《化学反应工程》系统化教学的探索*

李秀敏，刘 速，秦少伟，于海峰，穆金城

(塔里木大学生命科学学院,塔里木大学南疆化工重点实验室，新疆 阿拉尔 843300)



《化学反应工程》系统化教学的探索*

李秀敏，刘 速，秦少伟，于海峰，穆金城

(塔里木大学生命科学学院,塔里木大学南疆化工重点实验室，新疆 阿拉尔 843300)

化学反应工程的教学内容知识点杂，而且多，学生不易掌握，如何使学生能够简单的轻松的掌握化学反应工程的知识点，是主讲教师值得思考的。本文指出将《化学反应工程》进行系统化教学，将全书的知识点围绕“三传一反”这一主线，贯穿起来，形成“知识系统化、教学系统化、学习系统化”三个核心，能够有效的帮助学生掌握、运用知识，提升教学效果，对相关课程有教学指导作用。

化学反应工程；系统化；教学

化学反应工程孕育于1915年，在1957年荷兰阿姆斯特丹第一届化学反应工程学会上正式确定，提出了“三传一反”[1]，20世纪末经过与多学科多尺度的交叉融合后，在21世纪发展达到了新高度，提出了 “三传三转” 新模式[2]。该课程是化学工程与工艺专业的重要专业基础课程之一，是化学工程与工艺专业四门主干课程之一。主要涉及高等数学、物理化学、化工原理、化工热力学、化工传递过程、控制工程等多个领域，是一门交叉性很强的学科。化学反应工程同时也是一门研究工业反应器开发、设计、优化和放大的工程性和实践性很强的学科。国内外很多大学均开设该课程，学生通过学习这门课程掌握基本的“三传一反”知识，培养学生工业反应器的初步设计能力。

1 化学反应工程课程的教学现状

化学反应工程的研究内容主要包括基础理论知识、反应器设计等内容，主要培养学生的掌握反应动力学及其在反应器设计中的应用的能力。在整个教学过程中，由于教学内容包含的学科较多，理论内容抽象，数学公式推导复杂，涉及的工程问题多，被同学们评为化学工程与工艺专业中最难学的课程之一。上课时学生主动学习的积极性不高，产生了畏难情绪[3]，常常被动听课，上课知识理解不上去，学习效果不好。为了让学生更好的掌握化学反应工程学知识，系统的学习、学好这一门课，提高教学效果，采用系统化教学，变得尤为重要。

2 系统化教学

处在一定环境之中相互作用和相互依赖的若干部分(要素)组成的具有一定结构和确定功能的有机整体，我们称为系统。系统的功能是接受信息、能量、物质进行处理加工，产生信息、物质、能量，即系统的输入和输出。系统是分层次的。每一层次都可以作为一个系统来研究，它又是上一系统的子系统，系统可分为子系统，次子系统等。系统论的核心是整体观。它的思想是把研究对象当作一个系统来对待，看到其中的各个要素之间的关系和系统与环境之间的关系，并且从整体的角度来协调好这种关系，使系统在我们所要求的某种性能指标上达到最佳状态[4]。

系统化教学是一个复杂、涉及范围广的系统工程，主要探讨如何将系统工程的基本理论和方法应用到教学过程中，研究教学过程中各要素之间的相互关系及结构，最终实现系统化的教学。

作者认为系统化教学是把教学过程当作一个系统来处理，研究各个要素之间的关系和教学与环境之间的关系，并且从整体的角度来协调好这种关系，使系统化在我们所要求的某种教学指标上达到最佳状态。

将这一基本理论应用到《化学反应工程》教学上，笔者认为主讲教师应该从课程核心出发，围绕着“三传一反”，将《化学反应工程》的各章内容，整合起来，在引导的前提下，从整体和系统的角度，进行课程教学。

3 化学反应工程系统化教学内容

由于目前《化学反应工程》教材的种类很多，每部教材的知识体系又略有差异，但是核心内容基本相同，为了更好的说明系统化教学的意义，本文以朱炳辰老师的《化学反应工程》(第五版)为例，进行重点阐述。

3.1 知识的系统化

教师是学生人生的引航者，大学教师尤为重要，大学的开放，要求“传道、授业、解惑”的教师必须对所讲的的课程内容要理解、融汇、贯通，孰能生巧，这才是大学教师的教学前提。在对知识的熟悉的过程中，逐渐对知识进行系统化，这不但有利于教师备课，更有利于学生上课学习。

化学反应工程的主要研究内容就是通过几门基础课程的学习，学会设计反应器，围绕一个核心“反应器设计”，进行三种衡算“物料衡算、能量衡算、动量衡算”。朱炳辰老师的《化学反应工程》(第五版)一书中，重点阐述了：三种操作方式反应器包括：间歇釜式反应器，连续流动釜式反应器、连续流动管式反应器，对应文中第三章；动力学研究包括：均相动力学和气固、气液等反应动力学研究，对应文中第一章、第二章、第六章等；反应物料流动形态的测定，对应文中第四章。按照教材的内容进行知识的系统化后，作者归纳以下几点：

