化工原理课程中多种教学方法的运用

秦正龙

摘 要：化工原理是化工及其相关专业的一门重要专业基础课程。在化工原理教学过程中，适时灵活地巧用数学定律、图解法、类比法等多种教学方法和手段，提高学生的学习兴趣，加深学生对过程本质的理解，突破知识的重点和难点，激发学生创新性思维，取得了较好的教学效果。

关键词：化工原理；教学方法；数学定律；图解法；类比法

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）08-0095-02

Abstract： Chemical engineering principle is an important basic specialty course of chemical engineering and related specialties. In the teaching process， a variety of teaching methods and means， including mathematical laws， graphic method， analogy method， are used duly and flexibly to improve students' learning interest， deepen their understanding of the nature of the process， break through the key and difficult points， and stimulate their creative thinking， which have achieved good results.

Keywords： chemical engineering principle； teaching method； mathematical law； graphic method； analogy method

化工原理是一门重要的工程技术基础课程，是我院制药工程专业必修的一门主干课，主要讲述化工生产过程中单元操作的原理、特点和典型设备的结构、操作性能及设计计算等[1]，具有公式多、系统性差、知识面广、应用性强、内容抽象等特点，给学生的学习带来很大困难[2]。对此许多教师在化工原理教学过程中进行了积极的探索[3，4]，取得了良好的效果。作者在这方面也作了一点尝试，下面就化工原理教学中的一些具体做法谈谈自己的体会。

一、活用数学定律 揭示过程本质

在化工原理教学过程中，将传授的专业知识灵活地应用数学定律进行解剖、分析，可以清楚地揭示化工过程的本质。吸收是分离气体混合物的重要手段，是化工原理教学的一个重点。在传质速率计算时，如果浓度的基准不一样，传质速率方程也就不一样。因为界面浓度一般不易得到[5]，所以在设计应用时一般使用以平衡浓度为基准的传质速率总方程。

式（5）即为以（x*-x）作为推动力的液相传质速率总方程。在上面的推导过程中，通过使用数学上的合比定律，学生就很容易理解总传质阻力1/Kx是液相传质分阻力1/kx与气相传质分阻力1/mky之和，总传质推动力（x*-x）是液相传质分推动力（xi-x）与气相传质分推动力（y/m-yi/m）之和。由此还可以得到如下结论：（1）在定态操作的串联过程中，总推动力一定等于各分推动力之和，总阻力也一定等于各分阻力之和。（2）过程的推动力越大，其对应的阻力也越大；反之亦然。

二、活用图解法 突破重点难点

图解法是一种用图像来显现、分析和解决问题的方法，它能使复杂问题简单化，抽象问题具体化，有利于突破教学的重点和难点。在教学过程中我们发现，学生对教材[1]第253页“对于已建成的精馏装置，其理论板数已经确定，因此，调节回流比就成为保证产品纯度的主要手段。在操作過程中，若增加回流比，产品的纯度将提高，反之，则会下降。”这段话很难理解。那么为什么会出现这样的结果呢？

根据全塔物料衡算：

由于xF、q、D/F一定，因此增大回流比，精馏段操作线的斜率必然增大，并由（6）式可知可能会出现三种情况。第一种情况是xD、xW都保持不变；第二种情况是xD变小、xW增大；第三种情况是xD增大、xW变小。究竟哪一种情况是正确的呢？如果采用图解法，问题便迎刃而解了。首先根据题意作出三种不同情况下精馏过程的操作线，然而画理论塔板，在第一、第二种情况下，全塔的理论塔板数均减少，说明这两种情况是不可能成立的；对于第三种情况，全塔的理论塔板数则保持不变，符合条件。即回流比增大，塔顶产品浓度xD提高，塔底产品浓度xW下降。

三、活用类比法 激发创新性思维

类比教学法是以建构主义理论为基础，对事物之间的异同进行对照分析的一种思维过程。传热是重要的化工单元操作，解决问题的方法是热量衡算方程和传热特征方程。以热流体冷却为例，即T1、T2、Wh、Cph一定，计算换热器的换热面积S。在设计过程中，流向、Wc及t2、t1等参数可以任意选择。为了提高传热过程的推动力，一般采用逆流换热，特殊情况下也可采用并流换热。在T1、T2、t1一定时，如果Wc减小，则t2升高；当（WcCpc/WhCph）min时，冷流体出口温度最大，但所需要的传热面积S无穷大，故应选择适当的Wc，且一定要大于Wcmin。对于冷流体进口温度t1，假设冷流体是水，冬天水温取10℃，夏天水温取25℃，显然Δtm冬>Δtm夏，则S冬四、结束语

化工原理是衔接理论基础课与工程类专业课的重要桥梁，其教学效果对专业知识的学习起着举足轻重的作用。因此，在教学过程中，必须适时地、灵活地、综合地应用多种教学方法和手段。活用数学定律，加深学生对过程的理解，掌握过程的本质；活用图解法，化难为易，突破重点难点；巧设类比，提高学生的学习兴趣，激发创新性思维。经过多年的教学实践，收到了较好的教学效果，得到了学生的肯定，值得大家进一步去探索研究。

参考文献

[1]王志祥，黄德春.制药化工原理（第三版）[M].北京：化学工业出版社，2014：2.

[2]史德青，王万里.浅谈开放式习题在化工原理教学中的作用[J].化工高等教育，2015（5）：92-94.

[3]王瑞芳，谢远红，熊何健，等.浅谈化工原理教学体会[J].中国校外教育，2010（8）：170，189.

[4]杨宗政.化工原理教学方法探讨[J].中国轻工教育，2008（4）：59-61.

[5]陈敏恒，丛德 ，方图南，等.化工原理（下册，第三版）[M].北京：化学工业出版社，2013：17.