应用技术型高校《化学反应工程》课程的教学改革探索

陈艳红，石会龙，姚媛媛

(中国石油大学胜利学院，山东 东营 257061)

《化学反应工程》是化学工程与工艺专业的一门非常重要的基础核心课程，同时也是其他相关专业的重要课程之一。该课程涉及到高等数学、化工原理、化工热力学和优化与控制、反应动力学、传递过程等众多学科领域的内容。当我们要把在实验室中的研究成果进行放大生产实现工业化应用或者在如何优化工业反应器操作条件、设计改造工业反应器时等等，这一系列重要的化学工程问题的处理解决，都离不开化学反应工程课程的理论指导。然而，经过几年的教学实践发现，学生普遍认为化学反应工程是专业课程中最难学习的课程之一，很多学生提出在学习过程中时常感到理论抽象难理解、步骤繁琐易忘记。针对这门难度很大却又异常重要的基础课程，如何改进教学方法，使学生学习过程中能够轻松易懂，能够与生产实际结合而不是以应付考试为目的，具有尤为重要的理论与实践意义。

1 应用技术型高校化学反应工程课程教学中存在的问题

1.1 学生文化基础知识比较差，学生学习热情较低

根据我国现在的高考招生政策，应用技术型高校的学生在基础知识上与重点高校的学生还是存在一定得差距，学生对知识的理解能力较差同时学习能力较弱。因此，在《化学反应工程》这种非常抽象并且理论性强，需要用到数学思维和工程思维的课程中表现尤为明显。另外，现在学生课堂积极性不高，很多学生处于被动式学习状态，不愿积极思考问题，只是应付考试，没有学习主动性。

1.2 师资力量相对薄弱[1]

应用技术型高校教师队伍中年轻教师占的比重很大，这些新引进的年轻教师一般具有较高的学历，但是存在教龄短和教学经验不足等问题。近几年来，随着高校扩招的原因，很多教师教学担子愈加繁重，课程多、压力大，从而造成了老师没有太多精力用于精心备课和教学研究，教学水平难以提高。再就是，中青年教师大多是都是一毕业就进入高校工作，没有经历在工厂一线的实践工作过程，因此对实践教学认识不深入，课堂中关于实践教学内容不能很好的体现，实践教学能力有待于提高。

1.3 教学方法亟待改革[2]

教学过程中，有的教师习惯采用传统教学手段即原始的黑板粉笔教学方法。由于反应工程公式推导较多，因此老师在黑板上进行公式推导，由于书写速度较慢，学生通常有充分理解的时间，前后内容衔接紧密，有利于学生对比和总结。但是，这种教学手段会花费较多的时间在书写上，导致课容量较小，特别是在讲授固定床反应器等章节，由于公式多而复杂此现象尤为明显。另一种老师常采用的教学方法为多媒体教学，该教学手段可以使课程内容生动化、形象化，通过模拟的动画、视频等素材可以拓宽学生视野，让学生更加清楚的了解反应器的内部结构和原理。然而，当将该教学手段用于理论公式的推导时，单纯通过多媒体教学，学生往往不能很好的掌握推理过程，对公式的理解也不够深入，从而造成知识的掌握有一定的困难。因此，如何提高教学方法，也是该课程目前面临的问题之一。