(1)反应动力学部分：反应动力学知识是化学反应工程课程非常重要的部分，学习本门课程的基础知识，主要围绕均相反应动力学的反应速率方程式，以及非均相反应动力学的反应速率方程式的建立。均相动力学又包括不可逆反应和可逆反应，根据反应吸放热情况又分为不可逆吸热反应、不可逆放热反应、可逆吸热和可逆放热反应。非均相动力学又分为本征动力学和宏观动力学，宏观动力学主要是根据反应过程将反应物系传递过程、流动过程和本征反应动力学综合起来组成了宏观动力学。

(2)反应器部分：对于不同操作形式反应器，要想进行反应器设计计算，必须列方程进行求解。所列方程包括物料衡算、能量衡算、动量衡算、化学反应动力学。在列方程过程之前，首先要确定衡算体系，然后进行衡算，各衡算式的基本形式为“输入=输出+反应+累计”；列方程过程中需考虑将传热、传质等因素；求解时首先根据不同反应器的情况对衡算式进行化简，然后将反应动力学引入到各衡算式中进行联立求解。

(3)实验测定部分：通过实验采用不同的测定方法，对反应物料流动形态的进行测定，根据测定数据，求解一些参数，特征参数。不同流动形态的对应的不同特征参数形式，如何通过测定的数据进行实际应用，等等。

通过对教材的知识的熟悉、掌握，在内容上进行系统化等，作者发现，经过知识系统化后，不仅有利于自己的备课，同时上课教课思路清晰，学生对系统化后的知识掌握较好。

3.2 授课的系统化

系统化的知识结合系统化的教学有助于学生对知识的掌握。授课的的系统化，取决于每位教师的教课思路，只有教师思路清晰，教学内容连贯系统，这样才能达到系统化教学。根据教学要求，严格执行上课课前复习——课上内容系统化——课程结尾小结——每章总结——每章习题课，这一系统化的教学流程。教学过程中要重难点突出，知识点相互贯穿，形成一个系统化的教学模式。

经过几年的教学，作者发现，凡是经过这一系统化的教学模式讲授后的班级，学生对课程知识的掌握效果较好，期末考试几乎无挂科。

3.3 学习的系统化

通过主讲教师对化学反应工程授课内容理解吸收后，知识已成体系，在进行融汇、贯通、系统化后，在此基础上主讲教师进行系统化教学，学生在上课时主要还是以教师主讲为主，课堂内容系统化，授课过程系统化，学生必然会形成系统化学习方式。每个学生都有自己的学习规律，这也成为系统。如果能够结合系统化的知识和系统化得教学过程，系统化的知识+系统化的教学+系统化的学习，三者相互影响，相互作用，有利于、有助于学生对化学反应工程这门课程的理解与掌握。

本文作者通过与学生交流，围绕着教师系统化的知识，经过系统化的教学，学生学习这门课程已进入到了一个系统化的过程，对知识可以熟练的掌握，对化学反应工程这门课的认识清晰明确，能够熟练的将各课程的各部分内容，贯穿到一起，围绕“三传一反”，进行学习。

4 结 语

化学反应工程知识理论性和工程性均很强，概念抽象、枯燥，知识多而复杂，涉及到数学、物理和热力学等学科的知识，学生掌握难，通过系统化教学，学生能够将抽象的知识点融会、贯通、理解并掌握，从最终的考试成绩看，几乎无挂科，效果良好，系统化的教学，不仅对化学反应工程的教学有益，而且有助于指导其它相关课程教学工作的系统化，对于其它课程教学具有深远的教学指导意义。

[1] 朱炳辰.化学反应工程.4版[M].北京:化学工业出版社, 2006:1.

[2] 刘铮, 金涌, 魏飞, 等.化学工程科学发展的回顾与思考[J].化工进展, 2002, 21(2): 87-91.

[3] 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.

[4] 李青.系统化教学在高等职业技术教育中的初步探讨.陶瓷研究与职业教育, 2003, 1(2): 32-35.

Research on Systematic Teaching of Chemical Reaction Engineering*

LIXiu-min,LIUSu,QINShao-wei,YUHai-feng,MUJin-cheng

(College of life Science, Key Laboratory of Chemical Engineering in South Xinjiang,Tarim University, Xinjiang Alar 843300, China)

The teaching content of Chemical Reaction Engineering is much and miscellaneous, it is difficult for the students to master.The teachers must think through that how to make the students easily master the knowledge point of Chemical Reaction Engineering.It was pointed out that in Chemical Reaction Engineering course, the knowledge of whole book must be form in a system around the "three transport rules and one reaction rules". Three core of systematic teaching were knowledge system, teaching system and learning system.Systematic teaching can help students master and apply the knowledge and improve education result, showed a teaching guiding function in relevant courses.

Chemical Reaction Engineering; systematic teaching; teaching

北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室开放课题项目(CRE2013C304); 塔里木大学校长基金项目(TDZKSS201418)。

李秀敏(1986-)，女，硕士，塔里木大学生命科学学院，讲师，研究方向工业催化。

穆金城(1987-)，男，硕士，塔里木大学生命科学学院，讲师，研究方向绿色氧化、工业催化。

TQ914.1

B

1001-9677(2016)019-0175-02