面向煤化工专业化工原理理论课教学改革

任国瑜，亢玉红，闫 龙，李 健,刘晓菊

(1.榆林学院 化学与化工学院，陕西 榆林 719000；2.西北大学 化工学院，西安 710069)

煤炭是中国的主要化石能源，也是许多重要化工品的主要原料，随着社会经济持续、高速发展，近年来中国能源、化工品的需求也出现较高的增长速度，煤化工在中国能源、化工领域中已占有重要地位。许多应用型本科高校，结合能源分布和经济发展，大力培养煤化工专业型人才。[1]312-323其中，化工原理课程是煤化工专业学生的必修课，是一门重要的技术基础课。[2]化工原理以过程工业(化工、炼油、冶金、医药、轻工等)生产中的物理加工过程——“单元操作”为研究对象，它是认识过程工业的起点,是基础理论与过程工业生产实践之间的桥梁,是培养过程工业工程师的摇篮。化工原理是煤化工专业学生的专业基础课，具有很强的理论性和实践性。目前高校化工原理课大多数采用的教材是在化工专业使用的《化工原理》的基础上简化而成的，引用的工程案例与“煤化工”加工处理相关的案例较少。针对煤化工专业化工原理课程的特殊性和专业性，本文结合煤化工专业学生实际情况和多年的教学改革与探索，并借鉴其他同行的教学经验，分析了教师在讲述煤化工专业化工原理课程中应着重培养的素质和能力；指出了化工原理课程在讲授过程中值得借鉴的方法；提出了该课程在教学内容上的调整和双师双语教师的培养。

一、煤化工专业化工原理理论教学应培养的能力

(一)培养学生严谨的推导计算能力

严谨的推导计算能力贯穿学生学习生涯始终，提高学生的运算能力，必须加强练习。在课堂教学中注意规范的推导。得其法，推其理。在公式推导的讲述中，传统的黑板板书推理优势明显，从单位转化到计算，注意每个细节的规范化。然后让每位学生亲自推导，切忌眼高手低。严谨的推导计算能力是完成工程设计和计算的最基本保证。

(二)培养学生的工程意识、经济观点和解决实际问题的能力

化工企业除实现环境保护外，企业经营成本的核算也是必须考虑的一部分内容。因此，我们应重视工程意识和经济观点的培育。以“吸收塔的设计”为例，液气比的选择就是经济最优化的问题。不能一味地坚持高的吸收效率，还要进行成本核算。再比如讲解如何提高总传热系数，首先要知道总传系数的公式。

(1)

其中K：总传热系数，W/(m2·℃);αi：管内给热系数，W/(m2·℃)；αo：管外给热系数，W/(m2·℃)；λ:热导率，W/(m·℃);b:热传导层厚度，m;Rsi:管内污垢热阻，m2·℃/W；Rso：管外污垢热阻，m2·℃/W。

公式(1)看似很复杂，但是我们可以将其分解为五部分：管内、外流体传热热阻、管内、外流体的污垢热阻、壁面热阻。要提高总的传热系数，必须寻找到控制阻力。这样才能起到“四两拨千斤”之功效。使“巧劲”来提高总传热系数。这就是工程意识与经济观点。

教师还可以通过对典型实例的分析和讨论，培养学生选择适宜的工艺，在操作和设计方面解决实际问题的能力，在培养和建立工程与工艺相结合的观点和经济学观点的基础上，加深学生对基本原理的理解，最终达到处理工程实际问题的能力。

(三)培养学生理论与实践相结合的能力

通过化工原理课程的学习，使学生将煤化工学科中煤的干馏，煤的气化，煤的间接、直接液化和防治煤化工污染等方面的基本知识、基本设备和基本技能与化工原理课程的各个单元操作原理结合起来，更容易理解化工原理课程的理论知识点。通过PPT制作出新颖清晰的动画，将具体的工艺流程与化工原理知识点相结合。这样可以为学生更好地利用、发展当地资源打下一定的基础。培养学生科学的思想方法，注重实际的求实态度。[3]笔者在炼油厂工作过，深有体会。在入厂之前对化工原理课程的理论知识掌握算是比较扎实，但还是觉得理论知识和实践操作之间的关联度不够。入厂后才真正对化工原理课程里讲述的设备如精馏塔、吸收塔、换热器、泵以及各种类型阀门有了直观的认知。在宏观认知的基础上，才能更好地使用、操作和维修。

为进一步培养以上三种能力，在煤化工专业化工原理课程教学过程中应该注意教学方法的应用和教学内容的选择。

二、煤化工专业化工原理理论教学应掌握的方法

(一)运用好“类比式”教学方法,贯穿教学过程中的“收”与“放”

