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姚辉 赵薇 李凤华 (沈阳工业大学 石油化工学院 辽宁省辽阳市 111003)
摘 要:本文提出了提高专科学生化工原理课程授课效果的三点见意。一是力图使学生清楚重要方程的由来,理清其逻辑脉络;二是培养学生的工程思维能力,以利于实现应用技能型人才的培养目标;三是重视实验教学,让理论教学和实验教学相互支撑,共同提高学生化工原理课程的学习效果。
关键词:化工原理 理论授课 实验 工程
化工原理是化工及其相关专业学生必修的一门技术基础课程,它在高等数学、物理学、物理化学等基础课与专业课之间起着承前启后的作用,是向工程科学专业课过渡的一门入门课程[1-2]。学习它的目的,是要提高学生运用基础理论知识分析实际问题的能力,以及培养学生解决化工单元操作中实际工程问题的能力。为了提高专科学生的化工原理学习效果,通过自己的授课经历,本文提出以下的三点建议。
1.抓住课程主干,要知其然又知其所以然
化工原理课程虽然是一门工程特点非常突出的学科,但很多关键的结论有着严格的理论推导过程。普遍认为对于专科生,由于他们是要被培养为应用技能型人才,所以有一定深度的理论推导过程都给忽略了。这样的思路在一定程度上是正确的,但一定要有选择,对于本课程中非常重点的内容,主干理论则需要学生们能知其然,又必须知其所以然。知其所以然,并不是让学生掌握一个重要结论的每一步推导过程,而是让学生抓住主干,即掌握推导的逻辑脉络。比如,化工原理课程的重要单元操作之一——流体输送,其中有一个贯穿整章的重要方程“柏努利方程”。学生们为了完成作业和考试,需要记住该公式。学生在学习的过程中也确实能够记住它,但常常仅仅是能够记住他,不能真正的理解它的物理意义。这样在解决稍微复杂的管路问题时,会有很大的困难。而要解释清该方程的物理意义则必须从源头讲解。流体在管路中的输送本质上是属于动量传递的问题,动量守恒是建立流体输送动量关系的基本出发点。在授课时无需把动量衡算的每一步都一一描述,但需要同学了解建立方程以及中间处理过程的逻辑脉络。可以以框图的形式展示给同学,如下文框图所示。由此框图,会加深学生们对理想流体柏努利方程的物理意义的理解,即它本质上是能量守恒方程,方程左侧的能量恒等于方程右侧的能量。然后再过渡到实际流体的柏努利方程,考虑到实际流体由于存在粘性,所以引起了流动过程中的阻力损失,因此在方程右侧引入了能量损失,同时在方程的左侧加入了为了补偿能量损失且完成既定输送量的外加给流体的能量。当学生真正明白了柏努利方程的能量守恒的物理意义之后,才能从流体输送的本质现象出发来解决实际问题,而不是仅仅通过记忆公式来解决问题了。只有知其所以然,才能够真正的做到以理不变应题万变。作为化工原理的授课教师,一定不能忽视对重要理论和重要公式的寻根溯源,要让学生清晰明了各单元操作中关键物理过程的物理意义。
2.展现工程特点,培养学生工程意识
化工原理课程的工程特点非常明显。它直接面对化工厂的各个单元操作过程,揭示各单元操作的原理,以解决存在的操作型和设计型问题[3]。它的工程特点体现在以下几方面:经验和半经验方程较多,如对流传热系数的表达大都是半经验的方程;实验性强,很多参数由实验确定,如摩擦阻力系数等,需要从实验确定的数据图中查出;设计型问题经常要查各类物性参数表以及相平衡曲线等。从本课程的这些工程特点出发,在授课的过程中,强调这些特点,让同学熟悉它们,这将有助于学生对该课程的学习。在授课的过程中可以采取以下方法展现本课程工程特点培养学生工程意识。
2.1 仍要追根溯源,突出理解化工原理课的实验性特点。比如在管路计算中,确定摩擦阻力系数是重要的一环。我给学生布置了课后作业,去查资料,弄清楚这幅图是如何画出来的?结果很多学生给出了满意的答案。通过学生解决类似的问题,同学们对本课程的实验性特点将会有深入的理解。
