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提高化工原理課程教學(xué)質(zhì)量的思考論文
摘要：文章結(jié)合化工原理課程的特點(diǎn)，通過(guò)合理安排認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，促進(jìn)理論教學(xué)。采用類比法、多媒體輔助等多種靈活多樣的教學(xué)方法和手段，以提高課堂教學(xué)效果，使化工原理教學(xué)質(zhì)量整體得以提高。
關(guān)鍵詞：化工原理教學(xué)質(zhì)量實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)
化工原理是化學(xué)工程與工藝及相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授化工單元操作的過(guò)程和設(shè)備[f})，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。課程內(nèi)容既包含了較深的基礎(chǔ)理論，又有很強(qiáng)的實(shí)踐性，歷來(lái)被認(rèn)為是一門難學(xué)又難教的課程。筆者根據(jù)多年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，現(xiàn)就提高化工原理課程教學(xué)質(zhì)量的方法淺談如下。
1.合理安排認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，提高學(xué)生對(duì)設(shè)備的感性認(rèn)識(shí)
化工原理包括許多單元操作過(guò)程，但就其內(nèi)容來(lái)講，可將它分為兩部分:操作原理和設(shè)備介紹。對(duì)設(shè)備的類型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)物了解既直觀，效果又好。因此筆者對(duì)培養(yǎng)方案進(jìn)行了修訂，在開(kāi)課前和課程設(shè)計(jì)前分別進(jìn)行一次認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。經(jīng)驗(yàn)是必須抓好開(kāi)課后的第一次認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，利用這次機(jī)會(huì)，使學(xué)生獲取了解設(shè)備的第一手資料。此次認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)應(yīng)做到以下兩點(diǎn):第一，由化工原理主講教師制訂實(shí)習(xí)計(jì)劃。使學(xué)生了解化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，以及此次實(shí)習(xí)對(duì)化工原理及其后續(xù)課程學(xué)習(xí)的作用，對(duì)化工原理中所涉及的重要設(shè)備，如塔、換熱器、泵等，對(duì)其結(jié)構(gòu)要做詳細(xì)介紹，使學(xué)生對(duì)常見(jiàn)設(shè)備有一個(gè)初步了解。第二，實(shí)習(xí)期間，要求學(xué)生結(jié)合教材對(duì)重要設(shè)備，結(jié)合實(shí)物圖認(rèn)真分析，熟悉結(jié)構(gòu)，為以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，在了解設(shè)備的基礎(chǔ)上講授操作原理，有助于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握。
2精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握
化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同于其他課程實(shí)驗(yàn)，它是針對(duì)每個(gè)單元操作過(guò)程開(kāi)設(shè)的，主要是幫助學(xué)生理解和驗(yàn)證所學(xué)的定理、公式。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用。如圓形直管氣體傳熱膜系數(shù)的測(cè)定。主要測(cè)定空氣在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流的傳熱膜系數(shù)，并用準(zhǔn)數(shù)方程整理經(jīng)驗(yàn)公式。學(xué)生在學(xué)習(xí)對(duì)流傳熱系數(shù)這一節(jié)時(shí)，由于公式特別多，學(xué)生往往不知從何下手，但實(shí)際生產(chǎn)中常遇到的是圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流，因此在眾多的公式中，學(xué)生重點(diǎn)掌握的也是圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流給熱系數(shù)的計(jì)算，而傳熱實(shí)驗(yàn)恰恰強(qiáng)化的就是這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生處理完實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，可以熟練掌握相關(guān)的公式和使用條件。再如離心泵性能測(cè)定、填料塔中液相傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定等都是為某個(gè)單元操作和某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用。如何通過(guò)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)促進(jìn)理論教學(xué)的學(xué)習(xí)，筆者認(rèn)為在學(xué)習(xí)每章理論課的同時(shí)，把實(shí)驗(yàn)課程穿插進(jìn)去，并要求學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備工作。高質(zhì)量的完成化原理實(shí)驗(yàn)不僅能夠加深所學(xué)的理論知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)技能和綜用知識(shí)方面解決間題的能力。
3通過(guò)課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)
綜合考慮操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)是貫穿于化工原理每個(gè)章節(jié)中的一個(gè)重要內(nèi)容，不斷增強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)，為解決實(shí)際問(wèn)題打下基礎(chǔ)�；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是為培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力而設(shè)置的一個(gè)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成從理論到實(shí)踐過(guò)渡的重要一環(huán)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練強(qiáng)化學(xué)生工程觀念，從而提高化工原理教學(xué)質(zhì)量。在精餾塔設(shè)計(jì)中，回流比R的確定是設(shè)計(jì)中很關(guān)鍵的一步，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全操作方面考慮，把課堂上反復(fù)強(qiáng)調(diào)回流比R對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)的影響應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)精餾過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在塔頂冷凝器設(shè)計(jì)中，若以水為冷卻介質(zhì)，提示學(xué)生盡管出口溫度升高可以減少用水量，降低操作費(fèi)，但出口溫度過(guò)高管子容易結(jié)垢導(dǎo)致傳熱效率降低，甚至堵塞管路無(wú)法使用。在泵設(shè)計(jì)中，有的學(xué)生喜歡選用型號(hào)大一些的泵，總認(rèn)為這樣做保險(xiǎn)，很少注意從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)周期等方面進(jìn)行綜合考慮。因此要想提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須從課堂教學(xué)抓起，同時(shí)通過(guò)課程設(shè)計(jì)促進(jìn)課堂教學(xué)，提高化工原理教學(xué)質(zhì)量。
