启发式教学在化工原理精馏教学中的应用

刘瑞玲(鲁南技师学院，山东 临沂 276000)

0 引言

化工原理是一门专业性较强的重要基础性课程，每个章节的内容都是独立的，其内容主要涉及到化工基本理论知识的学习、物料衡算与热量衡算，除了这些基本的理论知识还包括每个章节中典型设备的设计与计算。通过这些知识的学习来建立学生过程工程意识，培养学生解决问题的能力[1-2]。将启发式教学方法应用到化工原理课程教学当中，注重学生智力的发展，将系统的知识学习与智力的充分发展结合起来，从而提高学生解决实际问题的能力，推进化工原理课程教学的发展[3]。

1 启发式教学

启发式教学越来越受到重视，该教学方法强调学习的客观规律，强调学生是学习的主体，教师要按照教学大纲的要求，结合学生学习的实际情况，在课堂教学中采用多种教学，启发学生独立思考，激发学生学习的动力，理论知识与实践相结合，培养学习独立解决问题的能力。在课堂教学过程中教师应按照课本上的知识点对学生进行启发式的提问，引导他们进行讨论与思考，学会发现问题、分析问题、解决问题，在这个过程中学生加深了对理论知识的理解，也学会了从多个角度对问题进行分析，最终使问题得到解决[4]。

精馏技术被广泛应用在各类化学品的研究、制备与生产当中，而精馏课程在化工原理教学中占有非常重要的地位，有着丰富的教学内容，相关知识点之间也存在非常紧密的关联。教师在精馏课程教学中可以选择启发式教学的方式，而不是枯燥的讲解课本上每个知识点的基本原理与过程计算，引导学生深入到问题的本质，学会思考，从而提高解决化工问题的能力。

2 启发式教学在化工原理精馏课程中的应用

2.1 强调课前预习的重要作用

通过课前预习，学生可以提前对所学知识有一个大致了解，是促进学生积极思考、提高学生学习兴趣的关键。因此，教师应重点强调课前预习的重要作用，将课前预习纳入到正常的教学活动当中，还要对预习的效果进行考核，记入学生的考核成绩当中。在在精馏课程课前预习教学活动中，教师可以制作预习课件，列出课前预习的知识点，对学生预习的效果进行考核并不断改进。在制作课前预习课件的时候，重点让学生理解基础性的知识，对需要学习的知识背景有一个系统性了解，启发性的提出一些问题，以便在课堂上进行讨论，为重点、难点知识的学习与掌握打好基础。课件的制作形式可以多样化，比如一些精品在线课程，充分利用图文、视频等形式，提高学习对课程预习的兴趣。为了保证学生能够有效的完成教师布置的预习任务，教师可以在网络教学平台上下达预习任务，将制作完成的预习课件上传至网络教学平台上，学生在平台上完成预习任务，并在预习结束后进行考核，获得相应的成绩。通过完成预习任务，大大提高了学生学习的积极性，可以将预习阶段遇到的难点问题在课堂上提出来，大家一起讨论，活跃课堂气氛，提高教学效果。

2.2 重视课堂讨论的重要作用

对每节课的知识点进行课堂讨论，能够让学生更加深刻的掌握和理解该章节的重点与难点。在完成课前预习任务之后，教师可以将教学的重点放在对本章节知识的应用与深入分析方面，为了提高课堂教学的效果，可以适当减少单纯知识讲解的课时，而增加课堂讨论环节，采用启发式的教学方法，多提出问题。精馏课程重点讲解的内容是过程的计算和优化，在适当增加了讨论课时后，引导学生对精馏过程的计算和优化的相关知识点进行充分的讨论，让学生本节课程内容的理解更加的深刻。下面笔者就选择几个具有代表性的课堂讨论内容进行分析。

2.2.1 关于最小回流比与实际回流比计算

最小回流比计算这一章节中，教师在课堂上一般会结合二组元理想物系的汽液平衡线和操作线图来进行讲解，在图中当达到最小回流比时，操作线和平衡线会相交在一个点上，可以利用公式(1)进行计算，得出精馏段操作线的斜率，然后进行推导后得出最小回流比的计算公式(2)[5]。

在得出最小回流比计算公式后，教师可以在课堂上提出延伸问题：最小回流比的计算方法可不可以用来计算实际回流比？在提出问题后，教师继续利用二组元理想物系的汽液平衡线和操作线图来解决这一问题。在图中实际回流比的操作线并没有与平衡线相交，可是精馏段操作线的斜率计算方法和刚才所讲到的最小回流比计算方法是一致的，同理可以推导出实际回流比的计算公式(3)。

