《化工原理》中工程观念与实践能力培养研究

张 铭,胡 达,帅 群,吴洪特 (长江大学工程技术学院化学工程系,湖北荆州434020)

《化工原理》是化工及相关专业的一门重要技术基础课,且是一门实践性、工程性很强的应用性课程,是在学生具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算机技术等基础知识之后的必修课程。该课程在基础课与专业课之间起着承前启后、由理及工的桥梁作用[1～2],其主要研究化工单元操作的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算及设备选型,培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各种问题的能力。由于在接触该课程之前,学生还不具备基本的工程观点,因此该课程的教学对学生的工程能力与实践能力的培养起着至关重要的作用。

1 理论教学中工程观念的培养

1)绪论教学展现工科课程魅力 绪论的教学对学生的兴趣起到至关重要的作用,绪论教学中可以通过多媒体向学生展示化工生产车间的图片,简单介绍各种设备在生产中的作用;再通过典型的生产工艺流程阐述化工过程包括的单元操作,而这些单元操作即是化工原理课程将要重点讲解的内容,再简单介绍课程的基本理论在其他领域的应用,说明课程的重要性。绪论教学中要让学生理解 “三传”的基本概念、量纲一致性原则,掌握物料衡算、热量衡算、过程速率及单位换算的计算要点,为后续章节学习打下良好的基础。因此,绪论教学中应通过实例来有意识的培养学生的工程观点[3]。

2)章节教学体现内在联系 《化工原理》各章节之间有着密切的内在联系和很强的科学性和系统性。传递过程是各单元操作统一的研究对象,是联系各章的一条主线。各单元操作分别用牛顿粘性定律、傅立叶定律和菲克定律来研究动量传递、热量传递和质量传递,这3个定律有共同特点。在教学中,把各单元操作内在的联系弄清,对相似的公式比较、讨论,有利于学生深刻理解、灵活运用所学知识。

教学中通过模型观摩、多媒体技术、工厂参观、学术讲座等多种教学手段,由工程问题引导出与讲授内容相适应的理论问题,或由具体的化工过程抽象为数学模型或计算简图,讲授其原理,再将原理应用于工程实践去解决或分析实际问题。突出体现在:①纵向上,按照 “过程分析-数学描述-实例分析”的方式展开,体现 “定性分析-定量计算-原理应用”3个不同层次。并在具体知识的传授中着重工程问题处理方法如过程分解、数学分析、因次分析、数学模型、参数归并、当量法等方法的介绍与应用,重点介绍工程问题的处理方法,可有效地帮助学生掌握化工原理及其它相关工程专业课的学习方法和解决工程问题的科学方法。②横向上,强调过程的共性,将化工单元操作按过程共性分块,阐明共同的原理和科学基础,在教学中贯穿2条主线:一是传递过程包括动量传递、热量传递和质量传递;二是工程问题处理方法。这种教学思路打破了原有教材知识顺序,加强了前后知识的有机融合,可有效地训练学生的创新思维能力。③重点教学内容上,围绕重点内容分析工程实例。剖析典型实例给学生的启发是多方面的,对学生了解工程实践、提高分析解决问题的能力大有益处。

化工原理既有丰富的经验数据,又有大量的公式和图表,因此其内容显得比较多、比较杂,学生在学习时感到有一定的难度,教师要帮助学生理清思路。不需要记忆的公式,重点对公式的应用范围、及意义进行理解掌握;需要记忆的重要公式,帮助学生找出公式的联系,减少记忆量。在讲课时,对要求熟练掌握的内容、理解的内容和了解的内容要分清层次,思路清晰。每讲完一章内容后,及时地给学生做一次总结,回顾主要内容及公式,这样,学生不仅能理顺该章的结构,而且还能培养解决工程实际问题的思维方法。

3)抓好习题课,培养学生工程观念 化工原理习题是理论联系实际的桥梁,通过习题可以使学生深化对理论的认识和掌握。在习题的选择上,首先注意题目的典型性,通过对典型问题的分析逐步培养学生解决难点问题的能力;其次要注意题目的思想性,使学生在解题过程中深刻理解基本概念,明确观点,掌握方法;再次要注意习题的真实性,做到理论联系实际,力求能够反映化工生产中可能出现的实际情况,有利于学生进一步完善对工程观点的理解,培养工程观念。

4)安排讨论课,激发学生兴趣 讨论课是课堂教学的必要补充,为学生相互学习和提高能力提供了机会。讨论课题教师应提前布置,让学生查阅文献资料做好充分的课前准备,课堂上各抒己见。讨论中教师始终把注意力集中在启发引导学生上,适时地点出结论,做好总结。讨论课的题目要具有典型性,一般选用有以下特点类型的题目:贴近化工发展趋势的题目;综合性和应用性较强的题目;容易暴露学生错误的题目;工程性很强的题目。

2 加强实践教学,注重工程能力培养

1)完善实验教学方法 首先加强实验教学的各个环节,包括实验预习报告、装置预习、实验操作、实验数据处理、报告撰写、考核评定等。其次,丰富和改进实验教学内容。同时,要规范考核标准。为全面反映学生的学习情况和实践技能,应根据教学内容,采取分项考核记分的方式,综合评定学生成绩。

另外,还要开展设计型实验。通过开展设计性实验可以看到 《化工原理》的工程特色和学生对设计性实验的需要。设计型实验涉及实验原理、实验数据的测试方法及仪表的安装、使用等多个环节,不仅能激发出学生强烈的学习兴趣和创造意识,还能有效地培养学生从事科学实践活动的能力。

2)加强课程设计训练 在课程设计过程中,让学生自己选择方案,查取资料,包括各种手册、图表、算图的运用。此外,还要加强对实用性的指导,要求学生在设计过程中不能片面追求理论的完美而要注重实用性,讨论中应鼓励多方案讨论,结合工业生产具体装置讨论各方案优缺点,特别注重实用性。课程设计训练不仅可以培养学生的创新思维,充分挖掘知识的潜在因素,而且还可以创造双向交流的平等氛围,激励学生积极思维,大胆探索。

3)采用现代化教学手段,开展化工原理仿真 购买了 《北京化工大学PS仿真软件》用于课程中所讲述单元操作的仿真,通过仿真操作,一方面可以让学生熟悉课堂上所学的理论知识,更具体了解相关设备,另一方面,可以解决在学生到工厂实习时不能动手的缺陷。采用这种方式教学极大的提高了学生的学习积极性,同时对教学质量的提高有着极为重要的意义。

3 理论联系实际,全面培养学生的工程能力

《化工原理》是一门与实际化工生产紧密联系的课程,在化工类专业学生的实习过程中所接触到问题基本上都是与 《化工原理》有关的,从原料到产品的整个生产过程,中间每一个环节几乎都是 《化工原理》所阐述的单元操作。作为授课教师,课堂上讲到每个单元操作的时候都要与实际生产联系起来,一方面可以提高学生的兴趣,让学生知道这个课程与实际生产息息相关,另一方面,当课程理论知识与实际生产联系起来时,就比如会涉及到工程问题的处理,对学生工程能力的提高有极大的帮助。因此在教学过程中尽量多的引入实际生产的单元操作尤为重要。

[1]谭天恩,麦本熙,丁惠华.化工原理[M].第3版.北京:化学工业出版社,2005.2～5.

[2]姚玉英,黄凤廉,陈常贵,等.化工原理[M].天津:天津大学出版社,1999.3～6.

[3]王百军.化工原理理论课教学方法的探讨[J].化工之友,2007,(17):65～67.