化工原理課堂教學效果提高探索

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摘要：化工原理課程圍繞“三傳一反”，講解單元操作的基本原理及其設備的設計和操作，教學內容包含了大量的方程、公式和圖表，知識點晦澀難懂、學習難度大。因此，高質量的教學效果不僅依賴于學生良好的基礎課程知識，還與學生的積極性、主動性和和學習思路息息相關。基于此，課堂教學不能照本宣科，從內容到形式都需精心設計，增加趣味性、增強與之前所學知識的內在聯系、加強學生對知識的理解與運用能力，才能提高課堂教學效果。

關鍵詞：化工原理；課程設計；教學效果

引言

化工原理是化工、制藥、環境和生物等工程專業學生的必修專業基礎課，課程的學習建立在高等數學、大學物理和四大化學等基礎課之上，利用一些普適的規律，比如質量守恒、能量守恒、平衡關系和過程速率等，來研究化工過程，是理科和工科的一個橋梁課程，是很多化工專業課，比如反應工程、化學工藝學等專業課的基礎，是一門既有很強理論性又具有很強的工程特點的課程，這就要求學生不僅有良好的理論基礎，還要有較好的工程觀點和工程思維，總之，化工原理是一門難度比較大的課程。具體來講，化工原理課程主要內容是正確理解各單元操作的基本原理、熟悉其操作過程及設備的基本計算方法、掌握相應計算公式的物理意義、應用方法和適用范圍；了解典型設備的構造、性能和操作原理，具備設備選型及校核的基本知識等，課程中涉及了大量的方程、公式和圖表，這些知識點需要理解、記憶和與實際相聯系的準確運用。基于以上原因，這門課程對于大部分學生來說難度很大，大量原理和公式晦澀、枯燥且不易理解，容易致使學生失去學習的積極性和主動性，從而導致課堂教學不理想。因此，結合本人近幾年的化工原理教學過程中，在課程內容和形式上有一些探索，發現課堂教學中一定要增加課堂教學的趣味性、突出化工原理課程與之前基礎課程知識的內在聯系和加強習題的練習與分析，這樣可有效提高化工原理課程的教學效果。

1聯系生活常識和實際化工案例，增強課堂趣味性和生動性

化工原理中很多概念和規律內容很抽象，晦澀難懂，學生對于這些內容的理解和運用存在較大困難。在此以黏度為例進行說明，“黏度”是一個經常被人們運用的詞語，但是很多人并不真正了解它的理論定義，而且很多日常說法也是錯誤的往往誤導對其定義的理解。在化工原理的流體流動中黏度的定義是：“流體在運動時，相鄰流體層之間則產生相互抵抗的作用力，運動快的流體層對運動慢的流體層施以拖曳力，而運動慢的流體層對運動快的流體層施以阻滯力，流體所具有的這種抵抗兩層流體相對運動的性質稱為流體的黏性。”好多學生聽到這個概念仍然不是很明白，這時候可以用一些日常生活中的現象入手，比如一杯水用勺子攪動一下，當停止攪動以后，水就會慢慢停止運動，運動的水為什么會停下來？同樣，將一塊鋼板懸掛于液體中，施加一定的扭矩，鋼板就會在液體中轉動，一定時間后鋼板就會停止轉動，這又是什么原因導致的？通過以上現象告訴學生，液體的黏度可以阻止自身和它物的運動，從而引出流體所具有的這種抵抗兩層流體相對運動的性質稱為流體的黏性，這樣講解學生對黏度概念的理解就容易的多。這也有利于學生理解液體黏度是造成流體流動能量損失(Σhf)的根本原因。類似的例子還有，比如通過夜晚露珠的產生，讓學生分析露珠產生的原因，思考溫度變化還是空氣的濕度變化導致露珠的產生？這對濕空氣性質的理解有很大幫助。在講授傳熱相關知識時，給出一些生活中的例子，讓學生思考并與所學知識聯系，比如為什么雙層玻璃比單純玻璃隔熱效果好很多？為什么隔熱材料都是多孔材料？為什么教室里的暖氣片具有翅化面結構？從而可以討論物質導熱性能和材料結構對熱量傳遞過程的影響。在課堂上，通過以上生活現象的引入，可很好增加課程的趣味性，課程變得生動，課堂不再沉悶，可以很好調動學生的積極性和學習的主動性，這些生活實例也有助于他們對一些概念和規律的理解。此外，利用一些多媒體技術和化工實例視頻可直觀展現一些知識點，有效幫助學生對其的理解。離心泵是工業生產中應用最為廣泛的流體機械輸送，化工原理課程的機械輸送就是圍繞離心泵的原理、結構、安裝和運行展開的。通過講解學生知道離心泵的工作原理和基本結構都是圍繞液體靜壓能的提高，這部分知識教學可利用動畫形象的展現出：泵軸帶動葉片旋轉，葉片間液體在慣性離心力的作用下被甩向外周，在蝸牛形泵殼的幫助下，動能有效轉化為獲靜壓能，從而從排出口輸出；與此同時，葉輪中心形成低壓區，儲槽內液體被吸進葉輪中心，這樣依靠葉輪的不斷運轉，液體就連續不斷被吸入和排出。這種直觀得展現，有效幫助學生理解泵的工作原理，內部結構，及其操作中要避免的“氣縛”和“汽蝕”現象。此外，網上有一些視頻展現了化工過程中液體輸送的實際過程，學生通過視頻觀看，就了解到真實液體輸送過程。因此，借助于多媒體技術，可以增加知識的生動性和直觀性，利于學生對相關知識的理解，提高教學效果。

