改革的基本方向。

1　教学实践遇到的问题

由于化工原理课程属于专业基础课，它有别于“四大化学”课程，主要内容偏向于物理学科、化工机械和工程应用。基于以上原因，一般初学者起初不能很好的进入课程体系，无法理解工程的概念，更不能从宏观上把握每个章节的知识脉络。学习积极性会随之降低，学习效果也逐渐变差。

化工原理课程主要讲述化工操作单元的基本原理和过程计算，而过程计算一般公式较多，变量之间的相互关联性也较大，例如：精馏塔中最佳进料板的位置选取、最佳回流比的确定等问题。如何能将此类问题化繁为简，由浅入深，并有效拓展学生在工程方面的思维能力和工程设备优化设计能力；如何改进教学方法、提高本课程的教学质量、并达到国家对“卓越工程师”的高要求，就成为目前化工专业课程教学所面临的新任务。

当前，化工原理课程在教学过程中存在的问题有以下几方面。

1.1课程章节内容逻辑关系松散，造成学生学习没有主线

化工原理课程中每章中的知识点较多，而且这些知识点一般比较独立松散。在课堂讲授过程中，学生一般能较好的理解，但是在做题过程中，学生会感觉无从下手。究其原因，最主要的就是学生没有将这些零散的知识点联系起来，无法找到它们之间的关系。如同你给了他们一把珍珠、一根针和一丝线，同学们却无法将它们编成美丽的项链。如果我们再往深一层的去反思，为何会出现这样的问题？主要有以下几点原因：

(1)大部分教师在课堂讲述中，一般照本宣科，没有做到深入扩展和交叉性延伸。

(2)学生学习积极性和主动性不高，学习兴趣不强[4]，很少进行深究。

(3)部分教材节与节之间知识安排不合理，知识要点的引入没有逻辑性和连贯性。

1.2课程体系章与章之间相关性差，学生不能很好的进行知识衔接和对比

化工原理课程主要讲述的内容有三方面：传动、传热和传质。传动内容主要包括：流体流动、和流体输送设备；传热内容主要包括：蒸发和热交换；传质内容主要包括：精馏、吸收、萃取和干燥。首先，针对这三大部分内容之间来说，其各自都有自身的理论特点，彼此知识体系连贯性和相关性也就较差；其次，针对同一传递过程来说，如传质内容中的精馏、吸收、萃取和干燥，同一体系内各章节也没有顺畅的过度关系。这样就使学生在学习过程中，可能产生分章来学习的错误理解。

在授课过程中，如果老师只是照本宣科，将各章节内容孤立开来，而没有做到相互关联、相互对比，那么学生对于化工过程三传的共同特点就无法做到整体性认识和把握。而且，章与章之间的知识衔接和对比更无从谈起，所学的知识变得呆板而不灵活、浅显而不透彻。因此，如何对化工原理各章进行正确的脉络梳理，以及对比和归纳，使其形成完整而系统的知识体系，便成为教学中亟待解决的重要问题。

1.3教学过程偏重理论化，难以培养学生工程实践能力

在教学过程中，化工原理课程由于其中有大量的化工设备，以及设备操作原理的内容。单纯借助于常规的板书式教学，已经无法生动的给学生展现其中具体生动的过程。有些教师采用PPT课件进行讲解，学生学习效果反映较好[5]。但是，PPT课件更多是以内容展示为主，学生仍然无法获得实体感受，无法切身体会到设备的具体细节和设备的内部构造等问题。仅仅利用此方法，仍然无法激发学生对工程问题的足够兴趣。因此，在教学过程中，希望借助于更多的教学方法和教学工具，更好的提升课堂教学效果，更进一步的提高学生的工程实践能力和教学质量。

2　教学改革措施的探索和实践

教学过程中，根据教学中的问题应进行章节知识体系的整理和归纳。在授课过程中，对每一章节进行总结性归纳，采用类比公式和公式拓展的方法[6-7]，把章节中相关知识点联系起来，构成一个知识脉络树状图。通过章节之间的对比，讲述章节之间的过度关系等，使学生对整本书的知识体系有宏观性的认识。

2.1突出课程内容主线，强化学生理解深度

课程内容主线的概括归纳，能使得学生对知识体系有一个纲领性的认识，既有利于掌握知识脉络，又利于理论体系的交叉扩展，才能更好的去理解章节知识要点之间的关联性，以及章节安排的层次和主要目的。如何才能获得各个章节的内容主线？