4采用靈活多樣的教學(xué)方法和手段，提高課堂教學(xué)質(zhì)量
4.1引入類比教學(xué)法，使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化
類比法是尋找研究對(duì)象的貌異質(zhì)同的思維方式，它是一種比較重要的邏輯推理方法，由于化工原理中的動(dòng)量傳遞、質(zhì)量傳遞、熱量傳遞三種過(guò)程中存在著類似的規(guī)律和內(nèi)在的聯(lián)系，可將相對(duì)簡(jiǎn)單且較成熟的熱量傳遞的研究成果，推廣到較復(fù)雜的質(zhì)量傳遞過(guò)程中去。在講授傳質(zhì)過(guò)程中，將傳質(zhì)與傳熱進(jìn)行對(duì)照講解，可使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，幫助學(xué)生理解記憶。如傳質(zhì)中的分子擴(kuò)散、對(duì)流擴(kuò)散與傳熱中的傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱類似。在講解對(duì)流擴(kuò)散的傳質(zhì)機(jī)理和傳質(zhì)速率時(shí)，可以仿照對(duì)流傳熱，引入虛擬傳熱膜厚，流體側(cè)的溫差、熱阻都完全集中于此，而傳熱方式主要是分子熱傳導(dǎo)，傳熱速率仿照傅立葉定律計(jì)算，從而引出牛頓冷卻定律。傳質(zhì)中引出虛擬傳質(zhì)膜厚，流體側(cè)的濃度差和阻力全部集于此，而傳質(zhì)方式主要是分子擴(kuò)散，傳質(zhì)速率可仿照菲克定律求出。很難理解的對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程，利用類比法，用較短時(shí)間就能被學(xué)生所接受，加深了學(xué)生對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的理解。吸收中的最小液氣比與精餾中的最小回流比，傳熱中的對(duì)數(shù)平均溫差與吸收中的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力，牛頓粘性定律、傅里葉定律、菲克定律等，在講授過(guò)程中都可以通過(guò)類比的方法進(jìn)行講解，通過(guò)類比把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。
4.2采用多媒體等輔助手段，提高課堂教學(xué)效果
化工原理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程學(xué)科，單元操作的研究?jī)?nèi)容包括“過(guò)程”和“設(shè)備“兩個(gè)方面[[3]。而學(xué)生沒(méi)有工程概念和感性認(rèn)識(shí)，如果單純的用“黑板加粉筆”的教學(xué)模式，一些操作過(guò)程很難表達(dá)清楚，學(xué)生會(huì)感到枯燥乏味，無(wú)法滿足現(xiàn)代教學(xué)要求。為此，在教學(xué)過(guò)程中需通過(guò)合理安排實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)來(lái)增加學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)還需要借助多媒體教學(xué)、設(shè)備模型等手段，把教學(xué)信息轉(zhuǎn)化為可視信號(hào)，從而提高教學(xué)效果。如列管換熱器的結(jié)構(gòu)表述，什么是多管程、多殼程，熱、冷流體如何進(jìn)行換熱，如果只在黑板上用畫(huà)圖來(lái)表示，很難把這一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程表達(dá)清楚。
現(xiàn)在借助多媒體教學(xué)，通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)，很容易的把這一過(guò)程清晰生動(dòng)地顯示出來(lái)，使學(xué)生更易理解。在講解浮閥塔的操作性能時(shí)，用透明有機(jī)玻璃模型，形象清晰地展示了塔設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和整體特征，加深了學(xué)生對(duì)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的理解�；ぴ淼牧硪惶攸c(diǎn)是計(jì)算性強(qiáng)，計(jì)算內(nèi)容從基本概念到實(shí)際問(wèn)題，內(nèi)涵非常豐富，特別是那些在分析過(guò)程機(jī)理的基礎(chǔ)上建立的數(shù)學(xué)模型，往往是非線性的、多變量的，計(jì)算過(guò)程絮雜。如確定板式塔塔板需要逐板計(jì)算，重復(fù)利用操作線和平衡線方程。如果筆算工作量大，耗時(shí)較多。若采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，進(jìn)行簡(jiǎn)單編程，這些問(wèn)題便能很容易解決，在編程過(guò)程中還能鞏固和深化教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)這些輔助的教學(xué)方式，幫助學(xué)生深人理解單元操作過(guò)程的原理、形象直觀地了解和掌握設(shè)備原理與結(jié)構(gòu)，既培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又加深了學(xué)生的理解和記憶。
4.3通過(guò)課堂討論的形式組織教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)概念的理解和記憶
通過(guò)課堂討論形式來(lái)理解某個(gè)概念、公式，比單純的講解效果要好得多。這種教學(xué)方法，一般多用于傳熱、傳質(zhì)過(guò)程，由于公式多，難記憶，易于混淆。教師可以針對(duì)某些內(nèi)容首先讓學(xué)生在課下準(zhǔn)備，然后組織一堂討論課。如傳熱過(guò)程中，傅里葉定律、牛頓冷卻定律、斯蒂芬一波爾滋曼定律、傳熱基本方程，這幾個(gè)方程表示不同幣毫熱方式的傳熱速率，都與溫差成正比，但溫差不同，可以通過(guò)討論形式幫助學(xué)生加深概念的理解和記憶。
5結(jié)語(yǔ)
在化工原理教學(xué)中，應(yīng)針對(duì)課程的的特點(diǎn)，切實(shí)抓好實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)促進(jìn)理論教學(xué)，采取靈活多樣的教學(xué)方法和手段，不斷提高課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生的分析和解決問(wèn)題的能力，使化工原理教學(xué)質(zhì)量整體得以提高，2007年《化工原理》課程被評(píng)為該院精品課程。
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