化工本科毕业论文指导思考

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摘要：本科毕业论文作为学业的重要组成部分，除了最终论文的撰写外，对于化工专业实践性强的理工学科，专业规范、学科思维、分析与解决问题的能力及创新精神是学位论文实践过程中指导的重点。对于培养具有专业素质、能适应化工及相关专业工作、能够解决工作中问题及具有创新思维的毕业生具有重要的意义。

关键词：化工本科；毕业论文指导；专业规范；学科思维；创新能力

一、专业的规范性

化工产品的开发和生产中，从原料、中间体到成品，大都具有易燃、易爆、有毒、有害等危险性；化工工艺过程复杂多样，高温、高压、深冷等不安全因素很多。由于化工行业危险因素多、事故易发的特点，错误与不当的操作，可能带来严重的后果。在毕业论文过程中，有些学生是初生牛犊不怕虎，在从事毒性很强试剂的操作时，疏于防护，也有些学生对化学药品过于恐惧，做实验时畏手畏脚。因此，在毕业论文完成过程中，专业规范性的训练对于本学科尤其重要。就化工来说，安全是首要考虑的。首先让学生养成对于所要接触的化学试剂，一定要先查询这些试剂性质的习惯，熟悉化工试剂使用中的危险性、防范措施、以及发生意外时的处置方法。其此详细了解与认真学习所用的实验设备的操作规程，严格按照操作规程进行实验工作，养成规范操作的习惯，且不可图方便随意操作。化学实验过程中，原料的预处理、加料顺序及加料方式、反应过程的监控以及实验结束后废化学试剂的处理等实验的细节是指导的重点，一定使学生不能有丝毫的疏忽。例如对于反应中要求无水的原料，一定要严格进行除水的预处理，不然轻则导致实验失败，重则由于副反应等引发燃烧爆炸等危险性。实验完的废试剂，除了不可随便直接丢弃或倒入下水道外，在倒入废液桶时还要注意不能使酸性和碱性、氧化性和还原性废试剂混装，以免反应造成废液桶燃烧或爆炸。反应后剩余的活泼废料，如金属钠，需要用无水乙醇处理，以免发生燃烧爆炸；强毒性的汞也需要进行无害化的处理才能丢弃。对于化工反应，需要确定优化的原料配比。实验过程中，指导学生把握量的概念非常重要。此外，反应原料的加入顺序与加入方式也都特别重要。对于非常迅速的反应，如果一次性的加入原料，可能发生试剂喷出伤人甚至爆炸。涉及到剧烈反应，让学生根据实际需要，采取原料分多次加入或是慢慢滴加的方式。2016年9月发生在东华大学的生化实验室爆炸事故，就是由于学生用浓硫酸与高锰酸钾氧化石墨粉，在制备氧化石墨烯的过程中，一次性加入氧化剂的量过多，造成急剧反应所致。总之，化工专业本科毕业论文的研究，相对来说由于是比较长时间的实践过程，是培养学生专业规范性的重要途径。

二、基于学科本质的思维能力

在现代科学技术发展过程中，任何一个最终形成的学科，必定有其学科的一些本质特点。因此，毕业论文指导过程中，让学生了解本学科的特点是重点。化学变化的本质是分子的变化，其中的元素并未改变，从分子的角度来思考问题，是化学化工学科的基础。化学反应形成新物质，反应的进行宏观上可以通过热力学判断。在微观上从分子的角度思考，有利于形象化的理解。反应过程本质是原先分子的破坏，分子中的元素重新结合形成新分子。元素活性高，说明其原子或者有多的电子急需给予，或者缺少电子急于获得。含氟的高分子材料非常稳定，由于氟原子的强结合力，新反应要将其与原来结合的原子分开非常困难。苯环由于电子多，容易给出电子与需要电子的原子结合。设计新化学反应，如近年来热门的甲烷活化催化研究中，考虑与想象反应过程中原子的相互作用，为催化剂的开发提供思路。对于反应后得到新物质，通常都是与其他物质混在一起的，需要分离。其中精馏与蒸馏是很重要的分离工艺过程，与气液相平衡密切相关，例如有些组分形成正偏差体系，说明气化时组分容易进入到气相中。混合体系是否形成正偏差可以从分子作用的角度进行定性的判断。例如乙醇与水体系，由于乙醇分子中含有疏水的乙基CH3CH2-，它与水分子在一起相对来说排斥作用比与相同分子大，混合体系必然趋向于有更大的距离，因此，容易变为气相，形成正偏差体系。总的来说，分子大小、形状及相互作用差别大的混合体系，分离相对容易。因此，从分子的组成与结构考虑，首先为分离工艺过程提供了定性的参考。液相的表面张力是重要物理特性，主要由于表层分子受到内侧分子的吸引引起。不同混合体系表面张力大小可以从分子角度进行定性判断。例如水中加入无机盐如NaCl，由于NaCl以钠离子与氯离子分散水分子中，离子之间的相互作用比分子之间的作用强，因此，水中加入盐必然导致表面张力增加。选择添加剂来改变表面张力时，从分子角度来看给出定性依据。材料是社会发展的物质基础与先导，其组成与结构决定了性能。例如碳材料，虽然都是碳原子，但是不同结合所形成的不同分子，其性能完全不同。目前最硬的金刚石，由碳原子以四面体的形式结合。近年来热门的石墨烯，碳原子在二维平面上通过六面体的形式结合，具有非常优良的导热导电等性能，开创了21世纪的新材料纪元，将给世界带来实质性的变化。从分子角度考虑材料的合成是化工的优势。