解决方法包括以下几个方面：

2.1.1深入扩展、交叉延伸

化工原理中大部分章节公式较多，而且影响因素相互关联，很难理顺它们的相互关系。因此，这就增加了学生的理解难度。例如：化工原理中“流体流动”，可能内容的主要思想就是讲述流体流动过程中动能、势能、静压能、外功和能量损失之间的计算关系。而且，章节内容的安排上也是延续了这样的思想。在讲述过程中，通过课后总结，以伯努利方程为主线，以此对整个章节内容进行扩展[6]。并且，可以进行知识点之间的交叉延伸，让学生理解各个影响因素之间的相互关联性和约束性，以便更灵活的去分析实际碰到的工程问题。

2.1.2引出问题、学生自纠

在教学过程中，学生一般都是灌输性学习，对知识体系很少做分析思考，不去深究其中的根本原因和深层机理。因而，为了能将学生真正引入课程中来，强化学生自我分析问题、解决问题的能力，对章节关键知识点采取设置一些错误条件，让学生自己去排除问题的原因，由此来激发学生主动性和积极性。例如：①如果将转子流量计中的转子颠倒，那么能不能进行流量测量使用？②离心泵一般阀门安装在排除管路，如果安装在吸入管路，又将会有什么影响？

2.1.3调整章节、理顺思路

化工原理中有些章节内容逻辑关系不清晰，这样会导致学生在学习过程中，无法理解该节内容的意图，导致无法应用。对于此类问题，我们就必须采取调整章节顺序，有目的、有逻辑的进行课程讲述，以便学生更好的去理解，更容易的去理顺思路。例如：传热中的对流传热系数一节，课程一般先讲对流传热系数的实验研究方法，再讲无相变对流传热系数、蒸汽冷凝传热系数和液体沸腾传热系数等。简单来说，实际上就是两个方面：① 对流传热系数的实验影响因素；② 无相变和有相变传热系数的获取。这样就使得章节知识简单明了，思路清晰。

2.2进行章与章之间对比，合理调整教学内容

针对现有的化工原理教材，主体一般大致分为9个章节：①流体流动；②流体输送；③非均相分析； ④蒸发；⑤传热；⑥精馏；⑦吸收；⑧萃取；⑨干燥。各章节中由于研究的对象存在差异，因而章节过度没有明显的递进趋势。但是如果深入分析，我们仍能从其中找到他们彼此的相互关联和过度关系。例如：非均相分离中的过滤章节，其中讲述到颗粒群的问题，而在吸收章节中的填料的堆砌，就与之有很大的相似性。在讲述过程中，我们就可以把非均相分离的内容调整到吸收章节之前进行讲解，以强化他们之间的相互关系。

为了使授课内容能够连贯，而且过渡顺滑，以便于学生理解和掌握，可以采用以下方法对授课内容进行重组和整合。

2.2.1相似性章节进行对比整合

化工原理章节中很多章节都具有相似性，只有将这些相似章节进行对比归纳，进行章节整合，才能更好的体现“化工三传”的主干思想，使学生更好的掌握章节之间的相互脉络。比较典型的章节有流体流动和流体输送设备，这两章的内容都以伯努利方程为主线展开，流体流动主要讲述流动流体的能量损耗，而流体输送设备主要讲述流动流体的外能补给。这样以来，学生就能清晰掌握这两章知识体系的偏重点和相似点。

2.2.2相关性章节进行连贯衔接

章节之间有些内容有很强的相关性，通过章节顺序适当调整，可以使它们很好的进行衔接，更顺畅的进行过渡。典型的章节有吸收和干燥，这两章的内容讲述的共同点都是汽液两相的物质传递，有一个共同的主线就是扩散。只要把握住扩散的特点，便可以很好的将这两章的内容衔接在一起，从其本质上理解物质传递的原因，为理解过程终止条件奠定了基础。

2.3强化工程应用、提升分析能力

教学方法方面的改进主要是为了弥补单纯板书式和PPT模式理论教学的缺陷，以便强化学生工程应用能力和分析问题能力[8]。在当前信息膨胀的时代，信息的传递有着极其丰富的多样性和便捷性，教学过程可以将当前热点的工程分离手段和高端分离设备引入课堂，针对学生感兴趣的先进工程应用技术进行介绍，并将本课程的知识内容与其进行衔接，以达到激发学生的求知欲。

