《化工原理》课程教学改革初探*

尹晓杰，韩 阳，秦国旭，王新运，黑金培，尹艳君

(巢湖学院化学与材料工程学院，安徽 合肥 238000)

《化工原理》是化学工程与工艺专业的核心课程，同时也是应用化学、生物制药、生物工程等专业的重要课程。其教学内容以化工生产实践为基础，讲述生产过程中的各工艺单元、操作步骤及其工作原理。工艺单元和操作的相关内容涉及两大板块，一部分是典型设备构造、选型及实验研究方法，另一部分为设备操作原理与过程计算[1]。在工作原理方面，课程内容着重介绍工艺中组分间质量、动能和热能的传递过程。这些内容都和实际生产紧密相关，能够培养学生利用理论基础知识解决实际问题的工程能力，为以后更深入的专业课学习和工作打下牢固的基础，因此，化工原理课程地位非常重要。

应用化学专业《化工原理》课程设置在大二下学期，在学习该课程之前，学生们已经学习过相关的理论基础课程，打下了一定的学习基础，然而该课程的理论体系太过广泛，工程性又较强，同学们首次接受理解起来较为困难。为了使学生快速接受这门专业基础课的学习内容，激发学生的学习兴趣，结合我院应用化学专业的实际教学情况及本人的教学经历，探讨一下在教学改革中的一些初步想法。

1 教学内容

化工原理为专业必修课程，内容较多，但是对于应用化学专业的学生而言，课时较少(64个课时)，在一学期内要把对于化学工程与工艺专业两个学期的内容都学习完，因此要适当的为同学们选取重要的内容去讲解。学习该课程的学生此前已经学习了高等数学、物理化学、专业认识实习等基础公共课程。尤其在物理化学的课程学习中，学生们已经掌握了化学动力学、热力学及相平衡的有关知识，这为化工原理中传动、传热、传质的学习提供了基本的知识储备。因此，教师需要由浅入深，突出要点，合理的安排学习内容。本课程选用的教材为化学工业出版社出版的王志魁主编的《化工原理》，参阅的教材也可以选取谭天恩主编的《化工原理》或陈敏恒主编的《化工原理》，也都为化学工业出版社出版。本门课程分为三个板块去讲授，第一个是动量传递部分，对应的章节为第一章流体流动、第二章流体输送机械、第三章沉降，主要讲述了流体流动的基本原理、流动规律及其应用。第二个板块是热量传递部分，对应的章节为第四章传热，主要讲述了传热过程的理论模型、过程计算及应用。第三个板块是质量传递部分，对应的章节为第五章吸收和第六章蒸馏，吸收和蒸馏的目的分别是利用两气相组成和两液相组成的溶解度和挥发度的差异使混合物实现分离。最后，第七章干燥章节由传热传质两种传递过程组成，主要讲述了固体湿物料经由热空气对流干燥过程的基本规律及计算。本课程讲授内容丰富，符合大纲要求，重点章节分配课时明显较多，相似内容集中讲授，有利于学生更好地吸收理解。

针对于以上教学内容，传统的教学方法主要有多媒体教学法、直接讲授法、练习法、实验法等。多媒体教学法是指教师在教学过程中，利用多媒体计算机，将影音、图像、声音、文字等组合为一体，通过多媒体投影设备将知识内容展示给学生们的一种教学方式。例如，在化工原理课程教学中，通常是先介绍一部分概念定义，然后再进一步的引入定律、理论及计算，在这一过程中，涉及到许多物理量的定义、基本定律及计算公式等。此时，可以使用多媒体教学法，将上述大量的知识信息方便快捷的传递给学生们。直接讲授法是指教师通过口头语言，直接向学生们传授知识内容，进行能力培养和思想教育。在这一过程中，主要是教师讲、学生听的过程，教师占据主体地位，学生仅仅只是作为听讲者，完全被动的接受知识内容，课堂知识讲解是整个教学过程的中心和重点。例如，在讲授离心泵这一章节时，逐一的向学生们介绍离心泵的主要部件包括叶轮、泵壳、导轮等，离心泵的各个性能参数包括流量、扬程、功率等。练习法是指在教师的指导下，学生凭借自觉的控制，重复性的完成一定的任务，从而形成一定的习惯性学习技能和技巧。例如，在化工原理的课程学习过程中，第一章流体流动、第四章传热、第五章吸收和第六章蒸馏，这四个章节中，化工类的设计计算题是学生们需要重点掌握的内容。教师通常会在课堂上为学生们讲解例题，并布置课堂练习题和课后作业题，让学生们重复性的练习重点类型的计算题。但在这一过程中，学生们往往会因为反复枯燥的计算过程而失去学习兴趣和耐心，教学效果差强人意。实验法是指在教师的指导下，学生们使用一定的实验材料和设备，通过改变实验操作条件，引起某些实验现象的改变，从而从这些变化中获得或验证一定的知识理论。化工原理作为化工类的专业核心课程，除了理论课外，还可以开设实验课程，通常是在相应的理论课程结束后，再开设对应的实验课程，从而加深学生们对理论知识更进一步的理解和掌握，此外还能进一步提高学生们的动手实践能力。