2 解决措施

2.1 强化课程重要地位，提高学生学习爱好

很多学生认为《化学反应工程》是大学专业课中里最难学的课程之一，这是因为它涉及到了物理化学、化工热力学、化工传递过程以及设备优化及控制等多方面内容。大多数学生认为该课程公式多、设备多、概念多，从一开始接触就容易产生畏惧心理。因此，吸引学生对该课程产生浓厚的兴趣是学好该课程的关键点。我们知道兴趣是最好的老师，只有当学生对课程产生了浓厚的兴趣并意识到该课程的重要性，才能产生去积极学好这门课程的主观能动性，这时候就自然而然地会积极主动地克服学习中遇见的困难。要达到这个预期的目标，就要求教师把第一堂绪论课上的要精彩。通过绪论教学让学生了解该课程的重要地位，激发他们的求知欲和学习兴趣。当学生能认识到该课程的重要性，他们就会自觉地在学习上花时间投入更多的热情和时间，主动去克服学习中遇到的困难。对教师来说，就要求我们要把整个课程内容“吃透”，并结合丰富的教学经验，能够恰当的回答“什么是反应工程?它有什么样的地位?为什么如此重要?”等基本问题。同时，教师最好能够把该学科最前沿的科技动态和应用现状介绍给学生，让学生一开始就能够深刻感受到该课程在实际生产中的重要性，让学生明白学习是为了更好的应用。要达到这一目标，教授该课程的所有教师应在每学期上课前进行一次集体备课讨论，各位老师通过交流问题和经验，从而互相提高。另外，新老教师可以通过传、帮、带的做法，老教师将自己积累的一些教学经验传授给青年教师，同时也可以从青年教师哪里学习一些本专业方面新的前沿性的知识动态以及一些好的建议方法。针对部分有相关科研课题的教师，可以根据自己的科研实践经验，采用一些具体实际的实验数据和工厂实践中问题的解决途径，解答理论课堂提出的诸多问题。例如教师在课堂让可以提出实际问题:为什么在不同的化工工艺中反应器的结构和操作形式不同?我们日用的化妆品等精细日用品合成是采用什么样的反应器，而炼油工艺中的反应器又有什么特点?引导学生去思考，告诉同学们当学习完化学反应工程后就可以解答这些问题。

2.2 精心组织教案，精选课程主要内容[3]

根据培养人才目标的不同，选择合适的教材是目前各高校对该门课程改革的方向之一。目前，化学反应工程的教材有很多版本，其中中文版关于《化学反应工程》的教材常见的就有十几种，这些教材虽然在结构编排上差别较大，但是所包含到的内容都与教学大纲规定是已知的，因此合理选择教材对于教学和学习非常重要。针对本专业特点，同时结合我们学生的实际情况和教育部本科院校评估的要求，目前我们使用的教材是由陈甘棠教授主编的“十一五”国家级规划教材《化学反应工程》第三版，该教材内容较全面、丰富。另外选取很多高校使用的外文版教材O.Lev enspiel主编的“Chemical Reaction Engineering”(3rd，2002)作为部分优秀学生的参考书，这样，在学习反应工程知识的同时又提高了学生的专业英语水平。另外，在教学内容方面，教学内容应力求能展现本学科的科学性、先进性和适用性。本科阶段该课程讲授的基本内容主要包括两部分:反应动力学和反应器的设计与分析。其中动力学部分主要是通过反应过程中的动量、热量和质量传递对反应动力学的影响也就是常说的“三传一反”，揭示了反应动力学的基本知识、流体流动基本模型和非均相反应过程的传递理论等;而反应器的设计与分析部分，主要包含一些典型反应器(如固定床反应器)在宏观反应过程遵循的基本原则和计算方法，其中，数学模型是其主要的研究方法。学习本课程之前，学生对数学模型是很少接触的，而且学生的高等数学基础也参差不齐。许多学生对数学模型知之甚少，并且基础数学水平也有高有低，因此教学过程中，应本着由浅入深的方法进行教授。例如，在讲授反应器的性能方程之前，教师会首先给学生介绍衡算方程这个数学模型，这个时候授课教师就可以结合学生正在或已经学过的化工原理、物理化学这些课程中已经接触过的质量衡算、能量衡算等例子，让学生对衡算方程能够比较系统的认识。而在随后的章节例如釜式、管式反应器的设计中，授课教师应该先给学生归纳总结不同反应器的特点，再根据这些反应器本身的特点给学生展示如何来选列衡算体系和衡算方程，同时，一定要注明衡算方程中各项的物理意义，详细地向学生教授清楚。而对于大多数学生普遍反映理解比较困难的章节，例如，非理想流动和停留时间分布这一章，教师在内容组织上，尽量把握将抽象的内容以通俗易懂化的原则讲述给学生，让学生首先明确停留时间分布研究的意义及用途，和我们工业反应器的设计与开发有何关联?而针对一些涉及到较为复杂数学模型的教学内容，例如固定床反应器的设计和非均向反应动力学等知识，学生通常难以完全理解这部分内容，教师教学时可以重点突出，以讲授思路和方法为主，论述最终结果为辅。

2.3 改革教学方法，采用多种教学手段[4]