因此，教学方法和教学策略的改进格外重要，可采取的措施有以下两方面：

2.3.1借助设备装配实验，培养工程实践能力

化工原理最重要的一个特点就是工程应用性很强[9]。如果只是单纯的讲述理论知识，做一些简单的化工实验，仍没有办法提升学生的工程实践能力。因而，由此想到借助化工设备装配实验，是学生对化工设备和化工操作原理有更进一步的认识和具体的切身体会。由此使学生能在操作中发现问题、分析问题、解决问题，学以致用，开阔思路。

2.3.2引导学生设计创新，开拓眼界增强兴趣

上课过程中，通过例举生活中的一些现象[10]，或者当前比较流行的生活用品、化工设备、娱乐玩具等，以增强学生的学习兴趣。例如：①讲述伯努利方程中的静压能时，让学生去思考为何地铁要设置安全门；②讲述边界层分离问题时，引入飞机机翼和游乐场中的脚踏水翼；③讲述管道阀门时，引入阀门类型和种类，讲述各种阀门之间的差别；④讲述传热强化时，例举日常喝奶茶时为何向内吹气，奶茶会瞬间变烫等等。

3　结　语

基于化工原理课程知识体系的特点：单元计算公式繁多、分离过程机理复杂、分离影响因素较多、过程因素交叉关联性较强、理论体系脉络性较差等，在《化工原理》[11]教学过程中注意采用灵活多样的教学方法，理论与现实相结合，使知识体系构建“流程化”，培养学生综合分析的能力和分析解决实际问题的工程师素质。并通过课程教学改革与实践，使学生逐步掌握化工原理中分离操作的基本分析思路，完全理解基本知识脉络，深层次领会化工原理中理想分离模型的现实意义。并且培养学生较好的工程化思维模式，以及分离过程优化设计能力，达到化工“卓越工程师”的教学培养目标。

[1]李仲民,魏光涛,张琳叶. 实施“卓越工程师教育培养计划”下《化工原理》课程教学改革[J]. 山东化工, 2015, 44(17): 148-149.

[2]杨乐, 陈炜峰, 孙宁.卓越工程师团队化培养模式研究—以软件项目为例[J].科技创新导报, 2015 (13):12

[3]刘英梅. 中高职化工原理教学衔接研究[J].山东化工, 2015, 44(4): 119-121.

[4]田 怡. 提高学生对“化工原理”学习兴趣的探索[J].乐山师范学院学报, 2015, 30(4): 122-126.

[5]邢志勇,付颖,叶非,等.化工原理实践教学的探索[J].教育教学论坛, 2015(16): 107-108.

[6]许茂东,张翠歌.《化工原理》教学之因“章”施教[J].滁州学院学报, 2010,12(5): 117-118.

[7]徐岩. 浅谈化工原理的教学方法[J].广州化工, 2015, 43(8): 245-247.

[8]路平,刘红姣.《化工原理》课堂教学改革探索与实践[J].山东化工, 2015, 44(10): 154-156.

[9]黄贵秋,熊拯.应用型人才培养模式下的化工原理系列课程教学改革[J]. 石油教育, 2015, 28(1): 80-82.

[10]李裕. 化工原理课堂教学中生活常识联想[J].化工高等教育,2015(2):32-34.

[11]夏清,陈常贵.化工原理[M].天津:天津大学出版社,2005:1-365.

Exploration of the Course System of Principles of Chemical EngineeringwithChemicalTechnologicalProcessMode*

XU Mao-dong, ZHANG Cui-ge, YANG Ren-chun

(College of Biological and Chemical Engineering, Anhui Polytechnic University, Anhui Wuhu 241000, China)

Principle of Chemical Engineering,asafoundationcourseinChemicalEngineering,wascharacterizedbyitsstrongapplication,themultifariousformulas,strongcross-factors,andsoon.Inaddition,thecapacityofcomprehensiveanalysisduringthelearningprocesswashighlyrequired.Inordertoinspirethestudent’sstudyinterest,toenablestudentstograspthebasistheoreticalandachievemastery,theprocesscharacteristicsinchemicaltechnologywerecombinedwiththePrinciple of Chemical Engineering.Thus,thestudentshadamoredirect,moreprofoundandsystematicunderstandingofthecurriculumknowledgesystem.Andthestudents’engineeringideologywillbedeveloped.

Principle of Chemical Engineering;inductionandsummarization;teachingmethod;technologicalprocess

国家级大学生创新创业训练计划项目(201210363141)；安徽工程大学青年科研基金(2010YQ045)。

许茂东(1979-)，男，讲师，从事化工原理和化工机械的教学研究。

G642

B

1001-9677(2016)013-0160-03