与时俱进的《化工原理》教学改革初探

陈红萍，侯彩霞，樊丽华，梁英华，朱 靖

(河北联合大学化学工程学院，河北唐山063009)

当前，随着社会的发展和科学技术的进步，社会对大学生提出了更高要求，即创新型人才、零试用期人才。2010年6月，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”，旨在造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各行业高素质创新型工程技术人才。《化工原理》课程作为化工及其相关专业学生必修的一门专业技术基础课，在理论课和专业课之间起着承前启后的桥梁作用，是自然科学领域向工程科学领域过渡的入门课程。在培养学生工程意识、提高学生的工程实践和综合能力、培养学生创新能力方面起着举足轻重的作用。这对《化工原理》课程授课教师也提出了新的要求。为此，我们课程组对课程内容、教学方法和实践环节几个方面进行了改革探索，以满足社会对高校人才培养的要求。

1 根据学生就业特点确定教学内容

教学内容适应社会需求是保证学生良好就业和更快适应工作需要的关键。对于化工及相关专业学生而言，主要存在三个就业方向:研究型、工程型和经济管理型。《化工原理》课程主要培养学生的创新能力、工程观点和利用工程观点解决实际问题的能力。因此，课程内容需考虑到科技前沿和创新及现有工程问题的解决。

化工原理主要研究化工生产过程中的物理加工过程，即化工生产过程中的单元操作的原理、典型设备及其计算。而化工生产过程包括很多单元操作，且随着科学技术的不断发展，其新型单元操作不断涌现。但所有的单元操作都离不开传递和平衡。因此，化工原理最基本的知识就是传递理论和平衡条件在不同单元中的应用。我们在课程内容上面，重点讲授流体流动、传热和传质，再根据专业方向有选择性地讲授紧密相关的单元操作，有的放矢地完成相关知识的讲授。

河北联合大学作为省属地方院校，培养的学生主要是面向地方、服务地方，化工专业学生的就业方向主要是煤化工方向。因此，教学的主要内容应当紧密联系煤化工涉及到的单元操作和相关过程，以及新型单元的操作和改进。如煤化工涉及到煤气化——煤气净化——煤气的化工利用(合成)——煤化工产品这样一个流程。它所涉及到的单元操作主要有流体输送、沉降和过滤、传热、吸收、精馏、干燥、结晶等常见单元操作。此外，在合成过程通常还要用到一些新的反应技术，如反应精馏、反应萃取、膜反应器等单元操作与反应的耦合技术。我们在课程内容的选择上，重点考虑上述内容，并结合国外相关教材，吸收先进技术和先进设备的相关内容，做到与时俱进，完善讲授内容，使学生所学内容紧跟时代前沿。

2 采用激发学生兴趣的教学方法

2.1 采用实际问题引出-讨论-讲授-解答式教学法

兴趣是学习知识的动力。化工原理讲授的是理论知识在生产过程中的应用，它很容易通过生产或生活中的实际问题来激发学生探究答案的兴趣。如流体流动单元操作的引入，可从日常生活中来找兴趣点。比如教师提出:要将水池中的水送入住在33层楼的住户家中，由此引出问题:应当采用什么样的输送系统?该输送系统包括哪些设备、管件?如何选择其规格型号，依据是什么?影响输送流量的因素有哪些?怎么用最经济的办法完成任务等等。以此激发学生的兴趣，进行讨论，从而引出流体的性质、流体静止和流动的规律、能量损失的计算、输送机械及安装等知识点。又如讲授吸收单元操作时，可引入生产实例:焦炉煤气中含有大量的粗苯蒸汽，采用什么方法可以回收粗苯组分?采用什么样的装置或设备?如何操作可以使煤气通过这样的设备来脱除粗苯?用什么办法回收粗苯等等。通过这一系列问题，引出传质的概念、影响传质的因素、采用的设备、强化传质的办法。使学生带着问题学习，在探寻规律的过程中，解决这些问题，让学生在获得知识的同时学会利用所学知识解决问题。

