化工原理课堂教学效果提高探索

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摘要：化工原理课程围绕“三传一反”，讲解单元操作的基本原理及其设备的设计和操作，教学内容包含了大量的方程、公式和图表，知识点晦涩难懂、学习难度大。因此，高质量的教学效果不仅依赖于学生良好的基础课程知识，还与学生的积极性、主动性和和学习思路息息相关。基于此，课堂教学不能照本宣科，从内容到形式都需精心设计，增加趣味性、增强与之前所学知识的内在联系、加强学生对知识的理解与运用能力，才能提高课堂教学效果。

关键词：化工原理；课程设计；教学效果

引言

化工原理是化工、制药、环境和生物等工程专业学生的必修专业基础课，课程的学习建立在高等数学、大学物理和四大化学等基础课之上，利用一些普适的规律，比如质量守恒、能量守恒、平衡关系和过程速率等，来研究化工过程，是理科和工科的一个桥梁课程，是很多化工专业课，比如反应工程、化学工艺学等专业课的基础，是一门既有很强理论性又具有很强的工程特点的课程，这就要求学生不仅有良好的理论基础，还要有较好的工程观点和工程思维，总之，化工原理是一门难度比较大的课程。具体来讲，化工原理课程主要内容是正确理解各单元操作的基本原理、熟悉其操作过程及设备的基本计算方法、掌握相应计算公式的物理意义、应用方法和适用范围；了解典型设备的构造、性能和操作原理，具备设备选型及校核的基本知识等，课程中涉及了大量的方程、公式和图表，这些知识点需要理解、记忆和与实际相联系的准确运用。基于以上原因，这门课程对于大部分学生来说难度很大，大量原理和公式晦涩、枯燥且不易理解，容易致使学生失去学习的积极性和主动性，从而导致课堂教学不理想。因此，结合本人近几年的化工原理教学过程中，在课程内容和形式上有一些探索，发现课堂教学中一定要增加课堂教学的趣味性、突出化工原理课程与之前基础课程知识的内在联系和加强习题的练习与分析，这样可有效提高化工原理课程的教学效果。

1联系生活常识和实际化工案例，增强课堂趣味性和生动性

化工原理中很多概念和规律内容很抽象，晦涩难懂，学生对于这些内容的理解和运用存在较大困难。在此以黏度为例进行说明，“黏度”是一个经常被人们运用的词语，但是很多人并不真正了解它的理论定义，而且很多日常说法也是错误的往往误导对其定义的理解。在化工原理的流体流动中黏度的定义是：“流体在运动时，相邻流体层之间则产生相互抵抗的作用力，运动快的流体层对运动慢的流体层施以拖曳力，而运动慢的流体层对运动快的流体层施以阻滞力，流体所具有的这种抵抗两层流体相对运动的性质称为流体的黏性。”好多学生听到这个概念仍然不是很明白，这时候可以用一些日常生活中的现象入手，比如一杯水用勺子搅动一下，当停止搅动以后，水就会慢慢停止运动，运动的水为什么会停下来？同样，将一块钢板悬挂于液体中，施加一定的扭矩，钢板就会在液体中转动，一定时间后钢板就会停止转动，这又是什么原因导致的？通过以上现象告诉学生，液体的黏度可以阻止自身和它物的运动，从而引出流体所具有的这种抵抗两层流体相对运动的性质称为流体的黏性，这样讲解学生对黏度概念的理解就容易的多。这也有利于学生理解液体黏度是造成流体流动能量损失(Σhf)的根本原因。类似的例子还有，比如通过夜晚露珠的产生，让学生分析露珠产生的原因，思考温度变化还是空气的湿度变化导致露珠的产生？这对湿空气性质的理解有很大帮助。在讲授传热相关知识时，给出一些生活中的例子，让学生思考并与所学知识联系，比如为什么双层玻璃比单纯玻璃隔热效果好很多？为什么隔热材料都是多孔材料？为什么教室里的暖气片具有翅化面结构？从而可以讨论物质导热性能和材料结构对热量传递过程的影响。在课堂上，通过以上生活现象的引入，可很好增加课程的趣味性，课程变得生动，课堂不再沉闷，可以很好调动学生的积极性和学习的主动性，这些生活实例也有助于他们对一些概念和规律的理解。此外，利用一些多媒体技术和化工实例视频可直观展现一些知识点，有效帮助学生对其的理解。离心泵是工业生产中应用最为广泛的流体机械输送，化工原理课程的机械输送就是围绕离心泵的原理、结构、安装和运行展开的。通过讲解学生知道离心泵的工作原理和基本结构都是围绕液体静压能的提高，这部分知识教学可利用动画形象的展现出：泵轴带动叶片旋转，叶片间液体在惯性离心力的作用下被甩向外周，在蜗牛形泵壳的帮助下，动能有效转化为获静压能，从而从排出口输出；与此同时，叶轮中心形成低压区，储槽内液体被吸进叶轮中心，这样依靠叶轮的不断运转，液体就连续不断被吸入和排出。这种直观得展现，有效帮助学生理解泵的工作原理，内部结构，及其操作中要避免的“气缚”和“汽蚀”现象。此外，网上有一些视频展现了化工过程中液体输送的实际过程，学生通过视频观看，就了解到真实液体输送过程。因此，借助于多媒体技术，可以增加知识的生动性和直观性，利于学生对相关知识的理解，提高教学效果。