2.2 通过解决操作型问题,建立理论知识和工程实际的联系。化工原理课程的学习可以帮助人们在实际中解决两个问题,一类是操作型问题,一类是设计型问题。对于专科生,需要重点强调、重点掌握如何解决操作型的问题。操作型问题在化工原理课程中比比皆是,课程中大部分的习题是有关单元操作的问题。通过学生做习题,不仅可以加深对课上所授知识的理解,而且熟悉了工厂中涉及的工程问题,这对他们将来步入工作岗位是非常有帮助的。但是应该指出,做习题是很枯燥的,如果只是为了解决某一个习题而做习题,则失去了做习题的意义。因为每一个习题都有它的实际应用背景,老师应该突出典型习题,并且尽可能详细的交代它在工厂中的某一工序中的具体应用,一定程度的还原工程操作的真实情况,即习题在现场中的还原,这样学生会感到知识和工程更加贴进,学生往往也更有兴趣学习。
2.3 通过解决设计型问题,培养学生的工程思想。在化工设计过程中,需要设计者查阅相关的设计手册、确定物系的相关物性参数等。所以老师在授课过程中也不能忽略对学生此项能力的培养。在授课和做习题的过程中,培养学生查各类表的习惯,查物性表、设备表、相图等等。并且在学习了几个单元操作后,可以试着让学生设计简单的流程,如让学生设计如何把CO2从含有氢气、氮气和水蒸气的混合物中分离出来。学生的设计五花八门,设计合理者当然寥寥,但在这个过程中,学生很感兴趣,并能够综合地利用所学的知识,这成为学生熟悉工程设计思想的一个非常好的途径。
3.与化工原理实验相结合,深入掌握各单元操作特点
化工原理实验是紧密配合理论教学内容的[4]。在很多院校,实验有实验老师,授课有授课老师,这样在实验和教学方面的联系上,不如讲授理论课老师也同时带本班同学实验的情况好。后者,由于老师了解所授课程的主要内容,了解学生的在知识理解上的重点和难点,所以在带实验时,能够更有侧重,有启发有解释,帮助学生透彻理解所学的理论知识。理论和应用互相支持,力图让学生达到最好的学习效果。如果授课教师不能承担实验教学,那么也应该积极和实验教师进行沟通,把学生的现状及时告知,以利于实验老师的授课和指导。并且在实验过程中,可以根据实验的具体情况,增加一些实验量,让学生对一些问题更深入理解。如在做恒压过滤实验时,可以在做完实验大纲指定的一些内容后,为了加深同学们对滤饼阻力的理解,可以加做对比实验,做一组上次滤饼并未处理过的体系和滤饼处理过体系的过滤实验,由过滤时间可以明显地看出,滤饼未处理过的体系的过滤时间长。通过对比实验,生动地说明了过滤阻力对过滤速度的影响,学生自己分析结论,记忆非常深刻。这样,化工原理实验真正起到了支持理论教学的目的。
对于化工专业的学生而言,化工原理这门课的重要性再怎样强调都是不过分的。所以授课教师一定用心授课,调动自己力所能及的手段来提高学生的学习效果,使化工原理课程所传授的知识成为他们未来工作的重要知识宝库。
参考文献
[1] 李春生,刘永超,张书香,解竹柏,施强. 浅谈如何搞好化工原理的教学. 山东教育学院学报, 2003, 1: 78-79
[2] 陈秀宇. 浅谈《化工原理》教学的几点体会.福建师大福清分校学报, 1994,4: 53-55
[3] 钟理,黄少烈,伍钦.《化工原理》课程改革刍议. 化工高等教育, 1999,4: 56-58
[4] 朱再盛,雷彤,谭艳芝,王菊平. 关于《化工原理》课程教学的调查研究. 广东药学院学, 2004,4: 74-75。 职称论文发表网http://www.issncn.com
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