习题微课在《化工原理》教学中的应用

周艳军 赵永华 刘彦琳 王欢 周立岱

摘 要：鼓励学生讲习题，利用现代化信息技术制作成习题微课，并在教学中应用，使学生对化工原理知识的掌握更加深入，分析问题、解决问题及表达等能力得到了显著提高，节省了习题课时间。实践证明习题微课的实施收到了很好的效果。

关键词：化工原理；习题微课；微课制作；习题讲解

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）05-0112-03

Abstract： Students were encouraged to talk about the questions. The exercises micro-lecture was made via using the modern information technology， and applied in teaching. It greatly stimulated students' mastering the knowledge of chemical principles in-depth， and improved students' abilities of analyzing and solving problem and expressions， meanwhile， it would save exercise class time. Practice has proved that the implementation of the exercises micro-lecture had received good results.

Keywords： chemical engineering principles； exercises micro-lecture； making micro-lecture； explain the problem

化工原理是化工類及相关专业一门工程性、实践性很强的专业技术基础课，主要讲述化工单元操作的基本原理与工艺计算、典型设备主要形式、操作与选择[1]。通过单元操作的学习，帮助学生树立正确的工程意识和观念，培养学生分析和解决相关单元操作问题的能力，为今后工作打下牢固的工程技术和工程方法基础。

由于化工原理内容涉及工程实际问题很多，初学化工原理的学生常常反映：老师课上讲的条理很清楚，也都能听明白，但是遇到问题就不知如何运用知识解决[2]。为此，我们对化工原理课程在教学方法进行了以学生为主体的教学方式改革、以及多样化的考试方法改革，以激发学生学习的积极性和主动性，提高学生工程意思和素质，并取得了很好的效果[3，4]。但大部分学生在利用所学理论知识解决实际问题时，还存在一讲就会，不讲就不知该如何解题的困惑。习题课作为化工原理教学中的十分重要的环节，是使学生掌握单元操作基本原理、工艺计算的必要手段，通过解题，学生加深了对基本知识的掌握和理解，解题过程使学生将理论与实际相联系，是提高分析问题和解决问题能力的一个途径。因此，如何更好的发挥习题课的作用，使学生获益最大，是教学工作者亟待思考的问题。根据多年教学研究体会，对习题讲解进行了改革，将现代化信息技术应用到习题课教学中。

一、习题课改革必要性

在进行“化工原理”教学时，每学完一章节，都要求根据知识点做一定量的习题，对主要章节都要安排讲一次习题课，或在教学过程中穿插讲解一些习题，通过课堂上教师引导学生根据所学知识对典型习题进行分析和讨论，使学生弄清基本概念，了解解题思路，掌握解题方法，以提高学生分析和解决问题的能力。解题过程中学生消化运用知识、强化思维、提升学生解题能力，也是检验教学效果的手段。所以教学过程中习题讲解和学生自已做习题的环节非常重要。但以往化工原理习题课教学中，教师将不同单元操作按设计型和操作型题型进行归类，教师几乎“满堂灌”讲解一些典型例题，讲解过程中学生被动接受教师的解题思路和解题方式，不利学生对习题的理解、分析、思考，使学生缺失获取知识的积极性和主动性，造成学生“一听就会，一做就错，一考就糟”的局面。虽然后期进行教学方法改革，采用启发式的习题授课方式，使学生参与教学中，但受课时限制教师讲解题量有限，对于工程意识缺乏的学生一旦题目有变化，就不知如何解题。如何开拓学生的思路，启发学生主动思考问题，强化学生工程意识，必须对化工原理“习题课”进行教学改革，使其充分发挥作用。

二、习题微课可行性

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中明确提出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视。要加快教育信息化进程，加强网络教学资源体系建设，促进优质教育资源普及共享。”在众多网络教学资源中，微课以其“短、小、精”等特征，迎合了学习者心理[5]。微课在化工原理教学中已得到应用[6，7]，微课极大的拓展了学生学习的时间和空间，使得学习不再仅仅局限于课堂上和教室中。同时微课可以使学生按照自己的需要针对不同的知识点选择学习，既可查漏补缺又能强化巩固知识，是传统化工原理课堂学习的一种重要补充和拓展资源，因此将微课应用到化工原理习题课中是可行的[7]。

三、习题微课制作

（一）制作软件

习题微课的主要呈现方式是视频，也是微课的核心部分。利用计算机和录屏软件等多媒体技术将所要讲解的内容录制下来，再通过会声会影软件进行修剪形成微课。

为了锻炼学生利用信息化技术能力，鼓励学生上网查找制作微课的软件并下载，下载完毕安装运行。以KK录像机为例，选择合适的录制模式，KK录像机有全屏、区域、帧率三种录制模式，一般录课选择全屏模式。选择合适的录制模式后，开始录制，按Alt+F9或点录制按钮开始录制，再按Alt+F10或点结束按钮结束录制。然后点我的录像就能看到刚录制的视频，双击视频文件可预览播放效果。

（二）激励学生参与习题微课

为了激励学生参加习题讲解并制作微课的教学环节，将此部分与本课程考试方法相结合，作为学生平时考核一部分。具体做法，将各单元操作习题公布给学生，学生自选一题或二题进行讲解。根据讲题数量及质量，给出一定分数计入本课程总成绩。为使学生掌握讲题方法，参与习题教学中，习题课上，教师在讲习题时，从讲题思路入手进行讲解，以及如何运用所学理论与公式解题，通过一、二道习题的引导，使学生掌握解题方法。同时鼓励同学之间相互讲题，教师引导，指出不足之处，不断改进，提高讲题水平。