2銜接前期基礎課相關知識點，加強知識體系的理解、內化與延伸

公共基礎課中大學物理和高等數學是化工原理課程的重要基礎，化學基礎課中，物理化學的很多知識是化工原理中“三傳一反”學習的重要基礎，很多知識點內在本質相同，只是化工過程中的運用，本身是知識點的延伸。化工原理中傳熱和傳質過程的理解、化工設計相關計算與校核都是以“物料衡算”、“能量衡算”、“平衡關系”、“過程速率”為基礎展開的，這些關系的本質就是質量守恒、能量守恒、反應熱力學和動力學等物理化學知識。因此，在授課過程中，以物理化學中知識點為切入點，讓學生回憶之前所學的知識，同時也提醒學生物理化學中一般是以“系統和環境”為衡算和研究對象的，而化工原理課程中以包含管道、輸送設備和換熱/反應設備等為基礎的控制體為衡算和研究對象，強調內在本質規律是相同的，但是研究的具體對象不同，因而這種差別就表現在具體公式中，在此以熱力學第一定律為例：從上面的兩個方程中我們看見，化工原理中要考慮Σhf，而物理化學中并不考慮能力損失，這是因為化工原理研究是流體流動情況下的能量守恒，由于流體的黏性導致流體流動中一部分機械能轉化為內能，然而能量守恒的本質是一樣的，即Qe′=Qe+Σhf。故而，講授此部分內容的時候，結合之前所學物化知識，告知學生能量守恒的本質是相同的，研究的對象不同，所以具體形式上有區別。通過以上教學，學生就更容易理解流體流動過程中能量的守恒與不同形式之間的相互轉化，認識到普適規律在化工過程中的具體體現，有助于學生知識體系在廣度和深度的上延伸。其實，物理化學中很多普適規律在化工原理中都有體現，比如：(1)物理化學中液體的鋪展和固體表面的吸附等知識點對于化工原理課程中填料塔操作特性和物料吸附分離等相關知識的理解是非常重要的；(2)相平衡和相圖等知識點是化工原理課程中氣體吸收分離、精餾分離和固體物料干燥中傳質和傳熱過程學習的理論基礎。反之，這些化工單元操作的學習也會加強學生對流體界面現象、相平衡和相圖等理論知識的理解與運用，對學生知識的內化與具體應用也是至關重要的。

3加強習題練習，提高學生對知識點和公式的理解與運用能力

學生在高中經歷過大量習題的訓練學習，這是學生鞏固知識、提高熟練度、加強知識理解、降低“粗心”錯誤出現的概率，從而有效提高考試成績的重要方法。進入大學學習以后，一個大的轉變就是，要學習的科目增多，做題量大大減少。然后，對于理工科專業的很多課程，一定量習題的練習可以有效促進知識的掌握。對于初學化工原理的學生，聽老師講課，似乎什么都明白，然而一旦自己獨立做題，就發現不會做，甚至不會分析，不知從哪里入手。這是因為學生的聽課過程是一個被動接受的過程，知識理解有限，關鍵是只靠聽課很難完成知識的內化，更不用說通過知識點遷移來分析解決問題。化工原理課程要求學生學習了相應的原理、規律和公式以后，能準確計算出相關化工設計參數，要達到這個目的，除了學習相關理論知識以為，還需具備以下能力，比如：(1)具體問題具體分析即具有知識點遷移的能力；(2)熟練掌握相關基礎知識與問題處理方法；(3)準確快速從題設中獲取相關信息；(4)具有理工科思維，了解化工設計中一些常見問題的常規處理方法等。除了課題聽講以外，還需要通過一定習題的練習，解決一些具體問題才可以獲得以上能力。以靜力學原理為例來說，利用靜力學方程進行壓差和液位高度的計算公式并不難，學生一般遇到的問題有兩個：(1)如何正確合理確定等壓面，這是是計算的基礎，盡管授課過程講了等壓面選取的原則，但是對于初學者在具體的不同化工設備和管路中快速正確確立等壓面并不是很容易；(2)如何快速確定不同面上的壓力值或壓力表達式，在此實際上要求學生對絕對壓力、表壓和真空度要有準確的理解，關鍵在不同情況下合理應用絕對壓力或表壓。此外，利用機械能衡算方程進行化工設計方面的計算是流動流動規律最重要的內容，同樣學生僅僅掌握機械能衡算方程是遠遠不行的，還需要掌握控制體和控制面/基準面的正確選取。通過恰當控制面和基準面的選取，其3結語在天然藥物化學的理論教學中，筆者突破傳統的教育思想和模式，將以問題為基礎的教學法、案例為基礎的教學法、交互式教學運用于天然藥物化學的教學改革中，構建以學習者為中心，建立民主、平等的師生關系，創設適合于學生主動參與、主動學習的新型教學環境。總體上，較好地完成了互動式教學，并且突破了教師提問學生回答的簡單互動模式，讓筆者更加體會培養學生自主學習能力的創新教育還有許多工作可做，相信在進一步總結經驗的基礎上會取得更好的教學效果。

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作者：彭軍霞 單位：陜西師范大學化學化工學院