在课堂教学中由最小回流比计算延伸出实际回流比的计算之后，学生经过思考、分析、讨论，对该知识点的掌握会更加牢固，并且对于相图的理解也更加深刻。

2.2.2 关于回流比变化对精馏段操作线斜率的影响

利用二组元理想物系的汽液平衡线和操作线图可以对精馏操作的过程进行分析，在各种影响变量中对精馏操作过程影响最大其实是回流比的变化：精馏段操作线斜率会随着回流比的增大而增大，精馏塔内的传质推动力也会随之增加，当分离纯度一致时，所需的理论板数就会越少。当学习到这一小节时，难点就是学生不能系统的将操作线方程的参数变化与操作线位置的变化关联起来思考。通过精馏段方程式(4)可知，如果回流比R出现变化时，则斜率自变量系数的分子与分母部分都会随之发生变化，但是发生变化并不是很明显，那么如果将方程进行简单的变形后就得到了方程(5)，回流比R只出现在了分母部分中，可以很容易判断出当R发生变化时x前系数的变化情况，也就是说随着R的增加精馏段斜率也会增加。通过启发的方式引导学生对公式进行变形，将具有一定难度的问题变得容易，很直观的看出参数的变化，有利于对实际问题的分析与理解。

2.2.3 进料热状况参数与q值的关系

q是用来表示精馏塔进料热状况的参数，通过观察q值可以直观的判断进料当前所处的状态。根据q值的的变化，可以将进料热状况分为五个阶段：冷液进料、泡点进料、气液混合进料、露点进料、过热蒸汽进料，当q值逐步降低，进料热状况也由冷液进料向着过热蒸汽进料状况发展(q的基准值是1kmol/h)，其关系式为(6)：

当学习到这一部分内容时，学生往往分不清对q值的变化与上述五种热状态之间对应的关系，教师可以采用启发式教学的方法，利用包含进料热状态点的t-x(y)相图来进行分析，在图中用A、B、C、D、E表示五种进料的状况，用t1、t2、t3、t4、t5表示五个点的温度，即t1＞t2＞t3＞t4＞t5。通过分析相图可以很直观的表达出两者之间存在的关系与变化：当q值变小，温度会升高，进料状态也由冷液逐步向着热蒸汽状态发展，加深了学生对所学内容的理解。

2.3 课后复习方式的改进

通常情况下，学生的课后复习都是以完成课后习题为主，而在复习阶段我们也采用启发式教学的方法，用以改进精馏章节复习的方法，同样可以取得良好的教学效果。

2.3.1 课后复习任务的布置

现阶段，我国一些高校中所采用的化工原理课本是由国内几所化工强校出版的教材，在教学内容方面基本都相差无几，只是在各个章节中教学的侧重点不一致。因此，为了让学生掌握更多的理论知识，可以要求他们在复习的时候同时阅读其他版本的教材，这样可以弥补单一教材对课本章节中某问题表述上的缺陷，有助于学生从多个角度去思考问题，掌握的知识更加的全面，提高他们解决问题的能力。比如针对回流比R的表述，天津大学出版社出版的化工原理课本中在推导操作线方程的过程中总结了回流比的相关定义，该章节学习的侧重点是回流比的计算与应用。而在华东理工大学出版的课本中针对回流比的表述则比较详细，同时对回流比发生变化时精馏塔内液相回流变化也做出了详细的描述。通过对两种版本课本的学习，让学生在掌握了回流比计算与应用的同时，也对回流比的深层次含义、回流比发生变化时对精馏塔内产生的影响都有了较为直观的认识与深刻的理解[6]。

2.3.2 利用思维导图强化对知识点的理解

在化工原理蒸馏这一章节中，首先讲到的是汽液相平衡，再到精馏的原理、计算、精馏塔的操作等等，各章节之间紧密关联，有着非常强的逻辑关系。教师可以启发学生将各章节的知识点制作成思维导图，通过思维导图将其串联起来，使学生对相关知识点有了更加深刻的认识与理解，也加深了对知识点的记忆。

3 结语

综上所述，化工原理是一门非常系统的课程，将理论知识、科学实践和分析计算集合在一起。教师在教学过程中应注重学生对理论知识的理解，培养他们发现问题、分析问题、解决问题的能力，而不是单纯的课堂讲解。启发式教学的推广与应用越来越受到重视，从学生的实际出发，充分调动他们学习的主动性与积极性，激发他们学习的动力，将理论知识的学习与智力的发展密切结合起来。在化工原理精馏教学中科学的运用启发式教学，强调课前预习、重视课堂讨论、改进课后复习方式等几个方面，使化工原理精馏教学不断完善，提高教学质量，为我国工业发展输送更多高精尖人才。