化工原理课程主要内容包括：流体流动、流体输送设备、非均相分离、固体流态化、传热与传热设备、管式加热炉、蒸馏、吸收、气液传质设备等。该课程的主要任务是研究石油化工生产中具有共同规律的各种单元过程的基本原理、典型的设备结构、性能与操作原理；研究单元过程及其典型设备的计算方法；通过各种单元过程的操作因素分析，寻找适宜的操作条件，探索强化过程的方向及改进设备的途径。培养学生灵活地运用基本理论，分析和解决各种单元过程中的工程技术问题的能力；熟练地进行单元过程和设备的基本计算能力及一定的实际操作技能和独立工作的能力。[4]在化工原理教学中,各单元操作都具有一定的相对独立性，但实则存在有一些相似的传递规律。教师可以发散学生的思维，但也要适时把握时机，进行归纳总结。注意把重点落在所要阐述的问题上，做到“形散而神不散”。为了加强对某一单元操作的理解，可以用学生学过的具有相似传递规律的理论来进行类似归纳式教学。将化工原理的教学内容按照三传(动量传递、热量传递和质量传递)理论去归类。[5]单元操作是行业共性的归纳和抽象，而传递过程则是行业共性在科学机理层面上的进一步概括和抽象。因此，可将单元操作分为三大类，每一大类中具体包含的单元操作如图1所示。其中，对于流态化过程同时涉及三种传递现象，如双液膜理论也同时涉及了三种传递，这样既可以对比三种传递现象又可以重温旧知识点。实践证明，这种类比教学法不仅能拓展学生的思维，加深其对该单元操作的深入理解，而且还可以对各单元操作的理解系统化、清晰化。

图1 以“三传”为物理内核的单元操作

(二)应用好“对比归纳式”教学方法，加强知识点的理解

化工原理的各个单元操作可以归结为三类传递[6]：动量传递、热量传递和质量传递。三种类型的传递有相似之处，也有不同之处，对比归纳法为化工原理课程教学提供了一个好的方法。通过两种相似或相反的事物进行对比，为了寻找事物的异同，寻找事物的本质和特性。比如泵在使用过程中最容易出现的两个问题，气缚和气蚀现象，学生容易混淆这两个知识点。对此可以从以下两方面着手：(1)从汉字本身的字意上去解释，这是中华五千年的智慧结晶。“缚”是束，捆绑之意。离心泵被空气捆绑，不能形成足够的真空度来运输流体，原因是没有灌泵或气密性不好混入气体。“蚀”即侵蚀，损坏之意，是气泡消失形成局部真空，产生局部冲击力造成气体对泵体的损坏。原因是安装高度不合适，动量转化过程中发生相变产生气泡，气泡破裂发生气蚀现象。这样的解释学生不容易混淆。(2)通过视频展示气缚和气蚀现象，这样就更容易去掌握两个知识点，在泵的使用过程中会尽量避免这两种现象的产生。所以通过这种对比式教学可进一步提高教学质量。

(三)应用好“启问式”教学法，激发学生兴趣

俗话说：兴趣是最好的老师。教师收集一些生活以及生产实际中与教学内容相关的“问题”，在课程讲述过程中选择一些“切题”的问题，让学生从“问题”入手，唤起学生的好奇心和求知欲，产生寻求答案的意识。结合当堂课程的知识点设置一些趣味性的课后题，调动学生的主动学习意识，锻炼学生课外查阅文献资料的能力、解决问题的能力。因此，发掘和培养学生的兴趣点，是培养学生成才的重要因素。如在讲授“导热系数”时，笔者设计了如下问题:为什么在寒冷的冬天，如果把舌头舔在铁架上，舌头会被粘住？这是因为铁的导热速率快，将舌头迅速降温，舌头表面的唾液结冰，舌头被冻在铁架上了。不只是铁，铜、铝等金属也会出现这种情况。这是因为当含有大量水分的部位接触到放置在寒冷室外的金属时，这些金属迅速传走接触部位的热量，导致表面的水分结冰。粘连现象是结冰造成的，如果硬拉扯会造成舌部脱皮、拉伤。可等一会，经身体血液的流动，很快就会化开。在东北的冬季，不戴手套是不能轻易触碰室外的金属物品的，以免粘掉一层皮，就是这个道理。这样既可以增加趣味性又可以增加学生的安全常识。

三、煤化工专业化工原理理论 教学形式和内容的选择

(一)精心制作多媒体课件、充实教学内容，积极采用现代教学和传统教学相结合的手段

对于多媒体课件的制作，首先要逻辑性强，条理清晰。加入生动的动画仿真模拟既可提升学生学习的积极性又使学生容易理解知识点。[7]其次，多媒体课件的内容一定要新，及时更新、及时掌握最新研究方法和发展动态。[8]但是不能纯粹地依赖多媒体，对于重要的知识点和公式推导，传统板书效果更好。在教学形式上,我们改变了原有的、单一的黑板教学形式，采用课堂教学、多媒体教学、网络教学、双语教学、课外辅导等多样化教学相结合的形式。

