高分子材料与工程专业“化工原理”绪论课的教学设计

顾绍金 左丹英 黄菁菁 柏自奎 王罗新

摘 要 “化工原理”是高分子材料与工程专业的专业基础课之一，是一门工程性极强的课程，在“化工原理”绪论课的教学过程中，采用启发式教学，结合实例，围绕“为什么要学习化工原理、什么是化工原理和如何学习化工原理”等进行教学设计，激发学生对学习化工原理的兴趣，使学生更好地了解这门课程的重要性和实质的内容，从而增强教学效果。

关键词 高分子材料与工程专业 化工原理 绪论课 教学设计

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.07.050

Abstract "Chemical Principles" is one of the professional basic courses of polymer materials and engineering. It is an extremely engineering course. In the teaching process of the "Chemical Principles" introduction course， heuristic teaching is used， combined with examples， around "why to learn the principles of chemical engineering， what is the principle of chemical engineering and how to learn the principles of chemical engineering， etc."， to stimulate students' interest in learning chemical engineering principles， so that students can better understand the importance and substance of this course， thus enhancing the teaching effect.

Keywords polymer materials and engineering； Chemical Principles； introduction course； teaching design

“化工原理”是研究和探討化工生产中普遍的和一般的规律，并应用这些规律解决化工生产过程中的工程问题的技术基础课——是一门工科性质的课程。它是综合运用数学、物理、化学等基础知识，分析和解决化工类型生产中各种物理过程的工程学科。[1]通过本课程的教学，培养学生分析和解决实际工程问题的能力，为后续专业课程的学习奠定基础。因此，该课程是基础理论与专业知识、基础理论与实际工程之间的桥梁。目前该课程是笔者所在学校材料科学与工程学院高分子材料与工程专业的一门重要专业基础课。“化工原理”是在学习完高等数学、大学物理和物理化学课程后开设的一门综合性较强的课程。该课程学习的方法与高等数学不同，知识点零散，是学生普遍觉得难度较大的一门课程。

高分子材料与工程专业是介绍聚合物化学与物理的基本理论和高分子材料的组成、结构与性能知识及高分子成型加工技术知识的一个工科专业。这与目前多数教材偏重于介绍传统的基础化工知识区别较大，从而易使高分子材料与工程的学生产生教材对于他们专业适用性不强的错觉。[2]此外，我校高分子材料与工程专业的化工原理课程是在学生刚刚学完高等数学、大学物理和物理化学之后开设的一门专业基础课，上述课程属于自然科学，而化工原理课程属于工程科学，两者有较大差别。因此在实际的教学过程中，如何让刚刚学完自然科学知识的的学生能够对化工生产过程有充分的理解，如何激发学生学习该门课程的积极性，并让学生觉得该门课程与高分子材料与工程专业紧密相关，绪论课的教学设计在其中起着非常重要的作用。[3，4]本文通过总结几年来的教学过程，就如何上好高分子材料与工程专业“化工原理”绪论课谈几点心得。

1 开门见山，指出为什么要学习化工原理课程

让学生明确课程学习的目的和学好此课程的重要性，对提高学生学习的积极性和主动性具有非常好的促进作用。“化工原理”作为一门重要的专业基础课，不管从课程在专业知识体系中的地位，还是从解释日常生活中的一些生活现象，都有必要认真学好。

1.1 从课程在专业知识体系中的地位阐述课程的重要性

学生在上这门课程之前，可能会存在一些疑惑？高分子材料与工程专业是材料类专业，为什么要学习化工类专业的课程？在过去，化学工业大体分为无机化工和有机化工两大类，无机化工主要包括酸、碱、盐、稀有元素、电化学和硅盐酸工业；有机化工主要包含合成纤维、塑料、合成橡胶、农药和化肥等工业。随着化学工业的不断发展，形成了包含酸、碱、化肥和农药在内的生物化工，合成纤维、塑料、和合成橡胶为门类的高分子化工，以及合成洗涤剂、炸药、染料、涂料、医药、感光材料为门类的精细化工。其中高分子化工是塑料、橡胶、合成纤维、涂料、胶黏剂化学工业，而这些正是我校高分子材料与工程专业主要学习专业知识的一部分，表明高分子材料与工程专业即与材料类专业有关，也属于化学工业的范畴，从而使学生从专业知识的内容明白为什么要学习化工原理课程。另外，进一步的介绍高分子材料与工程专业后续要学习的主要专业课程“高分子成型加工原理”和“高分子材料加工工艺”，在这些课程中会重点介绍塑料、橡胶和合成纤维三种高分子材料的成型原理和工艺，比如在合成纤维的纺丝成型中，传动、传热和传质与纤维结构性质的变化是同时进行的，而传热、传质过程正是“化工原理”主要内容“三传”中的传递过程，说明“化工原理”是“高分子成型加工原理”和“高分子材料加工工艺”课程重要的基础，从而认识这门课程的重要性。

1.2 从生活常识介绍阐明课程内容学习的重要性

都说生活是最好的老师，说明生活中处处都有着深厚的知识。通过启发是教学方法，先列举一些与生活息息相关的现象，提出问题，请同学们讨论思考并回答其原因，进而引出相关的化工原理知识。例如为什么在等候乘坐火车或者地铁的时候要站在黄线以外？热得快，电水壶底部，为什么都要做成波浪形？夏天开电风扇为什么凉快？ 为什么冬天经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和？通过提出与日常生活相关的问题，逐步引导同学们思考和回答，并通过化工原理知识进行合理的解释。采用这样的引入方式，更好的吸引了学生的注意力，这样的设计极大地调动了学生学习兴趣，也使得他们体会到化工单元操作的应用实际上就在自己身边，从而体会到学习化工原理的重要性。

