西部应用型本科高校“化学反应工程”课程教学改革与实践

谢瑞刚 兰翠玲 赵金和 周伶俐 邹龙生

(1. 百色学院，化学与环境工程学院，广西 百色 5333000； 2. 百色学院，校长办公室，广西 百色 5333000；3. 百色学院，教育科学学院，广西 百色 5333000； 4. 桂林航空工业学院,能源与建筑环境学院, 广西 桂林 541004)

我们常用“三传一反”来描述化工生产过程的动量传递、质量传递、热量传递以及化学反应过程。作为一门自然学科，化学反应工程学的研究范畴、方法论以及相邻学科的领域早在1957年化学反应工程第一届学术会议上就被明确下来，Octave Levenspiel，Fogler H.Scott等版本教材相继出版[1]。如果将化学工程与工艺课程群形象地比作一棵树，那么化学反应工程和化工分离工程就是大树的枝干[2]，足见本课程在化工课程群中的地位和重要性。化学反应工程主要研究化学反应动力学与反应器工程设计分析两个方面内容，课程对数学基础与计算机使用技术有一定要求。化学反应速率的化学动力学方程、理想或非理想反应器建模、工业反应器设计等方面都需要用到高等数学、概率论与数理统计以及计算机技术的知识[3]。除此以外，还需要提前学习物理化学、化工原理、化工热力学等课程方面的相关内容，所以，化学反应工程课程一直以来都是相对难学的化工专业课程。

百色学院是地处老少边穷地区的一所民族地方院校，教育水平相对落后，学生主要是来源广西壮族自治区的壮族，普通话水平相对较弱。学生数学基础普遍薄弱，同时计算机编程基础、概率论与数理统计两门课程并不开设。结合化学反应工程课程特点及化工学院教学实际情况，我们尝试从以下方面去提升课程教学质量与效率，提高学生的学习积极性。

1 增加数学基础知识，提高课堂教学效率

高等数学一般在大一开设，等到大三使用时可能记忆模糊，甚至有的同学当时在微积分、常微分方程的学习过程中学的不是很好，加之数理统计与概率论课程不开设，所以，对于泰勒级数展开、极限求解、二阶偏微分方程、二阶常系数线性齐次微分方程求解、停留时间分布统计特征、概率密度函数等用于反应动力学模型的求解和反应器的特性分析的微积分、数理统计知识十分缺乏[4]。针对这种实际情况，我们尝试增加这方面教学学时，并要求学生把相关课本放到手边便于查找。通过化学反应工程专业课的学习，使同学们看到了数学基础知识的重要性。囿于教学学时的限制，高等数学、数理统计与概率论甚至数学分析等方面的数学知识的学习还需要在课后多多加强。

2 加强计算机技术训练，提高课堂教学与实践教学效率

基于计算机基础课程不安排编程基础的讲授，我们尝试在“计算机在化工中的应用”这门课中重点讲述化学反应工程、化工分离工程、化工热力学、化工过程分析与合成等化工相关专业课程中用到的一些软件和编程基础。选购华南理工大学方利国老师编写的化工版本科教材《计算机在化学化工中的应用(第四版)》作为教学参考教材，重点讲解Visual Basic、Matlab、Orgin、ChemBioOffice与Office五种软件在化学化工中的实际应用。化学化工文献检索与应用在“文献检索与应用”这门课程中讲述，CAD在“工程制图与AutoCAD”课程中讲述，化工流程软件Aspen plus在仿真模块Aspen plus入门中讲述。

与其他编程语言相比，Visual Basic(VB)结构化、程序化的编程语言简单易学，其特点是可视化、面向对象和事件驱动。化学反应工程中均相反应动力学及反应器计算复杂，利用VB语言编写程序来处理这方面问题事半功倍，如，用VB程序编写的四阶龙格-库塔法[5,6]来求解连续一级反应动力学的一阶常微分方程组，用VB编程语言开发的气体吸收过程中恒定容积法测定气体溶解度的实验数据，便于查找，计算准确，实用性较强[7]。Matlab是一种科学计算软件，在化学化工实验数据拟合及模型参数计算、化学化工线性与非线性方程及方程组求解、化工常微分方程(组)和偏微分方程(组)以及优化求解中大显身手，有着很好的应用。青岛科技大学张青瑞等借助Matlab软件求解连续搅拌釜式反应器(CSTR)中的非线性方程组来得知反应器内部参数变化，在反应器稳定性分析中起到了很好的效果[8]。数据处理和绘图软件Origin用于在均相反应动力学过程及毕业论文实验中数据处理及图形绘制等方面[9]。ChemBioOffice 软件常用于有机化学的结构式、分子模型、核磁分析预测以及化学化工实验辅助图绘制等[10]。Office软件是各专业都须使用的软件，需要讲解Word与PowerPoint在毕业论文撰写过程中的使用技巧，Excel在毕业论文实验数据处理、编程两方面的应用[11]。

3 参与学科竞赛，提高实践教学质量

学科竞赛是一种培养学生实践创新能力的有效的途径，竞赛的设计题目就是一个个很好的案例教学素材[12]。涉及到化学反应工程课程的有全国大学生化工设计竞赛、全国“互联网+化学反应工程”大学生课模设计竞赛、全国大学生化工安全设计大赛等。这些竞赛小到反应器选型大到整个工厂设计，都是在校生化学反应工程课程一次难得的理论知识夯实，实践创新能力提升的绝佳机会，可以积累更多的化学反应工程课程实践教学案例。案例教学不但增强学生对化学反应工程课程的兴趣，更使单调枯燥的课堂瞬时变得热烈起来。学科竞赛的参与还让同学们收获了一些奖励，如2019年化工设计竞赛华南赛区二等奖等，2018年“赢创杯”第二届全国“互联网+化学反应工程”课模设计大赛三等奖等。

4 结语

从化学反应工程课程难学的源头加强科学数学知识和计算机技术预备知识讲授，结合学科竞赛，使得学生实现逐渐由听不懂不愿意学到听得懂可以学到最后不难很想学的重要转变。一直以来大家认为难学枯燥的化工分离工程、化工热力学、化工过程分析与合成等其他相关专课程的学习也逐渐被大家接受。只有乐学专业课程才能更加爱惜自己的专业，才能在“理论到实践再到理论”良性循环中逐步提升应用型人才的综合能力[13]。化学反应工程属于工程学科，工程因素还需工程思维[14]，逐渐增加化学反应工程实验[15]，以惠及到更多的百院学子。