(二)引入煤化工工程案例，用化工原理的知识点解释其原理

对于煤化工专业的学生，煤汽化是一个很基础的知识点，煤的汽化过程是一个热化学过程，它以煤或煤焦为原料，以氧气(空气、富氧或纯氧)、蒸气或氢气为汽化剂(又称汽化介质)，在高温条件下，通过化学加工的手段将煤或煤焦中的可燃部分转变为气体燃料的过程。教师在讲授传热知识点的时候，可以引入汽化炉这个设备，如图2所示，这样既可以加深煤汽化过程，又可以将所学习的知识点学以致用。

图2 煤汽化过程示意图

四、煤化工专业化工原理理论教师队伍建设

(一)煤化工专业化工原理课程双语教师的培养

随着科技信息化与国际接轨，实现国内外的教学理念，教学方式的接轨，双语化教学势在必行。首先，一方面引入双语教师，另一方面加强老教师的双语培训，鼓励教师不断学习，与时俱进。也可以提高学生的双语水平，为学生阅读外文文献自主学习创造基础和氛围。其次，对于双语化教学，教师要精心备好每一节双语教学课程，提高教学质量， 充分备课是上好双语课的前提。所以，双语课要抓好备课这一环。教学实践表明，教师在备课上所花工夫的多少直接影响授课的质量。比如说进行公开课教学时，教学效果一般都比平时要好就证明了备课之重要。所以，一堂成功的课，无不凝结着教师备课的心血。最后，为培养和提高教师综合能力和素质，在条件允许的条件下，有计划有目地安排教师在职学习或出国进修，这对双语教学是非常重要的。有数据显示，一些高校中，在双语教学师资队伍建设中，构建了年龄、学历和知识结构合理的队伍，以中南大学为例：教学团队中50%的教师(20%有留学经历，80%具有博士学位)进行双语授课，学生受益可达70%。[4]

(二)煤化工专业化工原理双师教师的培养

多半教师为硕士或者博士毕业后直接进入学校，没有工程背景和工厂操作经历，给学生讲授基础课或专业基础课尚可，但是对于专业课的讲授，例如化工原理课程，特别强调工程背景之重要，许多教师往往只能照本宣科。对于没有工程实践和工程背景的教师在授课的时候经常存在理论联系实际能力较弱等常见的问题，造成教师授课费劲、学生听课费劲的局面。对于化工原理课程，强调实践动手能力的专业综合实验课程，教师只有自身具备扎实的工程实训背景和工厂操作能力，才能很好地引导和指导学生参与“互联网+”相关的创新型课程或者一些简单的实训项目。首先，对于化工原理课程的讲授教师，应该尽可能多地参与工业实习和工业见习，增加授课教师自身的实践能力，才能更生动准确地讲解。最后，学校应该多引入双师型教师，教师之间相互学习探讨观摩，共同进步。其次，学校应该加大双师教师的培训。有目的有计划地选送化工专业教师进行研修培训。依托当地国有大中型企业，选送相关教师下企业挂职工作，共建“双师型”教师培训基地。

五、结语

对于煤化工专业的化工原理课程，本文从教学目标、教学方法、教学内容和师资培养四个方面提出了课程改革的建议。笔者通过多年煤化工专业化工原理教学，不断总结归纳经验，在化工原理教学中，尤其要注重理论与实践的结合，以及认识到类比归纳式教学对提高学生思维能力、提高教学质量和教学效果的重要性，从而可以培养学生分析问题、解决问题的能力。如何进一步提高化工原理教学效果，还需虚心学习、潜心摸索。

[1] 谢克昌.能源“金三角”发展战略研究[M].北京：化学工业出版社，2016.

[2] 李入林,王琳.应用型本科《化工原理》理论教学改革初探[J].贵州化工，2009，34(4):45-48．

[3] 柳海兰,韩顺玉.化工原理教学方法和教学手段的研究与改革[J].广东化工,2008(3):93-95.

[4] 邱运仁．化工原理课程教学改革与实践[J].化工高等教育,2005(4):17-19．

[5] 张鑫,郑志明,曾慧.改进基础实验教学,适应素质教育的要求[J].化工高等教育,2004(3):88-89.

[6] 任国瑜,任旭,刘晓菊,等.化工传递过程基础教学方法的探讨与研究[J].广州化工,2014，42(8)：201-203.

[7] 苏俊宏,李建超,时凯,等.在教学和科研中助力理工科研究生能力的培养[J].渭南师范学院学报,2017，32(22):5-9.

[8] 李长亮．高校研究生创新能力培养研究[J]．教育教学论坛,2017(32)：89-90．