2 介绍什么是“化工原理”——明确化工原理的主要内容、研究对象

在这部分，首先让学生了解什么是化工原理，详细介绍化工原理课程的性质、课程的主要内容、课程的目的以及课程的研究对象，然后通过介绍豆腐的制作、制糖工业、酿酒、聚氯乙烯、高压聚乙烯等实际生产工艺过程，并让学生分析实验室生产这些物质与实际生产的相同点和不同点，让学生明确化工原理课程不是教我们如何制备新物质，如何纯化和表征新物质——这是化学家的事。而是如何把化学家们在实验室的研究成果开发为中试，再进一步进行规模化生产，是在科学实验与化工生产之间架起一座桥梁，是一种为人类社会进步创造价值的劳动。

同时通过这些实例的分析，分析各产品的生产流程，归纳各产品生成流程的共性与不同点，分别遵循几个基本原理，随后给学生呈现一个清晰的知识脉络，即任何一种化工产品的生产都是“三传一反”的过程。让学生明确化工原理主要讲授在化工生产中除化学反应以外的所有物理加工過程，包括动量传递（流体流动和输送机械、沉降与过滤）、热量传递（传热）和质量传递（蒸馏、吸收、干燥、萃取），这就是我们要讲的三传的基本原理，把这些基本原理弄清楚了，任何生产流程的学习都可以迎刃而解，说明许多单元操作和单元过程都遵循相同的基本规律，因此，通过向学生清晰的呈现化工原理课程的知识结构和脉络，让学生明白化工原理是什么，从而预先克服畏惧心理，使学生有信心把这门课程学好。

3 如何学习化工原理——介绍科学的学习方法，消除学生的畏难情绪，提升学好本课程的信心

“化工原理”课程是一门在学习完高等数学、大学物理和物理化学课程后开设的综合性较强的专业基础课。该课程的知识点零散，涉及公式多，并且学习方法与高等数学不一样，使学生普遍感到学习难度较大。在学生学习这门课程的时候，如果不能很好地消除他们对这门课程的畏难情绪，会使得学生对这门课程失去兴趣，从而导致学无所获，进而影响后面专业课程的学习。为了更好地消除学生的畏难情绪，调动学生学习的积极性，教给学生科学的学习方法显得尤为重要。因此，教导学生按照以下几点开展学习：

（1）引导学生使用多对比、常归纳和总结的学习方法。化工原理课程的各章节之间具有紧密的联系和规律性，在学习和复习的过程中，始终把握本课程的“两条主线”和“五个基本概念”。两条主线中的第一条为明确动量传递、热量传递和质量传递都是传递过程，这是联系化工生产过程中各单元操作的一条主线，是本课程统一的研究对象，具有相同的研究规律；第二条为研究各个单元操作的方法论是联系各单元操作的另一条主线，进而通过“传递过程理论”和“解决工程问题的方法论”两条主线把所有单元操作有效地联系在一起，从而对所学知识融会贯通。“五个基本概念”是物料衡算、能量衡算、物料平衡关系、传递速率和经济核算，这五个概念始终贯穿于各个单元操作，是研究化工单元操作的基本原理。课程的每章都从单元操作的基本原理开始，依次介绍平衡关系、物料衡算（包括总物料衡算及操作线方程）、设备主体尺寸的计算、过程影响因素分析和过程的强化等内容，具有相似的研究方法和规律性。

（2）抓住重点，掌握公式的应用条件，在理解的基础上加以记忆。化工单元操作是对化工生产中的实践操作规律的总结，因此，在化工原理学习过程中，要始终注意与实际生产过程中成功或失败的例子结合，从而加深对基本理论和公式的理解，避免对公式的死记硬背。

（3）积极参与课堂讨论，认真对待课堂练习和课后习题。在课堂讨论中，应该积极参与讨论，集中注意力，与同学相互探讨，大胆假设，从而获得综合运用基本理论知识和工程观念解决复杂工程问题的能力。通过课后习题，学会解题方法，达到融会贯通，通过解题进一步地理解公式的用途，从而掌握课程的重难点。

4 结语

良好的开端是成功的一半，通过对“化工原理”绪论课的课堂教学设计，让学生明确了本课程学习的重要性，使学生充分了解了课程的内容、学习目的和学习方法，拉近了师生间的距离，激发了学生学习的兴趣与求知欲，为今后教学的顺利进行奠定了良好的基础。

参考文献

[1] 张可喜，符新，何映平，李志君.面向高分子材料专业的化工原理教改思考[J].教师，2013.29：87-88.

[2] 晏丽红，杨宗政.激发学生学习兴趣，活跃课堂教学气氛-化工理课堂教学方法的探索和实践[J].化工高等教育，2014.31（1）：105-109.

[3] 周亚洲.《化工基础》绪论课的教法[J].孝感师专学报（自然科学版），1996.16：71-72.

[4] 林艳红，袁晓玲，张桐江，孟繁雨.“化工原理”绪论课教学的重要性及授课策略[J].广州化工，2016.44（6）：205-206.