三、创新与解决问题的能力

本科毕业论文不仅是论文的撰写，也是一个重要的教学环节。在指导的过程中，分享学科发展史上经典案例及创新方法，有利于启发学生的创新思维与解决问题的能力。确定气体的压力与体积的关系。由于气体体积的变化引起压力很小，采用一般活塞圆筒式来测量，会存在固体与容器摩擦与密封之间的矛盾。因为如果密封很好，会使得摩擦力太大，而如果摩擦力太小的话，可能就密封不好，测定的结果有很大的误差。玻义耳采用了一种新的密封方式，这是直到目前也在用的测定气压方法，即采用液态水银进行密封。水银是液体，其表面张力很大，一般的气体不能渗透进去，能够很好的密封气体，而且由于是液体，与固体的摩擦力很小。玻义耳通过水银密封这种创新的方法，获得气体压力与体积的关系，为理想气体状态方程确定奠定了基础。合成氨的工业化。由于反应需要在高温高压下进行，需要耐高压与高温的反应器。要找到既能够耐高温又能够耐高压的材料很困难，工业化生产难以实现，因此很难制备出反应器。德国的博施设计了一个套管式反应器，反应器有两层，内层反应器耐高温，外层耐高压。反应原料压缩到高压后先进入内外层之间，在此条件下保持比较低的温度，然后进入内层加热到高温进行反应。在双层反应器中，控制内外层压力相当。对于内层反应器来说，由于内外压力相当，不需要耐高压；而外层反应器，由于温度低，无需耐高温。因此，反应器制备采用耐高压材料作为外层，耐高温材料作为内层即可，有很多材料可选，从而实现工业化。不囿于传统，这是创新的重要前提。焦耳的热功当量的实验，是科学史上重要的经典案例。其一设计巧妙的实验方法。在量热器里盛液体，中间安装带有叶片的转轴，下物带动叶片旋转。由于叶片和液体的摩擦，液体变热。由重物下落的高度算出转化的机械功，而根据量热器内液体升高的温度，可计算液体内能的升高值，两者比较即可求出热功当量值。其二严谨与坚持的精神。为了得到准确的数值，焦耳尝试了不同的液体，近20年时间进行了400多次的实验，才得到比较理想的结果。让学生知道，在解决问题的过程中，除了采用创新的方法外，耐心与严谨同样重要。化工最终是要生产出合适的产品，具体工艺过程对产品存在很大的影响。例如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）来配置液体洗涤液时候，一定要将AES溶解到水中，如果反过来，把水加入到AES中，可能形成凝胶，得不到需要的产品。因此，化工工艺的细节是毕业论文指导的重点。在制备出所需要产品过程中，工业上典型解决问题的技巧值得与学生分享。玻璃由于原料中含有少量二价铁离子而偏绿色，要得到白色玻璃，直接考虑当然就是直接去除铁离子。然而如果直接分离除去铁离子，由于含量很低，成本非常高。工业上通过加入适量二氧化锰，在玻璃熔化过程中氧化二价铁离子为三价铁离子，二氧化锰中锰则被还原为三价锰。三价铁偏黄色，而三价锰偏紫色，两者互补变为白色。生产中由除去某组分改变为加入适量其他组分，使产品达到使用性能为我们解决问题提供了新思路。化工产品组分的含量对性能有重要的影响，对组成含量差别很大的工业原料，直接控制含量往往很困难。例如钢材的性能与含碳量密切相关，在英国掀起工业革命的贝塞麦炼钢法，采用将空气灌入熔铁，利用其中氧气与铁中碳反应生成二氧化碳，带走部分的碳，得到合适铁碳比的优质钢。在最初工业化生产中，由于不同的铁矿石原料含碳的差别很大，通过控制加入空气的量来得到铁碳比难度很大。后来，马希特将工艺改为先加足够的空气，移除铁中的所有碳，然后再掺回定量的碳，很容易得到合适铁碳比的钢材。在化工本科毕业论文的指导中，通过进行化工发展史上经典创新案例及分析解决问题方法的交流，是培养学生创新与分析解决问题能力的重要途径。总之，化工专业本科毕业论文是本科学业的重要环节。在毕业论文课题研究的实践过程中，指导学生把握本学科规范、了解学科的本质、借鉴学科发展史上经典创新与分析解决问题的方法，对于培养学生的专业素质、尽快适应化工及相关专业的工作、解决问题与创新思维等方面具有重要的意义。

参考文献：

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[3]党亭军.中国近代大学本科毕业论文管理的特点及启示[J].重庆高教研究,2015,3(1):89-93.

作者：陈晋阳 单位：上海大学环境与化工学院