化工原理課堂教學(xué)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(shè)備的設(shè)計(jì)和操作，教學(xué)內(nèi)容包含了大量的方程、公式和圖表，知識(shí)點(diǎn)晦澀難懂、學(xué)習(xí)難度大。因此，高質(zhì)量的教學(xué)效果不僅依賴于學(xué)生良好的基礎(chǔ)課程知識(shí)，還與學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和和學(xué)習(xí)思路息息相關(guān)?；诖耍?a href="http://www.coffee125.com/lunwen/tkjylw/159153.html" target="_blank">課堂教學(xué)不能照本宣科，從內(nèi)容到形式都需精心設(shè)計(jì)，增加趣味性、增強(qiáng)與之前所學(xué)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系、加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與運(yùn)用能力，才能提高課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：化工原理；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)效果

引言

化工原理是化工、制藥、環(huán)境和生物等工程專業(yè)學(xué)生的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，課程的學(xué)習(xí)建立在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和四大化學(xué)等基礎(chǔ)課之上，利用一些普適的規(guī)律，比如質(zhì)量守恒、能量守恒、平衡關(guān)系和過程速率等，來研究化工過程，是理科和工科的一個(gè)橋梁課程，是很多化工專業(yè)課，比如反應(yīng)工程、化學(xué)工藝學(xué)等專業(yè)課的基礎(chǔ)，是一門既有很強(qiáng)理論性又具有很強(qiáng)的工程特點(diǎn)的課程，這就要求學(xué)生不僅有良好的理論基礎(chǔ)，還要有較好的工程觀點(diǎn)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(nèi)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(shè)備的基本計(jì)算方法、掌握相應(yīng)計(jì)算公式的物理意義、應(yīng)用方法和適用范圍；了解典型設(shè)備的構(gòu)造、性能和操作原理，具備設(shè)備選型及校核的基本知識(shí)等，課程中涉及了大量的方程、公式和圖表，這些知識(shí)點(diǎn)需要理解、記憶和與實(shí)際相聯(lián)系的準(zhǔn)確運(yùn)用?；谝陨显?，這門課程對(duì)于大部分學(xué)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(xué)生失去學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，從而導(dǎo)致課堂教學(xué)不理想。因此，結(jié)合本人近幾年的化工原理教學(xué)過程中，在課程內(nèi)容和形式上有一些探索，發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)中一定要增加課堂教學(xué)的趣味性、突出化工原理課程與之前基礎(chǔ)課程知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和加強(qiáng)習(xí)題的練習(xí)與分析，這樣可有效提高化工原理課程的教學(xué)效果。