传统讲授反应工程的教学方法通常遵循以下步骤:教师首先提出动力学模型，然后给学生展示怎么推导得到该模型，最后让学生明白该模型在实际的工艺中如何应用来解决相关的问题。这样传统的教学方法不能体现现代教育的基本原则。现代教育的基本原则要求教师通过“启发引导”和学生的“积极主动反应”实现课堂的高效率。因此，如何培养学生积极思考问题和解决问题的能力，通过学生的主动思考提高课堂教学的效率，也是众多高校在《化学反应工程》教学改革中不断探索的一个关键问题。《化学反应工程》的一大特点是:公式多、难点多，公式推导复杂。为了确保学生对所学知识内容能够充分理解，基本方法能在学习实践中学以致用，就需要对教学方法和教学手段进行改革。作为任课教师要认真研究教学方法，教学中尽可能的采用多种教学手段相结合，保质保量地完成教学任务，同时上课中注意突出各章节重点和难点，使学生有的放矢，利于学生对课堂知识的理解和掌握。首先，在讲课方式上，要充分把握教师和学生之间的“启发引导”和“积极主动”的现代教育基本原则。在教学过程中，使学生在学习中能够处于积极的思考问题、提出问题的状态。在启发式教学的基础上，教师还可以针对不同章节采用对比、归纳、提问等方法来调动学生的学习积极性和主动性。例如，可以应用对比与归纳结合的方法对平推流和全混流两种理想反应器的型式和特点进行评选。而对于一些有难度同时又在几种情况下反复出现的概念，教师在上课过程中可以采用课堂讲解和学生探讨相结合的形式，通过讲解和学生的分组讨论最终由学生自己总结结果。这样即能够活跃课堂教学气氛，同时也提高了教学效果。再次，灵活地采用多种教学手段是教学方法改革的重要方面之一。教师根据每堂课内容的特点，有选择性地使用多媒体和板书结合可以达到事半功倍的效果。例如，在讲解固定床反应器的内容时，单纯采用板书不能形象的向学生展示反应器的内部构造，这时候教师可以利用多媒体将工厂一些实际固定床反应器的剖面图和反应器的实际操作工艺流程搬到课堂中，这样就可以让学生真实生动的看到反应器的内部结构，此时不在是头脑里的想象而是真实实物的展现，这样学生在理解反应器内部的传质与传热状况就简单的多了。对于一些复杂的公式推导，例如各种反应器的操作方程，则可以使用板书的形式，保证学生跟上教学思路。多种教学手段相结合，可以提高教学效率。

2.4 做到理论实践结合，培养工程分析能力[5]

化学反应工程研究的对象是工程过程中的各类反应器，学习的目的就是如何来操作反应器、设计反应器，因此在理论教学的同时，必须联系实际工业生产过程，例如，上课时讲到的工程概念“空时”、“空速”的概念就要向学生说明和我们通常提的反应时间的区别，积极引导学生树立宏观工程观念，加大理论和实践相结合力度。只有当学生把在课堂上所学知识应用到实践工程中时，才能让学生真正感受到所谓学以致用，发挥学习知识的主动性和积极性。应用技术型高校主要培养的是应用性人才，因此，除了理论知识的学习，相应的实验内容和实践内容显得尤为重要。我校的化工过程实验室主要包括以下实验装置:多釜串联反应器、多级混合流反应装置、管式流动反应器等。这样，课堂上讲的一些理论知识就可以在学生做实验和处理实验数据的过程中获得验证。此外，针对化工专业的学生，我校在第四学期的暑假和第六学期的暑假都设有对应的化工认识实习和化工生产实习两次实践教学。当学生进入生产一线时，学生通过自己的亲身经历就能够深刻体会到反应工程学在生产实际中的应用和经济效益。通过课堂教学和生产实践相结合的教学方式，可以从根本上消除对该课程的排斥感，加深对知识的理解。此外，我院还积极引导学生参加大学生创新项目，授课教师通过引导学生，把科研项目中的实际问题与课程有关知识内容紧密地结合起来，并将一些典型的案例引入到课堂教学中，让学生真正领悟到反应工程科研思路方法，部分同学还可以通过自己动手设计实验，更深地体会本课程的精髓。让学生参与到各种各样的科研工作中，这些活动都会大大提高了学生的感性认识和动手能力，培养了学生创新思维的能力。

3 结语

化学反应工程是化工专业的主干课程之一，在培养化工及相关行业的人才中具有重要的地位。结合应用技术型高校学生的情况，采用科学思维的方法选择教材、寻找教学方法，密切和实践教学结合，培养学生的工程意识，提高学生解决实际问题的能力。只有激发学生的学习兴趣，在教学内容和手段上不断改革，才能不断地提高学生的创新能力和处理实际问题的能力。