化学反应工程教学方法的探讨

张　萍，辛志玲

(上海电力学院环境与化学工程学院，上海　200090)



化学反应工程教学方法的探讨

张萍，辛志玲

(上海电力学院环境与化学工程学院，上海200090)

根据本校工业背景和学生的特点，在化学反应工程教学中抓住教材主线，突出教学重点，由浅入深，使学生掌握化学反应工程的基础理论。采用课堂教学与课堂讨论相结合，加强培养学生分析问题、解决问题能力，将学过的知识融会贯通。通过专业技术人员和研究人员的专题讲座，提高学生对化学反应工程课程的学习兴趣。基础理论与工业实际相结合，培养学生工程概念和综合素质。

化学反应工程；物料衡算；工程概念

上海电力学院原系部属院校，原化学专业主要是为电力系统水处理专业培养工程技术人员。随着社会和经济的发展，学院在原水处理专业的基础上衍生出以能源化工为背景的化学反应工程与工艺专业。

化学反应工程是化学工程与工艺专业的一门重要专业课程，涉及前期学生学过的课程有高等数学、物理化学、化工原理、化工热力学和化工传递过程，是一门综合性强、涉及面广、数学要求高的专业技术课程[1]。化学反应工程在工业规模化学反应过程的开发和优化，特别是工业反应装置的选型、反应器尺寸的确定及反应操作的最优控制方面起着重要的作用[2]，该课程涉及大量数学模型的建立及理论推导，通过该课程的学习使学生能够灵活应用基础理论，优化反应器的设计，优化控制反应过程参数。

如何使学生掌握化学反应工程的基础理论和计算方法，理论联系实际，具备工程概念，能够灵活地应用基本理论分析问题和解决问题，是讲授这门课程所面临的难点。在教学过程中，我们采取了以下措施提高学生对化学反应工程课程的兴趣和学习的积极性，以达到教学的目的。

1　厘清教学主线，理论由浅入深

目前市场上有几十种《化学反应工程》教材，根据我院学生的实际情况，我们选用了由张濂等主编的《化学反应工程原理》。根据多年的教学经验，在讲课中我们紧紧抓住前期物理化学、化工原理和化工传递过程课程中学过的物料衡算和能量衡算的基本概念，讲解理想反应器时紧扣反应速率方程式、不同反应的浓度分布、理想反应器类型的基本概念及图解方法；介绍非理想反应器时注重讲解非理想产生的原因，从衡量非理想程度的方法角度出发，说明多釜串联模型和扩散模型。在讲课中，我们从物理化学中的化学反应动力学讲起，引入到复杂化学反应动力学的表达式。在讲授反应器设计时，先复习前期化工原理和化工传递过程课程中学过的定态、非定态物料衡算方程式和热量衡算方程式，讲解有反应时的物料衡算只是在原有的物料衡算方程中加了反应的量，再推倒到间歇反应器和连续流动反应器设计方程和各种反应器的特性，以及反应器间的相互联系，让学生整体了解所学知识，明确课程内容讲解的思路，这样讲解使学生较容易理解和掌握化学反应工程的基本分析方法。在教学中，我们注意由浅入深、循序渐进，注意突出重点、难点，抓住共同特点，深入讲解典型内容。

2　融会贯通，提高分析问题能力

化学反应工程涉及到的数学知识有初等数学、微积分和常微分方程，还需要概率论和数理统计方面的基础知识。为了使学生能熟练、灵活地应用这些数学知识，我们在教学中将抽象的数学方法予以具体的内容表达(如根据物料衡算求得的反应器体积计算公式，就是高等数学中的面积积分公式)，在讲解时应用图形说明积分公式，使学生容易理解。在每堂课前复习上次课程讲过的内容，着重强调其中的基本概念，起到承上启下的作用。授课中反复强调物料衡算在不同反应器中应用，加深学生对化学反应工程基本原理的理解[3]。

由于学时的限制，学生只学习了典型反应器的基本理论及应用。我们在讲课中注重讲解反应工程中不同反应器反应时间图形的计算，详细说明高等数学中的面积计算在工程中的具体应用。为了提高学生分析问题、解决问题的能力，我们将循环反应器章节作为自学内容，由学生自己应用物料衡算的基本原理，推导设计方程式，然后予以点评。这样充分调动了学生学习的积极性，使学生能够将所学的知识融会贯通，举一反三，从而牢固掌握化学反应工程的基本理论和分析问题的方法。

