《化学反应工程》课程教学方法初探.doc

化学反应工程课程教学方法初探化学反应工程课程教学方法初探 李望，朱晓波 （河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作454000） 摘要：化学反应工程课程教学的目标是培养面向生产、建设、服务和管理需要的高素质人才。其重要特征是培养学生的实践性，提高学生适应工作岗位的能力，实现零距离对接是高等院校课程建设与改革的重要内容。本文叙述了化学工程专业开设化学反应工程课程的现状和存在的弊端，及课程设置的意义，分析了化学反应工程课程的教学方法，强调了该课程教学过程中理论教学的基础性，同时说明了实践和试验教学相结合的重要性。 关键词：化学反应工程；教学方法；理论；实践；试验 中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）43-0156-02 作者简介：李望（1983-），女（汉族），吉林德惠人，讲师，博士，从事化学工程与工艺的教学和科研方面研究；朱晓波（1985-），男（汉族），辽宁辽阳人，博士，讲师，从事矿物化学提取方向教学和研究。 化学反应工程是一门研究化学反应工程问题的学科，是化学工程与工艺专业必修的主干专业理论课程之一。高等院校作为化学工程专业人才培养的重要场所，应以全面提高学生的综合素质为目标，选择合理的教学内容和教学方式，在专业课程设置上应本着“学生为本”的理念，从培养学生的学习兴趣出发，在统一规划的前提下，保留学生自身优秀的特质，鼓励学生开拓创新。河南理工大学化学工程专业的人才培养包括煤化工、精细化工、化工材料以及冶金化工等多个方向。化学反应工程是化学工程专业的主要必修课程，是精细化工和冶金化工的基础理论课程。本课程的开设可以促进学生对化工过程的全面理解，对于提高学生知识面、掌握科学的学习方法和解决实际问题的能力，具有重要的意义。 一、化学反应工程课程的意义 （一）化学反应工程课程简介 化学工业产品复杂，生产工艺千差万别，但都存在一个共同点“原料借助化学反应获得产品”。如石油化工过程中，可以直接用于化工原料和内燃机燃料的成分大约只占原油的30%，其余的重组分需要经过裂解反应才能成为化工生产的原料。任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料的预处理、化学反应过程和产物的后处理这三个组成部分，而化学反应工程是整个化工生产的核心。 从学科角度来说，化学反应规律属于化学学科，物理过程规律属于工程学科。化学反应工程学是这两个学科的汇合，它是研究化学过程和物理过程相结合而产生出的新的、有趣的现象，并从这些现象中引申出化学反应工程学理论。 本课程主要讲述反应动力学、化工传递过程、化工热力学研究和催化剂工程学等。学习化学反应工程学，要掌握其处理问题的思想方法，该课程与其他学科一样，涉及的内容很多，需根据实际问题和结合已有的知识来解决实际问题。 （二）开设化学反应工程课程的意义 正如前所述，河南理工大学化学工程专业的人才培养包括煤化工、精细化工、化工材料以及冶金化工等多个方向。化学反应工程是化学工程专业的主要必修课程，是精细化工和冶金化工等的基础理论课程，化学反应工程学是一门研究涉及化学反应的工程问题的学科。对于已经在实验室中发现的化学反应，如何将其在工业规模上实现是化学反应工程学的主要任务。为了实现这一目标，化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即化学反应动力学，而且着重研究传递过程对宏观化学反应速率的影响，研究不同类型反应器的特点及其化学反应结果之间的关系。本课程的开设可以促进学生对化工过程的全面理解，提高学生理论联系实践和解决实际问题的能力，开设化学反应工程课程具有重大意义。 二、化学反应工程课程的教学的现状及存在的弊端 化学反应工程作为化学工程学科的关键分支，虽然只有四五十年的发展历史，但发展非常迅速，已经渗透到其他学科领域，并与之相互渗透与交织，应运产生了一些新的研究课程，如：生化反应工程和聚合反应工程等。然而该课程的教学内容仍然存在一些问题，教学内容陈旧，无法满足和适应现代化学工程产业的需求，不能紧跟时代的发展，更不能反应化学工程产业的前沿动态。化学工程课程教学过分依赖教案，太注重课本知识的灌输，内容枯燥乏味，无法调动学生学习的主动性和探索性，更无法开拓学生的眼界，培养学生的创造能力。 三、化学反应工程课程的教学方法 高等学校工科院系是培养工程师的摇篮，其要求具有扎实的理论基础和解决实际工程问题的能力。