《化学反应工程》课程教学改革探索*

2022-01-17武文芳

云南化工 2021年12期

葛源，潘东，武文芳，李松

(六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州六盘水 553004)

《化学反应工程》是高等院校化工专业的一门专业基础课。该课程主要研究反应器中流体流动、混合、传质和传热过程对反应的影响，对实际反应过程进行解析，进行反应器的分析与设计，以实现反应过程和工艺的优化。该课程包含知识领域广泛，涉及《高等数学》《物理化学》《化工传递过程》等多门学科，理论性及综合性较强，担负着培养学生理论联系实际能力、对工业反应器的分析与设计能力、应用工程方法分析和解决复杂化工问题能力的重任。提高《化学反应工程》课程教学质量，培养具有扎实理论知识和工程分析能力的人才，是新时代国家发展的需要[1]。因此，进行《化学反应工程》教学改革具有十分重要的意义和价值。

1 《化学反应工程》课程教学现状分析

《化学反应工程》涉及知识领域广泛，课程内容包含大量数学公式推导和综合知识运用，同时与工程实践联系较为紧密，被学生认为是专业课中较难学的课程之一[2]。在课堂教学过程中普遍存在理论与实践脱节、学生学习兴趣不浓厚、有畏难情绪、学生学习效率较低等问题。经调查分析，总结原因如下：

1)学生缺乏学习自主性

很多学生没有养成良好的预习习惯，上课前不了解课程重点难点所在，听课缺乏目的性和针对性，学习意愿不强烈，等学习之后才发现问题，解决又不及时。例如，“均相反应动力学基础”这一章的学习涉及《高等数学》中的微积分，如果学生没有提前预习这部分内容，在动力学方程的建立过程中容易因跟不上教师讲课节奏而溜号，产生畏难情绪，听课效果大打折扣。

复习同样是《化学反应工程》学习过程中的重要一环。化学反应工程知识点多，公式繁杂，通过复习可以加强对知识的理解和巩固，同时也能查缺补漏，及时解决学习疑惑。许多学生没有掌握合理的复习方法，课后未能及时地制定复习计划，导致很快将所学知识遗忘，在期末考试来临之际进行恶补，不仅学习效果较差，考试成绩也不理想。

2)课堂教学以讲授为主

传统的《化学反应工程》课堂以教师讲授为主，学生被动听课，教师把现成的知识传授给学生，学生缺少充足的时间和机会去独立思考和领会教学内容，常常出现重教轻学的现象。同时，传统的“讲授注入式”教学容易使学生产生依赖心理，学生只需要被动听讲就可以径直地获得知识，抑制了学生学习的独立性和主动性，且课上师生交流及生生交流的机会和时间较少，学生对学习内容不能及时作出反馈，造成教师对学生知识掌握情况缺乏了解。

与此同时，由于讲授过程的单向性，课堂缺乏互动，所以课堂气氛沉闷，学生注意力不易集中，学习兴趣不能被有效唤起，学生缺乏对知识的深刻体会，知识难以内化，随着时间的推移，记忆效果呈下降趋势，学习效率低下。

3)课堂教学缺乏案例教学

传统的《化学反应工程》课堂教学注重知识的传授，教师讲、学生听，课堂理论联系实际较少，缺乏案例教学，学习过程较枯燥。学生虽掌握了知识本身，但在学习过程中缺乏独立思考和对知识的运用，学生学到的都是死知识，不善于在实践中应用，未能将知识转化成能力，一定程度上损害了学生学习的积极性和学习效果，忽略了对学生分析和解决问题能力的培养，也不利于学生科学精神和探索精神的培养，最终造成未能有效激发学生求知欲、学生学习兴趣不浓厚、教学效率较低的教学现状。

2 《化学反应工程》课程教学改革途径

针对《化学反应工程》课程教学的现状和存在的问题，提出教学改革途径：引导学生课前预习、课后及时复习，帮助学生养成良好的学习习惯。转变教学理念，适当开展以学生为中心的课堂讨论，提高学生分析和解决问题的能力，培养学生探索精神和创新精神。在教学过程中引入实际案例，增加学生学习兴趣,引导学生学以致用，培养学生的工程意识。