1聯(lián)系生活常識(shí)和實(shí)際化工案例，增強(qiáng)課堂趣味性和生動(dòng)性

化工原理中很多概念和規(guī)律內(nèi)容很抽象，晦澀難懂，學(xué)生對(duì)于這些內(nèi)容的理解和運(yùn)用存在較大困難。在此以黏度為例進(jìn)行說明，“黏度”是一個(gè)經(jīng)常被人們運(yùn)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(cuò)誤的往往誤導(dǎo)對(duì)其定義的理解。在化工原理的流體流動(dòng)中黏度的定義是：“流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰流體層之間則產(chǎn)生相互抵抗的作用力，運(yùn)動(dòng)快的流體層對(duì)運(yùn)動(dòng)慢的流體層施以拖曳力，而運(yùn)動(dòng)慢的流體層對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)稱為流體的黏性?！焙枚鄬W(xué)生聽到這個(gè)概念仍然不是很明白，這時(shí)候可以用一些日常生活中的現(xiàn)象入手，比如一杯水用勺子攪動(dòng)一下，當(dāng)停止攪動(dòng)以后，水就會(huì)慢慢停止運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的水為什么會(huì)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(huì)在液體中轉(zhuǎn)動(dòng)，一定時(shí)間后鋼板就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這又是什么原因?qū)е碌?？通過以上現(xiàn)象告訴學(xué)生，液體的黏度可以阻止自身和它物的運(yùn)動(dòng)，從而引出流體所具有的這種抵抗兩層流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)稱為流體的黏性，這樣講解學(xué)生對(duì)黏度概念的理解就容易的多。這也有利于學(xué)生理解液體黏度是造成流體流動(dòng)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(chǎn)生，讓學(xué)生分析露珠產(chǎn)生的原因，思考溫度變化還是空氣的濕度變化導(dǎo)致露珠的產(chǎn)生？這對(duì)濕空氣性質(zhì)的理解有很大幫助。在講授傳熱相關(guān)知識(shí)時(shí)，給出一些生活中的例子，讓學(xué)生思考并與所學(xué)知識(shí)聯(lián)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(jié)構(gòu)？從而可以討論物質(zhì)導(dǎo)熱性能和材料結(jié)構(gòu)對(duì)熱量傳遞過程的影響。在課堂上，通過以上生活現(xiàn)象的引入，可很好增加課程的趣味性，課程變得生動(dòng)，課堂不再沉悶，可以很好調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，這些生活實(shí)例也有助于他們對(duì)一些概念和規(guī)律的理解。此外，利用一些多媒體技術(shù)和化工實(shí)例視頻可直觀展現(xiàn)一些知識(shí)點(diǎn)，有效幫助學(xué)生對(duì)其的理解。離心泵是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的流體機(jī)械輸送，化工原理課程的機(jī)械輸送就是圍繞離心泵的原理、結(jié)構(gòu)、安裝和運(yùn)行展開的。通過講解學(xué)生知道離心泵的工作原理和基本結(jié)構(gòu)都是圍繞液體靜壓能的提高，這部分知識(shí)教學(xué)可利用動(dòng)畫形象的展現(xiàn)出：泵軸帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，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(dòng)能有效轉(zhuǎn)化為獲靜壓能，從而從排出口輸出；與此同時(shí)，葉輪中心形成低壓區(qū)，儲(chǔ)槽內(nèi)液體被吸進(jìn)葉輪中心，這樣依靠葉輪的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，液體就連續(xù)不斷被吸入和排出。這種直觀得展現(xiàn)，有效幫助學(xué)生理解泵的工作原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，及其操作中要避免的“氣縛”和“汽蝕”現(xiàn)象。此外，網(wǎng)上有一些視頻展現(xiàn)了化工過程中液體輸送的實(shí)際過程，學(xué)生通過視頻觀看，就了解到真實(shí)液體輸送過程。因此，借助于多媒體技術(shù)，可以增加知識(shí)的生動(dòng)性和直觀性，利于學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，提高教學(xué)效果。

2銜接前期基礎(chǔ)課相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，加強(qiáng)知識(shí)體系的理解、內(nèi)化與延伸

公共基礎(chǔ)課中大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)是化工原理課程的重要基礎(chǔ)，化學(xué)基礎(chǔ)課中，物理化學(xué)的很多知識(shí)是化工原理中“三傳一反”學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)，很多知識(shí)點(diǎn)內(nèi)在本質(zhì)相同，只是化工過程中的運(yùn)用，本身是知識(shí)點(diǎn)的延伸?；ぴ碇袀鳠岷蛡髻|(zhì)過程的理解、化工設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算與校核都是以“物料衡算”、“能量衡算”、“平衡關(guān)系”、“過程速率”為基礎(chǔ)展開的，這些關(guān)系的本質(zhì)就是質(zhì)量守恒、能量守恒、反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等物理化學(xué)知識(shí)。因此，在授課過程中，以物理化學(xué)中知識(shí)點(diǎn)為切入點(diǎn)，讓學(xué)生回憶之前所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)也提醒學(xué)生物理化學(xué)中一般是以“系統(tǒng)和環(huán)境”為衡算和研究對(duì)象的，而化工原理課程中以包含管道、輸送設(shè)備和換熱/反應(yīng)設(shè)備等為基礎(chǔ)的控制體為衡算和研究對(duì)象，強(qiáng)調(diào)內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律是相同的，但是研究的具體對(duì)象不同，因而這種差別就表現(xiàn)在具體公式中，在此以熱力學(xué)第一定律為例：從上面的兩個(gè)方程中我們看見，化工原理中要考慮Σhf，而物理化學(xué)中并不考慮能力損失，這是因?yàn)榛ぴ硌芯渴橇黧w流動(dòng)情況下的能量守恒，由于流體的黏性導(dǎo)致流體流動(dòng)中一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然而能量守恒的本質(zhì)是一樣的，即Qe′=Qe+Σhf。故而，講授此部分內(nèi)容的時(shí)候，結(jié)合之前所學(xué)物化知識(shí)，告知學(xué)生能量守恒的本質(zhì)是相同的，研究的對(duì)象不同，所以具體形式上有區(qū)別。通過以上教學(xué)，學(xué)生就更容易理解流體流動(dòng)過程中能量的守恒與不同形式之間的相互轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)到普適規(guī)律在化工過程中的具體體現(xiàn)，有助于學(xué)生知識(shí)體系在廣度和深度的上延伸。其實(shí)，物理化學(xué)中很多普適規(guī)律在化工原理中都有體現(xiàn)，比如：(1)物理化學(xué)中液體的鋪展和固體表面的吸附等知識(shí)點(diǎn)對(duì)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(guān)知識(shí)的理解是非常重要的；(2)相平衡和相圖等知識(shí)點(diǎn)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(zhì)和傳熱過程學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)。反之，這些化工單元操作的學(xué)習(xí)也會(huì)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)流體界面現(xiàn)象、相平衡和相圖等理論知識(shí)的理解與運(yùn)用，對(duì)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化與具體應(yīng)用也是至關(guān)重要的。

