反应工程课程教学改革探索

官叶斌，汪小红，孔学军，王钧伟，杜荣斌

随着我国社会经济的快速发展、产业结构的调整升级以及对环保要求的日益提高，化学工业对各类新反应、新设备和新技术需求也日益迫切，因此提升化学工程专业教育质量，改革化学工程专业教学体系，有利于复合型、创新型人才的培养[1]。而随着化工、化学和材料等不同学科领域的发展、交叉和相互渗透，反应工程课程体系在教学内容、教学模式等方面也发生了一系列深刻变化，如现在众多教学研究强调产教融合，将课程教学与学生未来职业紧密联系，通过提高学生能力的时效性来保证教学效率和质量。因此对反应工程课程来说，应结合新设备、新技术来改革课程体系，通过设计、改革和实施更有效的课堂教学模式和企业实践模式，来提升化工专业人才培养质量，推动化学工程教育的改革和发展。

1 反应工程课程教学改革的基本思路

安庆师范大学地处以化工、材料制造产业立市的安庆市，区域内各类化工和材料制造产业发达，企业对化工专业人才的需求较为旺盛。因此我们认为我校化学工程与工艺专业的反应工程课程教学改革应以学生的“学”为核心，通过改变教学理念、创新培养模式和管理机制来提升教学效率和质量，是课程体系、教学内容和工程实践等方面综合性的改革[2]。基于此，将反应工程课程改革的指导思想确立为“紧密结合本地企业发展需要，理论教学模块化，实践教学应用化”[3]，即结合本地各类化工、材料制造企业对专业人才的知识、技能和实践经验的需要，强化理论教学和专业实验基础，通过实施仿真模拟实训和企业应用实践，来培养学生的工程应用思维和工程应用能力。

2 课程体系、教学内容与实践教学改革

2.1 课程体系模块化设计

化学工程和工艺不同专业方向的学生由于未来职业方向不同，因此对反应工程基础知识的需求也将不同，基于这个特点，在实际教学中将反应工程课程内容体系划分为“必修”和“选修”两个模块，并进行有机整合，如图1所示。其中“必修”模块内容包括化学反应基础理论、理想反应器、非理想反应器和催化反应理论基础等；而“选修”模块的内容则依据学生的兴趣和对未来职业规划，开设有催化反应设备、生化反应器、聚合反应器和制药反应设备等4个模块，这样有利于不同职业方向的学生进行选修。另一方面，在课时分配上，必修模块定为42课时，讲授化学反应理论基础、釜式反应器、管式反应器和催化反应理论基础等内容；选修模块14学时，学生选择其中一个方向模块进行选修，也可兼修多个模块。显然，通过这种“必修”加“选修”模块组合的方式，改变了反应工程课堂教学与实践教学的教学计划和教学大纲，从而更好地完善了反应工程的课程体系。

图1 反应工程课程模块化体系

2.2 精心优选教学内容，培养工程应用观念

反应工程是在单元操作基础上从不同的设备和操作中归纳总结，建立流动、传递和化学反应及其相互间影响的基础理论，即所谓的“三传一反”[4]。因此化学反应工程的教学需与具体的化工生产实践密切相关，这可以通过吸收现代其他学科领域相关科技发展的最新成果，形成模型化的方法论。因此针对现有反应工程教材以反应器流动状态和反应器结构为特征进行了有机组合，立足于化学反应基础理论，着重讲授反应动力学、反应过程中的传质和传热、理想反应器、非理想反应器、催化反应基础等基本理论[5]。同时根据不同的专业方向选讲其他反应器，包括多相反应器、生化反应器、聚合反应器和电化学反应器等。通过这种模块化的教学方法，不仅使学生们掌握了扎实的反应工程基础理论知识，而且对某一种反应器在相关行业的具体应用也有了深入的理解。同时通过运用现代多媒体教学手段，结合课堂讲解与讨论等互动式教学方法，积极引用了专题研习的教学模式[6],提升了学生的学习兴趣，提高了教学效率和效果，培养了学生的工程应用观念。

2.3 结合仿真模拟与企业应用,增强工程应用能力

由于反应工程涉及众多学科的基础理论和大量实际工程问题，内容繁杂，如果课堂教学结合计算机仿真技术，将复杂的数学公式转变成具体的图表与曲线，通过模拟复杂的工业反应过程，再现反应过程及变化特征，可有效帮助学生理解掌握反应工程的基础理论。

我校购置了北京欧贝尔公司的3D化学化工仿真实验室软件，利用该软件可完成流体输送、传热过程、间歇反应、多釜串联反应和返混测定等众多模型的设计与演算，让学生了解各类流动模型和反应器的设计和制造原理，分析操作条件和过程控制对反应器的性能和产物可能产生的影响。通过虚拟化的间歇反应器和连续反应器的操作，让学生了解并分析反应器操作控制方案，掌握正确的操作条件，然后结合老师提出的各类实际情况，通过改变操作工况，预测其结果，对比与理论推断是否一致，并分析原因所在。通过这种仿真模拟，既有效地检测了学生对专业知识的掌握程度，提高了学生工程分析能力，又可以激发学生的课程学习兴趣，实现了学生的知识与实践、能力与创造、技能与素质的有机融合[4]。

另外，我校和安庆石油化工有限公司共建了工程实习实训基地，利用每年在安庆石油化工有限公司生产实习环节，带队工程师将会向学生现场讲授石油化工包括催化裂解、催化加氢和重整等各类反应器的类型、结构和操作参数等有关知识，深化他们对工业催化过程理论的实际应用。此外利用到安庆市腈纶厂的生产实习环节，让学生熟悉聚合反应器和聚合反应过程等相关理论的具体工业应用，通过了解聚合→纺丝→预热→蒸汽牵伸→水洗→烘干→热定形→卷曲→切断→打包等工业生产流程，学生将课本上反应器理论知识融合于具体的工业生产装置和工业生产实践，有助于培养学生的工程理念，提高他们的工程分析和应用能力[6]。

3 结束语

通过在我校化学工程与工艺专业近三年的课程体系、教学内容和工程实践的改革和探索，发现反应工程模块化课程体系设计可有效分配学生的学习时长。通过优选教学内容，满足了不同职业方向学生知识需求，培养了他们的学习兴趣。通过加入计算机仿真模拟、参与石油化工和腈纶制造等工业生产实践，让学生不仅深入理解了反应工程理论知识，而且强化了他们对各种反应器的工程设计理念，了解了具体的工艺方法。近三年的教学实践表明，相比于单纯的课堂知识传授，这种课堂学习、模拟仿真、企业实践一体的教学模式，可以有效提高学生的学习兴趣，并提升其工程应用和创新能力。

参考文献：

[1]尹翔,周涛,刘有才,等.“四位一体”化学工程专业学位研究生教育的探索与实践[J].化工高等教育,2017(2)：27-31.

[2]莫愿斌,张超群．关于专业定位与发展方向的几个问题[J].教学管理,2009(2)：86-87.

[3]吴元欣,刘生鹏,丁一刚,等.反应工程课程体系改革与学生创新能力培养的探索[J].化工高等教育,2010,27(5)：25-28.

[4]罗运柏,于萍,黄驰,等.化学工程基础国家精品课程的建设与教学[J].化工高等教育,2012,29(3)：25-27.

[5]张濂,许志美.《化学反应工程原理》教材体系与教学[J].化工高等教育,2004(2)：113-114,122.

[6]汪小红,孔学军,官叶斌.“化学反应工程”课程专题研习教学的引入与实践[J].安庆师范学院学报(自然科学版),2014,20(2)：128-130.