2.1 课前布置预习任务

学生的学习困惑，只能在学习过程中暴露出来，通过预习可以掌握关键内容、思考难点，有效提高听课效率和学习效率。因此，可以在课前通过线上平台给学生推送相关教学短视频，并布置预习任务，让学生提前知晓课堂所学知识点，教师通过课前预习收集学生疑惑。如在学习“均相反应动力学基础的等温变容过程”这一小节时，通过线上平台提前推送相关教学短视频，并给学生布置预习任务及习题：1)膨胀因子及膨胀率的物理意义和表达式。2)用膨胀因子及膨胀率表示的动力学方程积分式。3)计算气相反应A+3B=2P的膨胀因子及膨胀率。通过课前预习，让学生了解课堂将要学习的内容，让学生尝试解决遇到的问题，锻炼思维的同时，培养学生的主动性和独立性。在此过程中，教师要注意任务难度适当及任务量适中，避免学生因学习难度大任务量多而产生厌学情绪，预习完成后及时统计学生预习情况，整理学生疑惑，为课堂教学做好充分准备。

2.2 课上开展小组讨论

课上最大限度地把课堂还给学生，引导学生归纳疑点，发现问题。对课前预习中无疑惑的知识点可以简单快速讲解，对课前预习中存在疑惑的知识点重点讲解，让教学过程更有针对性、更有效率。同时，教师要做好课堂的组织者，针对教学重点、难点设置问题，适当增加小组讨论环节，促进学生合作式学习。在设置小组讨论主题时，要注意题目的可说性，尽量做到让每位学生都有话可说，有感而发。在讨论过程中，教师要扮演好“主持人”的身份，鼓励学生发言并对发言加以点评，帮助学生充分利用同学之间的学习资源营造互帮互助共同受益的学习组织和学习气氛，做好学生学习过程的引导者。通过讨论活跃课堂气氛，促进生生交流和师生交流，强化学生对知识点的理解和掌握，同时锻炼学生交流、表达及协作能力，让进步和成长发生在学生身上，使学生分析和解决问题的能力得以提高。

2.3 引入实际案例

传统的《化学反应工程》课堂侧重讲授书本内容，普遍存在课本知识与生产实践脱节的现象。将合适的教学案例适时引入课堂，是理论与实践相结合的有效途径。案例教学法鼓励学生身临其境地运用课程所学知识来分析问题，从而找到切实可行的方法解决问题，从案例和分析中获得启示和意义，引导学生从注重知识的学习到注重能力的提高。如以某工厂生产乙二醇为例，环氧乙烷与水反应生成乙二醇，副产物为二甘醇，反应均为1级反应，速率常数比为0.5，原料中水与环氧乙烷的物质的量比为20，选择何种型式的反应器好呢？有人认为，采用活塞流反应器乙二醇收率高但转化率低，故建议采用循环反应器以提高总转化率，你认为这个建议是否可行？上述案例涉及转化率的计算及反应器的选型等知识点，教师可引导学生查阅资料、思考分析、进行方案的讨论与交流。在讨论中增强学生理解知识的印象，让学生在案例的思考与分析中建立起属于自己的逻辑思维方法和思考问题方式。通过案例让学生身临其境地运用所学知识，使所学知识具体化、直观化，实现从理论到实践的转化，从而增强学生分析、解决问题的能力，增强课程实用性，同时调动学生学习积极性和主动性，提高学生对化学反应工程学习的浓厚兴趣。

2.4 运用思维导图梳理知识点

《化学反应工程》课程内容涉及较多概念、公式，学生学习时综合理解难度大。尽管有课堂笔记，但传统课堂笔记知识点线性堆叠的呈现方式不利于学生对各个知识点及其相互关系的掌握[3]。基于此在章节学习完成后引导学生将思维导图运用于课程复习有助于加强学生对知识点的认知，把握各知识点之间关系，构建完整的知识架构。在“均相反应动力学基础”这一章学习完成后，构建相应思维导图，如图1所示。以“均相反应动力学基础”为中心节点，以基本概念、均相反应动力学方程为主要节点，每一主节点再按照知识的逻辑内涵展开[4]，帮助学生理清这一章节的知识框架，利用思维导图一目了然地区分各种类型动力学方程，学生在熟记知识点的基础上可要求其在文字后写出对应的基本概念、表达式及相应的动力学方程公式以考察掌握情况。

图1 均相反应动力学基础学习思维导图

在课程结束后，也可以引导学生运用思维导图对每章知识点进行系统化梳理，并通过各章之间的关系对整门课程进行总体关联帮助学生做到知识由点到面到框架的及时掌握，熟悉课程学习内容之间的内在联系。学生在复习也可调取思维导图，快速回顾学习中的重点难点，提高学习效率。构建思维导图的过程加强了学生对工程知识的认知，深入了学生对知识结构的理解。将思维导图运用于化学反应工程的学习中，让学生对整个学习过程负责，能激发学生学习的积极主动性，同时学生在制图的过程中学会了思考、总结，既学会了知识也学会了学习的方法，提高了终身学习的能力。