3加強(qiáng)習(xí)題練習(xí)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)和公式的理解與運(yùn)用能力

學(xué)生在高中經(jīng)歷過大量習(xí)題的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，這是學(xué)生鞏固知識(shí)、提高熟練度、加強(qiáng)知識(shí)理解、降低“粗心”錯(cuò)誤出現(xiàn)的概率，從而有效提高考試成績的重要方法。進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)以后，一個(gè)大的轉(zhuǎn)變就是，要學(xué)習(xí)的科目增多，做題量大大減少。然后，對(duì)于理工科專業(yè)的很多課程，一定量習(xí)題的練習(xí)可以有效促進(jìn)知識(shí)的掌握。對(duì)于初學(xué)化工原理的學(xué)生，聽老師講課，似乎什么都明白，然而一旦自己獨(dú)立做題，就發(fā)現(xiàn)不會(huì)做，甚至不會(huì)分析，不知從哪里入手。這是因?yàn)閷W(xué)生的聽課過程是一個(gè)被動(dòng)接受的過程，知識(shí)理解有限，關(guān)鍵是只靠聽課很難完成知識(shí)的內(nèi)化，更不用說通過知識(shí)點(diǎn)遷移來分析解決問題。化工原理課程要求學(xué)生學(xué)習(xí)了相應(yīng)的原理、規(guī)律和公式以后，能準(zhǔn)確計(jì)算出相關(guān)化工設(shè)計(jì)參數(shù)，要達(dá)到這個(gè)目的，除了學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)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(shí)點(diǎn)遷移的能力；(2)熟練掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)與問題處理方法；(3)準(zhǔn)確快速從題設(shè)中獲取相關(guān)信息；(4)具有理工科思維，了解化工設(shè)計(jì)中一些常見問題的常規(guī)處理方法等。除了課題聽講以外，還需要通過一定習(xí)題的練習(xí)，解決一些具體問題才可以獲得以上能力。以靜力學(xué)原理為例來說，利用靜力學(xué)方程進(jìn)行壓差和液位高度的計(jì)算公式并不難，學(xué)生一般遇到的問題有兩個(gè)：(1)如何正確合理確定等壓面，這是是計(jì)算的基礎(chǔ)，盡管授課過程講了等壓面選取的原則，但是對(duì)于初學(xué)者在具體的不同化工設(shè)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(dá)式，在此實(shí)際上要求學(xué)生對(duì)絕對(duì)壓力、表壓和真空度要有準(zhǔn)確的理解，關(guān)鍵在不同情況下合理應(yīng)用絕對(duì)壓力或表壓。此外，利用機(jī)械能衡算方程進(jìn)行化工設(shè)計(jì)方面的計(jì)算是流動(dòng)流動(dòng)規(guī)律最重要的內(nèi)容，同樣學(xué)生僅僅掌握機(jī)械能衡算方程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不行的，還需要掌握控制體和控制面/基準(zhǔn)面的正確選取。通過恰當(dāng)控制面和基準(zhǔn)面的選取，其3結(jié)語在天然藥物化學(xué)的理論教學(xué)中，筆者突破傳統(tǒng)的教育思想和模式，將以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)法、案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法、交互式教學(xué)運(yùn)用于天然藥物化學(xué)的教學(xué)改革中，構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心，建立民主、平等的師生關(guān)系，創(chuàng)設(shè)適合于學(xué)生主動(dòng)參與、主動(dòng)學(xué)習(xí)的新型教學(xué)環(huán)境?？傮w上，較好地完成了互動(dòng)式教學(xué)，并且突破了教師提問學(xué)生回答的簡單互動(dòng)模式，讓筆者更加體會(huì)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的創(chuàng)新教育還有許多工作可做，相信在進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上會(huì)取得更好的教學(xué)效果。

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作者：彭軍霞 單位：陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院