2 教学方法

目前，大多数教师还是单纯的采用上述传统的教学方法去授课，其中采用最多的就是通过多媒体教学方式进行授课，多媒体教学可以有效地综合各方面的资源如视频、语音、动画等[2]。然而多媒体教学也有一些缺点，如非核心知识量较多、放映速度较快，一部分学生跟不上教师的讲授进度。尤其对于化工原理这门课程而言，其包含的概念、理论以及公式非常之多，如果仅仅依靠多媒体教学本身，学生学习起来难度较大，学习兴趣也就较低。因此利用多样性的教学方法，就显得尤其重要，可以提高学生的学习兴趣，改善教学质量。

2.1 探究式教学法

作为目前推崇比较广泛的一种教学方法，研究式教学法是指依据教学目的设计适当的教学情境，使学生能够在该情境中自主的学习获得知识的一种方法[3]。这种方法不仅使学生能有效的学习理论知识，而且还培养了学生独立思考，勇于探索的精神，充分发挥了学生的主观能动性。在化工原理的教学过程中，可以根据化工生产实际设计教学情境，因此也可以使用该教学方法，辅助学生学习。例如，在讲授沉降这一章节时，先根据日常实际设计问题“降雨为什么会使空气清新？”，然后让学生们自己讨论回答，最后通过对沉降过程的讲授得出答案：空气里充满了尘粒，由于尘粒的密度较空气的密度大，因此尘粒将向下作沉降运动，在运动过程中，其一共受到三种力的作用，分别是重力、浮力和阻力，当下雨的时候，尘粒会粘连上雨滴或者聚集起来，其粒径就会增大，根据颗粒重力沉降时沉降速度的计算公式，颗粒的粒径与沉降速度成正比，粒径增大，沉降速度就会增大，尘粒就会较快地沉降到地面，整个过程相当于快速除尘的效果。再例如，在讲到离心泵这一章节时，先给学生们举一个例子，某化工厂发生了一例意外事故，一位新进职工在使用往复泵的时候，想要通过关小出口阀门的开度，减小流量，但是却使往复泵发生崩裂而遭到破坏，让学生们分组讨论事故发生的原因，最终得出原因为：往复泵这种正位移泵的流量由其活塞截面积、行程及往复频率等参数决定，而与管路特性曲线无关。调节阀起不到调节正位移泵流量的作用，其开启度减小反而造成压头增大，在调节阀完全关闭时，泵的压头剧增直至超过泵的抗压上限，导致往复泵受高压而损坏。通过以上问题的提出探讨，能够使学生对于重力沉降还有往复泵的工作原理有更为深刻的印象，能更好的接受理解晦涩难懂的知识，并且充分调动了学生的主观能动性，使他们独立思考的能力得到了较好的提升。可以看出，与传统的教学方法相比，探究式教学法不再单纯的以教师为主体，学生们也是教学中的主角，学生们必须通过自己独立的分析与思考得出一定的结论，从而极大的提高了他们独立思考解决问题的能力。