2衔接前期基础课相关知识点，加强知识体系的理解、内化与延伸

公共基础课中大学物理和高等数学是化工原理课程的重要基础，化学基础课中，物理化学的很多知识是化工原理中“三传一反”学习的重要基础，很多知识点内在本质相同，只是化工过程中的运用，本身是知识点的延伸。化工原理中传热和传质过程的理解、化工设计相关计算与校核都是以“物料衡算”、“能量衡算”、“平衡关系”、“过程速率”为基础展开的，这些关系的本质就是质量守恒、能量守恒、反应热力学和动力学等物理化学知识。因此，在授课过程中，以物理化学中知识点为切入点，让学生回忆之前所学的知识，同时也提醒学生物理化学中一般是以“系统和环境”为衡算和研究对象的，而化工原理课程中以包含管道、输送设备和换热/反应设备等为基础的控制体为衡算和研究对象，强调内在本质规律是相同的，但是研究的具体对象不同，因而这种差别就表现在具体公式中，在此以热力学第一定律为例：从上面的两个方程中我们看见，化工原理中要考虑Σhf，而物理化学中并不考虑能力损失，这是因为化工原理研究是流体流动情况下的能量守恒，由于流体的黏性导致流体流动中一部分机械能转化为内能，然而能量守恒的本质是一样的，即Qe′=Qe+Σhf。故而，讲授此部分内容的时候，结合之前所学物化知识，告知学生能量守恒的本质是相同的，研究的对象不同，所以具体形式上有区别。通过以上教学，学生就更容易理解流体流动过程中能量的守恒与不同形式之间的相互转化，认识到普适规律在化工过程中的具体体现，有助于学生知识体系在广度和深度的上延伸。其实，物理化学中很多普适规律在化工原理中都有体现，比如：(1)物理化学中液体的铺展和固体表面的吸附等知识点对于化工原理课程中填料塔操作特性和物料吸附分离等相关知识的理解是非常重要的；(2)相平衡和相图等知识点是化工原理课程中气体吸收分离、精馏分离和固体物料干燥中传质和传热过程学习的理论基础。反之，这些化工单元操作的学习也会加强学生对流体界面现象、相平衡和相图等理论知识的理解与运用，对学生知识的内化与具体应用也是至关重要的。

3加强习题练习，提高学生对知识点和公式的理解与运用能力

学生在高中经历过大量习题的训练学习，这是学生巩固知识、提高熟练度、加强知识理解、降低“粗心”错误出现的概率，从而有效提高考试成绩的重要方法。进入大学学习以后，一个大的转变就是，要学习的科目增多，做题量大大减少。然后，对于理工科专业的很多课程，一定量习题的练习可以有效促进知识的掌握。对于初学化工原理的学生，听老师讲课，似乎什么都明白，然而一旦自己独立做题，就发现不会做，甚至不会分析，不知从哪里入手。这是因为学生的听课过程是一个被动接受的过程，知识理解有限，关键是只靠听课很难完成知识的内化，更不用说通过知识点迁移来分析解决问题。化工原理课程要求学生学习了相应的原理、规律和公式以后，能准确计算出相关化工设计参数，要达到这个目的，除了学习相关理论知识以为，还需具备以下能力，比如：(1)具体问题具体分析即具有知识点迁移的能力；(2)熟练掌握相关基础知识与问题处理方法；(3)准确快速从题设中获取相关信息；(4)具有理工科思维，了解化工设计中一些常见问题的常规处理方法等。除了课题听讲以外，还需要通过一定习题的练习，解决一些具体问题才可以获得以上能力。以静力学原理为例来说，利用静力学方程进行压差和液位高度的计算公式并不难，学生一般遇到的问题有两个：(1)如何正确合理确定等压面，这是是计算的基础，尽管授课过程讲了等压面选取的原则，但是对于初学者在具体的不同化工设备和管路中快速正确确立等压面并不是很容易；(2)如何快速确定不同面上的压力值或压力表达式，在此实际上要求学生对绝对压力、表压和真空度要有准确的理解，关键在不同情况下合理应用绝对压力或表压。此外，利用机械能衡算方程进行化工设计方面的计算是流动流动规律最重要的内容，同样学生仅仅掌握机械能衡算方程是远远不行的，还需要掌握控制体和控制面/基准面的正确选取。通过恰当控制面和基准面的选取，其3结语在天然药物化学的理论教学中，笔者突破传统的教育思想和模式，将以问题为基础的教学法、案例为基础的教学法、交互式教学运用于天然药物化学的教学改革中，构建以学习者为中心，建立民主、平等的师生关系，创设适合于学生主动参与、主动学习的新型教学环境。总体上，较好地完成了互动式教学，并且突破了教师提问学生回答的简单互动模式，让笔者更加体会培养学生自主学习能力的创新教育还有许多工作可做，相信在进一步总结经验的基础上会取得更好的教学效果。

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作者：彭军霞 单位：陕西师范大学化学化工学院