2.2 讨论课的设计与实施

《化工原理》课程的教学目的，是培养学生运用所学基础理论及技能分析和解决化工生产中的有关实际问题，培养学生的工程观点和创新能力。实践表明，单靠课堂上的学习讨论和课后的习题练习，很难让学生真正达到课程学习的目的。学生对所学知识的运用，尤其是解决生产中实际问题的能力，还有待提高。为了使学生在学会基本原理的同时能建立工程观点，解决实际问题，设计一些解决生产实际问题的讨论课非常必要。讨论课的关键是利用生产实际问题，引导学生利用所学理论去分析和解决问题。讨论课实际上是对所学知识的深入理解和利用。因此，讨论课题目的设计显得非常关键。为了帮助学生全面理解、掌握并运用所学知识，课题组根据化工原理以传递作为核心的特点，分别设计了动量传递、热量传递和质量传递的讨论课。动量传递以流体流动作为主线，涉及泵的选择、安装和能量损失的影响因素等;热量传递以传热为主线，考虑影响传热的因素和强化传热的办法;质量传递以吸收和精馏作为主线，考虑影响传质的因素和强化传质的方法，包括塔设备操作条件与产品的关系等。用具体的生产实例作为讨论课题，事先将题目发给学生，分组进行讨论。讨论题与普通习题的不同点在于，所有物性参数都需要学生自己查阅资料获得，需要自己用工程观点简化处理。讨论课采用小组介绍、学生质疑、教师最后总结的方法。学生对讨论题非常用心，考虑问题比较全面，提出问题也比较尖锐。这极大地提高了学生的学习主动性，真正做到了所学知识的利用、工程观点的建立、解决实际问题能力的提高。

2.3 充分利用多媒体课件和流程模拟软件

虽然学生在学习《化工原理》课程前有一个进厂认识实习的机会，但在工厂只能认识生产中所用设备的外形和功用，很难了解其内部构造和工作原理。因此，课题组在教学过程中采用多媒体课件教学，使用flash动画来展示更多设备的结构组成及其运行，从而帮助学生比较深入地理解设备的结构和操作原理。同时，学生在做《化工原理》课程练习和习题的时候往往面临计算量大这个问题，尤其是在进行一些操作问题计算的时候。目前，进行简化计算最好的办法是借助于计算机软件，而相关的模拟软件有很多，如ASPEN、ProⅡ、ChemicalDraw等，所以我们在授课中会简单介绍每种软件的特点，并针对一种软件进行演示计算，引导学生了解和掌握这类软件，并运用于实践。

3 实践教学方式的改革

实践教学是培养学生工程观点，利用所学知识分析问题和解决问题的重要环节。我们在《化工原理》课程中设置了多种实践教学，包括认识实习、实验室实验和仿真实验等。认识实习只是了解和认识生产单元操作设备的外形和功能，很难深入理解操作原理和操作过程中的调节;实验室实验虽然学生可以动手操作，改变对应参数，认识参数的影响规律，但由于实验设备和学时有限，很难最大程度地满足学生探究的心理;仿真实验的开设，在很大程度上解决了学生动手能力不足、授课学时少的问题，学生可以实际操作，考察各操作参数对结果的影响。同时，结合流程模拟软件，还可以深入了解各单元操作中的控制参数对结果的影响，从而可极大地提高学生的学习效果。

4 结语

《化工原理》课程的教学改革，不仅从内容上最大限度地满足了时代的要求，也从根本上解决了学校培养与用人单位需求脱节的问题，使学生真正掌握分析问题和解决问题的技能，从而达到创新型、“零适应期”的人才培养目标。后续课程和毕业生的反馈信息也证明了课程改革的成效。

［1］ 张春桃，王海蓉.基于“卓越工程师”培养目标的化工原理精品课程改革探索与实践［J］.化工高等教育，2012，(6):15-18.

［2］ 胡洪波，王 威，彭华松，等.面向生物工程专业的化工原理教学改革探索［J］.化工高等教育，2013，(1):42-44.

［3］ 齐鸣斋，黄婕，陈敏恒.化工原理教学内容改革的点滴思考［J］.化工高等教育，2012，(4)90-92.

［4］ 张英杰，巩冠群.化工原理课程“兴趣引导式教学法”的探索与实践［J］.广州化工，2013，(1):166-167.

［5］ 刘相，王兰娟.化工设计软件在化工原理课程设计中的应用［J］.化工高等教育，2012，(6):64-66.

［6］ 韦晓燕，谭军，胡万鹏，等.Aspen Plus软件在化工原理教学中的应用探索［J］.化工时刊，2012，(6):69-70.

［7］ 戴益民，李浔，张跃飞.基于创新与实践能力培养的化工原理实验研究性教学模式的探索与实践［J］.化工高等教育，2012，(6):31-34.