《化学反应工程》课程建设与教学改革初探

《化学反应工程》是化学工程、化工工艺等专业重要的专业基础课, 主要依据化工过程中化学反应与反应过程中动量、热量和质量传递来讲授反应动力学, 并对反应器进行设计与分析, 揭示反应动力学基本知识、流动反应系统流动模型、非均相反应过程传递理论、典型反应器宏观反应过程基本原则与计算方法。其内容包括[1]动力学方程的建立、反应器模型、理想反应器的设计与计算、流体流动模型、非均相反应和传递现象等;其内容既涉及深刻理论分析, 又涵盖诸多实践经验的总结;既有对过程机理详细描述的数学模型又有对过程类型的粗略概括。课程内容比较枯燥, 其综合性、工程性和理论性很强, 概念抽象;同时涉及到数学、物理和热力学、传质传热等多方面知识, 学生被动学习, 交差应付的现象严重, 这都增大了课程教学难度。随着时间的推移, 课程内容在不断地增加、更新。化学反应工程教学改革和实践显得尤为必要。

1 课程建设的目标、思路

《化学反应工程》课程建设的目标与思路是培养适应社会主义市场经济的高素质本科合格人才。围绕本科人才培养这一核心, 要在教材建设、课程结构、教学内容与方法、实践性教学与改革中借鉴并引入国外先进的教学理念, 针对目前我国及我校的现状, 开展新一轮改革, 抓住理论教学与实践教学这两个基本环节, 深入研究教学内容、教学体系, 加大课程改革的力度, 大胆引入国外原版教材, 并采用外语授课等多种不同形式的教学模式, 使课程教学既与国际和社会实践接轨, 又符合中国国情和具有自己的特色。

2 教学内容体系改革

针对目前高校改革提高教学效率、精简学时数的要求, 对课程进行整合, 对教学内容进行改革。首先要吃透教学大纲规定的“了解、理解和掌握”三个层次含义, 明确教学重点和难点所在, 有的放矢精选教学内容, 做到与时俱进。课程内容既体现反应工程的理论性和系统性, 又结合本科生实际水平和应达到的知识层次。讲解理论同时适当地引申一些学科发展上新的增长点, 介绍一些工业生产例子, 理论联系实际, 验证理论、帮助理解概念, 提高学生学习兴趣。

内容以传授基础理论和对具有代表性的反应过程的分析为重点, 贯穿化工单元操作的传递过程和处理工程问题的方法主线, 体现课程的科学性和系统性[2]。基础理论以反应动力学和理想反应器作为传授重点, 以均相反应和气固相催化反应作为代表性反应过程, 并通过反应器的流动模型确定建立在理想反应器基础之上的真实反应器模型。在讲透基本概念和基本原理的基础上, 增加案例, 让学生学会设计与分析。对实际流动反应器, 重点在于其与两类理想反应器的区别及造成区别的原因, 如何进行分析设计及计算等。对于多相反应特别是气固相反应及反应器, 需作较为详细的讨论, 设置实例。学生在掌握该类典型反应及反应器的基本原理后, 起到举一反三效果。

3 课堂教学方法改革

教学是一种双向行为, 教学的主体是学生, 成功的课堂教学应集学生参与性、主体性和发展性于一体。以科学的方法论为指导, 贯彻“少而精、重基础”的教学原则, 通过“自学—听课—讨论—回答”启发式、提问式、讨论式等方法激发学生的思维和学习积极性[3]。讲解过程联系实际, 用常见易懂实例来培养学生想象力, 如利用全班学生跑步成绩来讲解整个反应中的速度控制步骤;利用教室的座位和所坐的学生来讲解催化剂表面上吸附位和覆盖率, 使之通俗易懂, 易被学生所理解、接受[4]。课堂上随时观察学生表情, 注意突出学生主体地位和个性发展, 使学生特长和优势得到最大限度发挥。尊重学生, 以诚相待, 尽量缩短师生间距离, 提倡学生质疑问难, 创造一种宽松、和谐的自由交流气氛, 充分调动学生的学习积极性, 激发学生学习潜能。课后主动了解学生听课效果和学习难点, 及时调整教学进度。对于习题, 学生普遍反映“课堂能听懂, 听后难做题”, 在每两章结束后, 安排一次习题课, 对学生作业中存在问题进行重点讲解, 归纳解题思路和方法, 巩固学生所学理论知识。师生通过教学过程的双向互动, 达到“教”与“学”的最佳结合。教学方法改革目的是教会学生“how to do (learn) ”, 而不是“what to do (learn) ”[5]。

4 教学条件改革

反应工程是实用性很强的学科, 设备类型多样、结构复杂, 授课中使用集文字、实物照片、动画一体多媒体课件效果更好。利用动画效果把抽象概念形象化, 动态地展示设备结构、操作原理、物料流动情况, 使教学内容更直观、生动, 降低教学难度, 显著提高教学效果。制作多媒体课件时, 收集各种反应器型式内部结构和大型石化企业内有代表性反应装置的图片。和传统教学方式相比, 多媒体教学能够方便地多次重复再现整个分析过程, 从而使教师将精力与时间更多地集中在知识讲解和与学生的交流上, 每节课可以节约10分钟的板书时间, 利用这段时间对重点内容进行讨论或结合生产实际的操作方法讨论, 既强化了基本知识的应用, 又对教学内容进行深化和补充, 解决了因学时减少而授课内容保持不变的矛盾。

5 实践性教学

化学反应工程是理论和实践联系密切的课程, 在理论教学结束之后, 有必要增设实践教学环节, 加深对专业知识的理解与运用。实验教学内容包括实验理论、演示教学、实物教学和学生的实验内容。实验项目主要可以设置:固定床气—固催化动力学参数的测定;内循环反应停留时间分布;填料塔轴返混实验等。学生应在规定的时间内独立完成实验报告, 对相关数据进行处理, 对实验过程的科学性和准确性等问题进行分析评价。通过实验, 学生能掌握化学反应动力学和典型化学反应的基本特征, 能够结合化学反应器特征, 结合对反应结果的各种影响因素进行分析和讨论, 实现反应过程的最优化。

在课程教学中对课程内容、教学方法、实践教学等方面进行改革, 目的在于培养学生用工程的观点来分析和解决工程问题的能力, 使学生能应用所学的知识解决工程的实际问题, 以适应新世纪化工类人才培养模式对人才素质的要求。

摘要：阐述化学反应工程课程建设与改革目标和思路, 对教学内容和方法、课堂教学条件、实践性教学等进行探讨。采取互动式、自主式、启发式教育等方式, 利用多媒体教学课件、加强实践教学、提高教师素质是教学改革的主要内容和措施, 是提高教学质量的重要保证。

关键词：化学反应工程,课程建设,教学改革

参考文献

[1] 朱炳辰.化学反应工程 (第四版) [M].化学工业出版社, 2007.

[2] 许志美, 周兴贵, 邹滢, 等.化学反应工程课程建设与教学改革[J].化工高等教育, 2006 (1) :38～42.

[3] 尚小琴, 郑成, 陈兰英, 等.化工原理课堂教学改革初探[J].广东化工, 2004, 31 (8) :32～33.

[4] 邹汉波, 陈胜洲, 林维明.化学反应工程课程建设的探讨[J].广东化工, 2008, 35 (2) :85～86.

[5] 钟理.化工原理课程建设与改革[J].化工高等教育, 2006, 89 (3) :23～26.