（三）习题讲解

以流体流动单元操作题为例：如图1所示，某水泵的吸入口与水池液面的垂直距离为3m，吸入管直径为50mm的水煤气管（ε=0.2mm）。管下端装有一带滤水网的底阀，泵吸入口附近装一真空表。底阀至真空表间的直管长8m，其间有一个90°标准弯头。试估计当泵的吸水量为20m3/h，操作温度为20℃时真空表的读数为多少kPa？又问当泵的吸水量增加时，该真空表的读数是增大还是减少？

学生通过对题目分析，确定利用机械能衡算式求取真空表读数，然后分析如何确定截面，以及各截面已知和未知条件，分析后选定截面，根据选定截面列出机械能衡算式，并对方程中各参数进行分析，详细讲解了如何获得各参数，最后得出计算结果。具体解题过程如下：

解：水面为1-1截面，真空表处为2-2截面，列机械能衡算式：

p1 pa，z1 0，z2 3m，u1 0

查20℃水的 μ=1.0×10-3 Pa.s，ρ=998.2kg/m3

查莫迪摩擦系数图 λ=0.029

查50mm的水煤气管底阀 ζ=10，90°标准弯头 ζ=0.75

p2（真）=94.8kPa

操作温度为20℃时真空表的读数为94.8kPa。

当泵吸入水量增大，u2增大，阻力增大，p2降低，真空表的读数增大。

在讲题过程中学生讲出了为什么选截面，以及怎么选；掌握了截面选取原则，摩擦系数的查取，阻力的计算，及机械能守恒方程的应用等知识。

再以吸收单元设计型和操作型复合题为例讲题。在压力为101.3kPa下用清水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气体含NH3为0.1（摩尔分数），于40℃下进塔底，体积流量为0.556m3/s，空塔气速为1.2m/s。吸收剂的用量为理论最小用量的1.1倍，要求NH3的吸收率为95%，且已估算出塔内气相总体积吸收系数Kya的平均值为0.1112 kmol/（m3·s）；其与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。操作条件下的平衡关系为Y*=2.6X（X、Y均为摩尔比），试求：（a）填料塔的直径和填料层高度。（b）气体流量增大一倍，填料层高度应为多少才能保持原来的吸收率（塔径不變）？

学生对题目进行了分析，用反推法讲解了如何计算填料层高度，即从已掌握的计算填料层高度公式出发，从解决公式中参数入手，步步推进，最后得出计算填料层高度的所有参数，得出计算结果。根据所学知识分别讲解了用脱吸因数法和对数平均推动力法计算填料层高度。在讲解第二问操作型问题时，学生对气体流量增大一倍的操作，用物料衡算、平衡关系、推动力验证了塔高无穷，也不能保证吸收率不变。具体解题过程如下：

解：（a）填料塔的直径和填料层高度。

气相进塔组成Y1===0.11

气相出塔组成：Y2=Y1（1-？渍）=0.11（1-95%）=0.0055

（b）气体流量增大一倍，填料层高度应为多少才能保持原来的吸收率

因为：V'=2V；V'（Y1-Y2）=L（X'1-X2）？圯X'1=0.0767

Y1-mX'1<0； 所以，无论塔多高，都不能保证吸收率不变。

讲题过程中学生不但阐明了原理，而且思路清晰、镇定、不慌、循序渐进、有条不紊、逐步推进、循循善诱地进行讲解，体现学生对知识掌握深入，并能有理有据地运用所学知识解决实际问题。

四、实施及效果

习题微课视频制作完成之后，上传到相应网站或学生群，以供学生学习。学生学习之后，可对视频进行点评，以及对讲解知识是否明白或有疑惑方面等的反馈供讲题学生或教师修改，以期达到最好的效果。通过习题微课教学收到如下效果。

1. 使学生在学习过程中积累的知识，通过做题、讲题得到运用，并能帮助其他同学，学生会切身体会到学习知识是有价值的。

2. 通过讲题，学生对知识的掌握更加深入，分析与解决问题的能力、表达能力得到了较好的锻炼，学生满足感得到提升，学习成绩得到提高。

3. 习题微课上网，学生可以随时随地上网学习，节省习题课教学时间，解决了受时间限制，课上习题讲的少的问题。

4. 用现代信息技术制作微课，学生应用录制软件能力得到提高，拓展了知识面。

通过习题微课的实践，我体会到每个学生都是一块待雕琢的好玉，教师就是雕刻这玉璞的工匠，教师要根据学生特点，制造能挖掘学生潜能的项目和环境，如激励和教师指导作用得当，学生会在化工原理习题微课的实践中不断培养自己的各方面能力，对学生今后职业发展有很大的帮助作用。

参考文献：

[1]夏清，贾绍义.化工原理（修订版）[M].天津：天津大学出版社， 2013.

[2]王志英，刘继东，王洪海，等.化工原理习题课的教学实践与探讨[J].化工高等教育，2011（3）：59-62.

[3]周艳军，赵永华，齐平，等.基于教师与学生“双主体”化工原理案例教学法的运用[J].高教学刊，2016，9.

[4]周艳军，张启俭，王欢，等.化工原理课程考核方法改革的探索与实践[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2014，16（6）：129-131.

[5]张琪，陈乐，韶晖.微课促进高校化工原理教学改革的应用研究[J].大学教育，2016（6）：155-156.

[6]刘辉.微课在化工原理课程教学中的应用初探[J].广东化工， 2016，43（1）：145，156.

[7]张琪，韶晖.化工原理微课建设与提高教育教学质量的研究[J]. 教育教学论坛，2016（13）：188-189.