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)計和操作，教學(xué)內(nèi)容包含了大量的方程、公式和圖表，知識點(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，還與學(xué)生的積極性、主動性和和學(xué)習(xí)思路息息相關(guān)?；诖耍?a href="http://saumg.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，增加趣味性、增強(qiáng)與之前所學(xué)知識的內(nèi)在聯(lián)系、加強(qiáng)學(xué)生對知識的理解與運(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；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)備的基本計算方法、掌握相應(yīng)計算公式的物理意義、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等，課程中涉及了大量的方程、公式和圖表，這些知識點(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颍@門課程對于大部分學(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)系生活常識和實(shí)際化工案例，增強(qiáng)課堂趣味性和生動性

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誤的往往誤導(dǎo)對其定義的理解。在化工原理的流體流動中黏度的定義是：“流體在運(yùn)動時，相鄰流體層之間則產(chǎn)生相互抵抗的作用力，運(yùn)動快的流體層對運(yùn)動慢的流體層施以拖曳力，而運(yùn)動慢的流體層對運(yùn)動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運(yùn)動的性質(zhì)稱為流體的黏性?！焙枚鄬W(xué)生聽到這個概念仍然不是很明白，這時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一下，當(dāng)停止攪動以后，水就會慢慢停止運(yùn)動，運(yùn)動的水為什么會停下來？同樣，將一塊鋼板懸掛于液體中，施加一定的扭矩，鋼板就會在液體中轉(zhuǎn)動，一定時間后鋼板就會停止轉(zhuǎn)動，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，從而引出流體所具有的這種抵抗兩層流體相對運(yùn)動的性質(zhì)稱為流體的黏性，這樣講解學(xué)生對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？這對濕空氣性質(zhì)的理解有很大幫助。在講授傳熱相關(guān)知識時，給出一些生活中的例子，讓學(xué)生思考并與所學(xué)知識聯(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，課堂不再沉悶，可以很好調(diào)動學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)的主動性，這些生活實(shí)例也有助于他們對一些概念和規(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)一些知識點(diǎn)，有效幫助學(xué)生對其的理解。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，這部分知識教學(xué)可利用動畫形象的展現(xiàn)出：泵軸帶動葉片旋轉(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，動能有效轉(zhuǎn)化為獲靜壓能，從而從排出口輸出；與此同時，葉輪中心形成低壓區(qū)，儲槽內(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)，可以增加知識的生動性和直觀性，利于學(xué)生對相關(guān)知識的理解，提高教學(xué)效果。

2銜接前期基礎(chǔ)課相關(guān)知識點(diǎn)，加強(qiáng)知識體系的理解、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)的很多知識是化工原理中“三傳一反”學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)，很多知識點(diǎn)內(nèi)在本質(zhì)相同，只是化工過程中的運(yùn)用，本身是知識點(diǎn)的延伸。化工原理中傳熱和傳質(zhì)過程的理解、化工設(shè)計相關(guān)計算與校核都是以“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)和動力學(xué)等物理化學(xué)知識。因此，在授課過程中，以物理化學(xué)中知識點(diǎn)為切入點(diǎn)，讓學(xué)生回憶之前所學(xué)的知識，同時也提醒學(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流動情況下的能量守恒，由于流體的黏性導(dǎo)致流體流動中一部分機(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)容的時候，結(jié)合之前所學(xué)物化知識，告知學(xué)生能量守恒的本質(zhì)是相同的，研究的對象不同，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過程中能量的守恒與不同形式之間的相互轉(zhuǎn)化，認(rèn)識到普適規(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點(diǎn)對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)知識的理解是非常重要的；(2)相平衡和相圖等知識點(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)也會加強(qiáng)學(xué)生對流體界面現(xiàn)象、相平衡和相圖等理論知識的理解與運(yùn)用，對學(xué)生知識的內(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)生對知識點(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、提高熟練度、加強(qiáng)知識理解、降低“粗心”錯誤出現(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)知識的掌握。對于初學(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)不會做，甚至不會分析，不知從哪里入手。這是因?yàn)閷W(xué)生的聽課過程是一個被動接受的過程，知識理解有限，關(guān)鍵是只靠聽課很難完成知識的內(nèi)化，更不用說通過知識點(diǎn)遷移來分析解決問題?；ぴ碚n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)確計算出相關(guān)化工設(shè)計參數(shù)，要達(dá)到這個目的，除了學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識以為，還需具備以下能力，比如：(1)具體問題具體分析即具有知識點(diǎn)遷移的能力；(2)熟練掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識與問題處理方法；(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算公式并不難，學(xué)生一般遇到的問題有兩個：(1)如何正確合理確定等壓面，這是是計算的基礎(chǔ)，盡管授課過程講了等壓面選取的原則，但是對于初學(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)生對絕對壓力、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)計方面的計算是流動流動規(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)生主動參與、主動學(xué)習(xí)的新型教學(xué)環(huán)境?？傮w上，較好地完成了互動式教學(xué)，并且突破了教師提問學(xué)生回答的簡單互動模式，讓筆者更加體會培養(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