化学反应工程是实验室小型试验到工业化生产过程中的传质特点分析，其需要扎实的高等数学、化工原理等基础知识，也需要工业生产过程的实例和应用特点。因此，笔者经过几年的探索，在教学过程中采用了以下三种教学方法相结合，取得了较好的教学效果。 （一）理论教学 基础理论是教学的重点，同时也是学生学习的难点，对于化学工程统招生而言，他们的高等数学、化工原理等基础课功底较为扎实，平时又涉及多方面的相关学科知识，所以掌握化学反应工程的基础理论相对容易一些。但教师若按照教材的内容单纯讲解，致使学生不能完全掌握基础理论，这就要求教师改变教学思路和教学方法。因此，在讲授化学反应工程时，液液反应传质过程的机理、动力学模型等是整个课程的重点和难点。在讲授这些机理过程中，加入相关视频和模型的讲解，使得学生更加充分的掌握该该课程的理论知识和精髓。 （二）实践教学 实践教学体系的建立，有助于培养学生的实验动手能力、工程设计能力、专业实践能力和科学研究能力，锻炼学生的创新思维，培养学生的创新能力。在讲授化学反应工程课程时，通过介绍化学提取稀有金属的工业实例，充分了解液液反应和液固反应的大型化生产特性和反应动力学特征，使得学生更好地理解和掌握化学反应工程的理论基础。比如，笔者举例湖北通山腾达化学提钒的工艺特点，经过视频和照片等多方面渠道介绍液液萃取反应和液固离子交换反应的过程特点，说明实验室小型试验和工业化生产的区别，重视该扩大生产过程中化学反应工程起到的决定性作用，并通过动力学数据的拟合，有利于学生掌握教材中的化学反应动力学模型微积分公式推导和应用。 （三）试验教学 试验教学可以启发学生观察实验现象和过程、并进行思维分析，得出科学的结论。在试验过程中既生动形象地传授了知识，又让学生掌握了专业技能。如：准确称取0.2332kmolm-3的醋酸50mL和1.16kmolm-3的50mL丁醇置于500mL的烧杯中。将混合溶液在常温下，于磁力搅拌器上进行搅拌反应8小时。反应过程检测和数据记录：每反应一小时，取出混合溶液2mL并测定其中的氢离子浓度，计算出醋酸的转化率。将8小时内的醋酸转化率分列记录完整以待分析。数据分析及拟合：将实验中得到的ti下的ci数据代入f（ci）函数中，得到各ti下的f（ci）数据。以时间t为横坐标，f（ci）为纵坐标，将t-f（ci）数据标绘出来。如果得到过原点的直线，则表明所假设的动力学方程是可取的（即假设的级数是正确的），其直线的斜率即为反应速率常数k。否则重新假设另一动力学方程，再重复上述步骤，直到得到直线为止。如果简单级数反应都假设完（通常是0级、一级和二级反应）还得不到直线，说明这个反应不是整数级的简单级数反应，不宜用积分法进行动力学数据处理。通过实验教学，有利于学生对化学反应工程的理论知识的全面理解和掌握。 （四）网站教学 化学反应工程课程网站的设置应以“教学服务”为宗旨，主要的使用者是老师和学生，界面设置应简洁，适用性高。在网络课程构建上应以完成教学任务为目标，根据知识点的特点与联系，充分利用网站的多媒体资源，文字可以与图形、图表、动画、视频等现代网络形式相结合，创设教学情境，激发学生的学习兴趣，同时培养学生理论联系实际的能力。在传统教学模式下，往往对于工程实例介绍过于简单与粗糙，学生对于知识难点就很难掌握吸收，课程网站的设置就可以做到优势互补，教师可以通过网站上传一些学生感兴趣的与知识点相结合又难于理解的实例，加强学生对于知识点的理解与接受。同时，课程网站还有及时性的特点，学生无论身处何地，都能通过电脑、手机等客户端随时随地地学习，同时培养学生课前预习、课后复习的良好习惯。课程网站还可以搭建一个教师与学生互动的简易模式，学生可以通过网站与教师建立联系，有利于学生提出疑点难点，教师可以及时了解学生对于专业课的掌握情况，适时解决存在的问题。教师利用网站教学，不仅可以建立优质、高效的课堂，还有助于自身理念的不断更新，培养自身与时俱进的精神，更重要的是培养了学生自主学习的良好习惯，让其在轻松的氛围下完成了学习目标。 四、结束语 近年来，笔者在化学反应工程专业课教学过程中，通过不断地总结和摸索，最终形成了化学反应工程专业课的教学方法。课程的讲授重视理和实践相结合，学生的学习兴趣浓厚，掌握基础理论的能力加强。因此，采用上述教学方法进行化学反应工程的课程讲授是合理和成功的。 参考文献： 1马祥麟.项目驱动教学法在化学反应工程课程中的应用J.内蒙古石油化工，2013，（02）. 2刘瑾，诸林，黄志宇，王志红.化学反应工程课程教学改革初探J.西南石油学院石油高等教育，2002，（03）. 3傅杨武，陈明君，张丽莹，赖庆柯.化学反应工程课程网站建设的探索与实践J.广州化工，2011，（01）. 4徐