浅谈《化工原理》的教学方法

常 海，王雅琼

(扬州大学 化学化工学院，江苏 扬州 225002)

《化工原理》这门课程是化工、材料、制药、食品及环境等专业的一门极其重要的专业基础课程。其研究对象是生产中共有的单元操作，在教学中起到从基础课过渡到工程实际的桥梁作用[1]，是自然科学领域的基础课向工程科学的专业课过渡的入门课程，其主要任务是介绍动量传递，热量传递和质量传递的基本原理及主要单元操作的典型设备构造、操作原理、过程计算、设备选型以及实验研究方法等[2]。课程难度大，内容多，覆盖面广，教好及学好《化工原理》这门课程是教学中很值得探讨的一个问题[3]。

笔者根据多年的《化工原理》教学经验从以下两大方面谈谈自己的体会。

1 在课堂教学方面注意以下几点

1.1 教学内容的组织上应避免照本宣科式的教学方式

首先，在具体教学过程中除分章教学外还应当注意每一章内容之间的相互联系。从根本上来说《化工原理》课程内容可归纳为三个传递过程，所以它们遵循的基本规律是相似的。并且对于每一个单元操作的解决均是取控制体列出守恒方程(如力平衡、质量守恒、动量守恒、能量守恒)以及建立过程的特征方程(如流体的本构方程、相平衡方程、传热及传质速率方程等)，然后再联立求解，只是对于每个单元操作而言可作不同的简化。

其次，在单元操作的研究方法上也有相似之处。如对于过程的速率而言，无论是过滤速率还是传热速率及传质速率，均可用速率=推动力/阻力的形式表示，只是推动力和阻力的表达方式不同而已。又如流体流动的摩擦系数与雷诺数之间的关系、搅拌功率数与搅拌雷诺数之间的关系、固定床流动摩擦系数与床层雷诺数之间的关系及曳力系数与颗粒雷诺数之间的关系均很相似，这主要是由于它们的本质均是阻力系数与雷诺数之间的关系。在讨论这类问题时首先要指明其相似性，进而要分析其产生相似性的原因是什么，最后还要分析它们之间的不同点，从而使学生对这些所学内容有一个更广泛更深刻的理解。

最后，可在教学大纲的范围内对每一章教学内容进行一定的调整形成自己的风格，从而使学生更好地理解课程，但不能脱离教材太远，要调整得当。如过滤章节中，考虑到过滤及洗涤的操作与设备密切相关，可以考虑先介绍过滤设备，然后再讲解过滤的计算；热传导的内容可以进行归类，先讲解单层平壁和多层平壁，然后再讲解多层圆筒壁和多层圆筒壁；干燥章节中为了保持概念的前后一致，在讨论间歇干燥的内容时可以删去自由含水量的定义，直接使用干基含水量来计算间歇干燥的时间[2]。

1.2 在教学过程中要注意培养学生的工程观点

《化工原理》是一门工程学科，它的研究对象和处理问题的方法与基础学科有很大的不同，很多时候不能采用基础学科的研究方法，这一方法的转变对于从低年级学习基础课转到高年级学习专业课的学生而言尤其重要。因此，对于《化工原理》的教学来说，不仅在于掌握新的工程知识和计算方法，而且要在学习中不断总结、归纳、理解处理实际工程问题的方法，这样才能成为一名合格的工程师。

1.3 对于公式的推导和例题及习题的讲解应注意

应把重点放在思路的分析上，而不是放在繁琐的公式和计算上。一些主要是数学处理的公式其推导可以只做简单介绍，而涉及到某些工程思维方法的公式则应该重点讨论其思路并做详细推导。除了讨论一些对应于固定知识点的例题及习题外，还应该提供一些综合性的例题及习题。对于这些综合性例题及习题的讨论而言，非计算题应该主要从分析解题思路上来讨论；计算题也应该适当从具体的繁琐的计算过程中脱离出来，从分析解题思路上来讨论，从宏观上把握问题的本质。

1.4 要注意充分应用各种比较直观的教学手段

如图片、图表、动画、录像等，特别是对于某些较难用文字描述清晰的内容(如各种泵、过滤机、换热器、塔、干燥器的结构及工作原理，板框压滤机过滤及洗涤的流程，旋风分离器内部的流体流动，列管换热器内部流体的流动，各种相图，塔内不正常的流动现象，热水塔和凉水塔内温度及水汽分压的变化情况等等)，使用这些手段可以极大地帮助学生理解这类过程。《化工原理》教学过程中常存在重过程原理轻设备的问题，这除了学时限制以外，还跟设备的多种多样及缺乏对实际设备的详细认识有关，同时对其设备结构也很难进行描述。所以，利用图片、动画、教学录像等手段可以很形象直观地显示设备的内部结构及工作原理等内容，从而帮助学生学好设备部分的知识，并进一步帮助理解过程原理部分的内容。

2 重视实验、认识实习等实践性环节对理论课程的作用

2.1 实验教学方面

实验教学是化工原理课程教学过程中非常重要的一个环节，化工原理实验的目的除了可以验证理论、巩固所学知识、提高学习兴趣及增强学生的工程观念外，还可以锻炼学生解决实际工程问题的能力外[4]。对于教师来说除正常指导实验外，还可以提出各种各样的问题(包括一些涉及到几个不同单元操作的综合性问题)，让学生带着问题做实验，从而提高实验教学的效果。如在流体流动及输送实验中，可以结合实际讨论离心泵安装高度的问题；过滤实验中如发生喷料应该如何处理；精馏实验中离心泵和蠕动泵在使用时分别应该注意什么，部分回流时如精馏塔顶浓度达不到要求应该如何正确处理，实验中间如果出现漏液、液泛等不正常现象时应该如何处理；干燥实验中废气循环量对实验结果有什么影响，等。从而使学生在实验过程中不仅仅只是机械地动阀门及记录数据，而应该能够结合理论课及实验过程自主地思考。从而增强对《化工原理》基本知识、概念及规律的理解[4]，进而反过来促进理论课的学习。

2.2 认识实习方面

化工类专业的认识实习是学生学习了部分《化工原理》(上)课程和部分专业课程之后进行的一次实践教学。认识实习的主要目的之一是可以加深对已学专业基础知识的理解和掌握，并增加对设备的感性认识，是理论联系实际的一个重要教学环节[5]。认识实习一般是到实际的生产现场去进行的，所以实习时可以在现场讨论很多与化工单元操作相关的内容。如各种管路；各种泵(如离心泵和非离心泵、单级泵和多级泵、单吸泵和双吸泵)的结构；各种非均相物系的分离(如过滤机、沉降槽等)的原理、作用及结构；各种管道及设备要加保温层的问题；各种不同类型的换热器的原理及结构，换热器是采用什么措施来强化换热的；各种塔的结构；凉水塔的结构及工作原理；燃烧炉的结构及工作原理，等等。从而使学生能够通过直观的现场讨论，理论联系实际来强化对《化工原理》理论课程的学习。

3 结论

总之，我们在教学中应该利用从课堂到实践环节中能够应用的所有手段来加强《化工原理》这门化工类专业主干课程的教学效果，为培养优秀的化工类专业学生服务。