3　教学与讲座相结合，培养工程概念

教学中很重要的环节是学生创新能力和工程分析能力的培养。我校是一所原隶属于能源部并有着发电工业背景的工科学校，学校的教学目标主要是培养工程技术人员，因此在教学过程中必须注意提高学生解决问题的能力和实践操作技能。在教学过程中，为了加强学生工程实践概念、充分了解化学反应工程理论在工程中的作用，教学中在讲解了化学反应工程基本概念后，专门聘请具有实际经验的工程师和科研技术人员开办讲座，由他们介绍在实际工作中如何应用化学反应工程的基本概念去解决生产和科研中的实际问题，如何灵活地将反应工程知识应用到化工开发研究中，如：间二甲苯氧化制间笨二甲酸扩产改造中的反应器标定；环境工程废水处理中如何测定反应速率，根据反应特性进行反应器的优化组合；电厂水处理中树脂交换设备的操作参数控制；等等。

通过讲座使学生对反应工程基本理论有了进一步的理解，同时加深了解了化学反应工程在工业开发和优化中的作用，以及化学反应工程中的实际应用。在加强学习理论知识的基础上，注意强化科研实践与课堂教学的结合，提高了学生的学习兴趣。

4　教学与课堂讨论相结合，掌握应用所学的知识

化学反应工程课程以综合性和广泛性的工程理念贯穿其全部内容，因此从实际出发，学会分析、解决工程技术问题，是化工反应工程教学的一项非常重要的任务。在教学中，我们将第七章的部分内容进行课堂讨论。通过课堂讨论，启发学生的创造性思维，激励学生的创新动力，培养学生主动获取知识的欲望和独立思考的能力，调动其学习积极性，并注重提高他们的综合素质[4-5]。在课堂教学课程安排中，我们有目的地安排组织课堂讨论课，如对课本中一些结论进行讨论和论证，每组4～5人，目的是通过讨论理解其基本原理和方法，掌握课本上的基本知识，熟悉反应工程分析问题的方法和原则。或提出与化学反应工程有关的问题由学生自行设计实验方案，进行专题讨论，与所学的知识有机结合，提出克服工程上传递和流动等物理因素对化学反应影响的实验方案，从反应器类型、操作方式和操作条件出发，使学生了解反应器内传递过程中影响化学反应的各种因素，学会应用学过的知识测定反应器的操作参数实验，以及与传递过程规律相结合，解决反应过程的优化和控制等问题。在讨论课上，其他小组的成员可以提问，由该组的成员作出回答。为了上台讲好课,课前小组成员要充分讨论，翻阅一定量的书籍。通过学习和研讨，有利于培养学生创新性思维，提高研究能力、掌握正确的研究方法。在课堂讨论中，教师可以系统简释理论知识，学生也可以相互间自由讨论、争论，由此掌握基本理论，提升自身素养，并在掌握现有知识的同时，努力探求新知识。这样不仅让学生学会分析问题，更让他们学会对所研究的问题进行综合归纳和比较，懂得如何发现新问题，并寻求解决问题的途径。通过开展讨论式课堂教学，大大调动了学生的主观能动性[6]。

5　结　语

化学反应工程课程有大量理论模型的数学推导和工程实践方面的问题，通过课堂教学、课堂讨论和专题讲座使学生掌握化学反应工程的基础理论，培养学生能熟练运用所学理论知识解决相关领域实际问题的能力，通过以上的教学探索，我们获得了有益的教学经验，收到了较好的教学效果。

[1]许志美,周兴贵，邹滢，等.化学反应工程课程建设与教学改革[J].化工高等教育，2006，87(1):257-258.

[2]张濂,许志美,袁向前.化学反应工程原理[M].上海：华东理工大学出版社，2007:1-2.

[3]刘其海,周新华,尹国强.化学反应工程教学方法创新讨论[J].广州化工,2010,38(7):256-258.

[4]张桂和.研究生生物化学课堂讨论式教学方法探讨[J].生物学杂志,2008,25(3):65-67.

[5]李颢,郑延成,尹先清,等.化学反应工程课程教学改革初探[J].广州化工,2014,42(3):140-141.

[6]张萍,辛志玲,周振.研究生“高等化学反应工程”课堂教学方法探讨[J].中国电力教育,2014,34(9):63-64.

Preliminary Exploration on Teaching of Chemical Reaction Engineering

ZHANG Ping,XIN Zhi-lin

(College of Environmental and Chemical Engineering,Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090,China)

According to the university’s industrial background and the students’ characteristics,to clarify in main line of chemical reaction engineering course,highlight the keypoints,teach from the easy to the difficult and complicated,students were enabled to master the basic theory of chemical reaction engineering.Combination of classroom teaching and discussion can strengthen train students’ ability to analyze and solve problems.Through professional lecture by the technical person and researcher,students’ interest was improved in learning of chemical reaction engineering courses.Base on integrating theory with practice,engineering concept can be developed,students’ learning interests and comprehensive abilities can be improved.

chemical reaction engineering;material balance;engineering concept

张萍(1960-)，女，副教授，主要从净水与污水处理研究。

G642.1

A

1001-9677(2016)04-0198-02