2.2 案例式教学法

化工原理课程当中，涉及的理论性的概念较多，如果只给学生单纯的讲理论，那么他们接受起来肯定相当困难，针对这种情况，案例式教学法就是一个很好的手段[4]。例如，在讲授传热这一章节时，我们会讲到热量传递的三种基本方式：热传导、对流传热和热辐射，而这三种传热方式的具体含义，如果直接简单的描述，对于学生来说理解较为困难，这时候就可以举一个生活当中的案例，如我们在冬天的时候使用暖气片取暖，取暖的过程实际上就是一个热量传递的过程，首先，对于暖气片壳层而言，是属于由于物体内部之间存在温度差而发生的热量从高温部分传向低温部分的过程，依靠的是物质的分子、原子和自由电子的热运动产生的传热过程，这种过程就属于热传导过程。其次，发生的是暖气片向空气传热的过程，紧靠暖气片的空气受热发生膨胀而向上运动，于是周围的空气向暖气片流动，形成对流，从而将热量传到其余各处。这种存在于流体中的热量传递过程就将其称为对流传热过程，其传热过程是基于流体中冷热不同部位的流体质点的宏观运动从而将热量从高温处传向低温处。最后一个传热方式是热辐射，暖气片的传热过程也包含了这种方式，因为热辐射是物质因本身温度的原因激发产生电磁波从而实现热量传递的过程，任何物体只要温度大于热力学温度零度，都能够发生热辐射过程。通过暖气片这一实例，传热过程的三种方式就不再是抽象的几句理论了，同学们能更好的加以理解。

2.3 对比式教学法

对比式教学法，就是指利用对比的方法将两个或多个相似的知识点一起讲解分析，利用该种方法能够更好的体现教学重点，精简知识体系，有利于学生更好的接受记忆知识[5]。例如，在讲授蒸馏这一章中进料热状态参数的时候，我们采用对比式教学法，将五种进料热状态一并列出去对比，分别是冷液进料、饱和液体进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料、过热蒸汽进料，讲授的时候可以以饱和液体和饱和蒸汽进料为两个节点，温度低于饱和液体的就是冷液进料，在饱和液体和饱和蒸汽之间的就是汽液混合物进料，而温度高于饱和蒸汽的就是过热蒸汽进料。另外，还是在蒸馏这一章中讲解回流比的时候，回流比有两种极端情况，分别是全回流和最小回流比，将这两种情况一同对比着去讲解，全回流是指塔顶上升蒸汽冷凝后全部回流至塔内，此时回流比可视为无穷大，而当取最小回流比时，精馏段和提馏段的操作线将相交在相平衡线上；全回流时所需的理论板数最少，而最小回流比时所需的理论板数为无穷多。通过以上的对比讲解，能够让学生快速接受不同的知识，便于对知识的整理和记忆，从而更一步提升学生的学习积极性。

3 评价考核方式

对于课程的考核评价是教学过程中极其重要的一环，其能够反映学生的学习程度，同时也可以在一定程度上反映教师的授课效果[6]。合理的考核评价方式可以很好的反馈教学效果，有助于教师总结授课经验，进行教学反思。如果只考虑期末闭卷考试的成绩，学生就会不注重平时的学习，仅仅在考试之前短暂的时间内死板的记忆知识点，考试完就把大部分的知识忘记了，这对学生自身知识能力的提高非常不利于，也不符合原本的教学目的，因此采取合适的多元化的评价体系非常的必要。本课程分为三个环节去考核学生：平时作业、课堂表现、期末成绩，分别占比30%、10%、60%，平时作业主要是选择一些包含重要的基础知识点以及容易混淆的知识的题目；课堂表现主要是看学生的到课率、听课态度以及随堂提问情况；期末考试还是参考闭卷考试的模式，考核知识点及题型要根据培养目标合理制定，做到以学生为本，从学生的角度出发，客观全面的去考察，以更好的提高学生的学习热情，增强其主观能动性。

4 结 语

化工原理为化工及其相关专业的核心课程，也是学生们首次学习的工程性较强的一门课程。本人根据自己的切身教学经验与体会，从教学内容、教学方法、评价考核方式三个方面进行改革探索。尤其对于教学方法这一方面，化工原理作为一门理论性很强的学科，学生们在短时间内理解掌握非常困难，如果仅采用传统的教学方法，很难使学生们对化工原理晦涩难懂的知识产生兴趣，从而带来较低的教学效率，为了有效的解决这一问题，本人在教学过程中应用了多种不同的教学方法，通过有效的教学改革，激发学生的学习兴趣，提升教学效果，为学生后续专业课程的顺利学习以及从事工程实践提供必要的理论基础与条件。