化工原理教学方法探讨

化工原理教学方法探讨
摘要：化工原理是化工及相关专业重要的专业基础课，有极强的工程背景，对缺少实践知识的本科学生来说，初学本课程时会遇到较多的困惑，学习难度较大。

作者结合多年的教学实践，从学生学习兴趣的培养、教学内容的合理安排、多媒体辅助教学手段的应用以及实践环节的加强等方面进行了探索，并取得了较好的教学效果。

关键词：化工原理教学内容多媒体实践环节兴趣
化工原理是化工及相关专业学生必修的一门基础技术课程，它在数学、化学、物理化学等基础与专业课之间起着承前启后的作用，是自然科学领域的基础课向工程科学的专业课过渡的入门课程，它承担着工程科学与工程技术的双重教育任务，担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，是化工类及许多工科专业的重要基础课程[1]。

本课程的理论性和实践性均较强，注重工程观点、定量运算、实验技能和设计能力的训练，加强理论与实际的结合，提高分析问题、解决问题的能力是提高化工原理教学水平的必由之路[2]。

化工原理课程教学水平的高低，对化工及相近专业学生的专业素养和工程能力的培养起着至关重要的作用，本文根据作者自身的认识和教学实践谈一点教学体会。

1 注重学生学习兴趣的培养
化工原理的主要内容是围绕“流体流动（动量传递）”、“质量传
递”、“热量传递”，即“三传”展开，解决各单元操作中的共性问题，具有极强的工程背景，对缺少实践知识的本科学生来说，初学本课程时会遇到较多的困惑，学习难度较大。

另外有些学生认为自己以后不一定会从事化工行业的工作，从而影响学习热情，在学时数较少的情况下，有效地引导学生的学习过程，提高学习积极性，解决学习中遇到的问题，提高他们解决实际工程问题的能力是在化工原理教学中必须解决的关键问题。

兴趣是最好的老师，第一堂绪论课对培养学生的学习兴趣非常关键。

笔者每次会拿出当年世界500强企业前20名的名单，对其中的石油化工企业做一个简单的介绍。

告诉他们自己所学的专业是一个巨大而且财富集中的行业，他们在这个领域将大有可为。

然后从化学工业的发展历程着手，介绍化工原理这门课程的诞生和发展历史，来说明化工原理是一门过程工程课程，处理的是一些有共性的物理过程，解决问题的方法在其它行业照样可以运用，并举出几个大家都熟悉的例子来佐证。

告诉学生方法和思维方式比知识更重要，本课程主要任务是培养学生运用基本理论解决工程实际问题的能力，无论他们以后从事哪个行业的工作，在本课程中学到的知识都可以让他们受益终身。

一般在绪论课结束之后，学生对化工原理就会有一个基本正确的认识，学习积极性得到了很大的提高。

兴趣是最好的老师，在教学过程中,涉及与课程有关的实际问题或学生已感觉到的事物，引出要讲授的新的知识点或单元操作时，往往会很快激起学生的兴趣，促使其主动去思考问题，这样也就突出了化工原理工程实践性的特点[3]。

对缺乏实践知识的本科生来说，工
程的知识往往是枯燥的，再加上化工原理课程本身有一定的难度，有些学生会逐渐丧失对本课程的学习兴趣。

在教学过程中我们注重知识点与生产、生活实际相结合，以实际例子或大自然中普遍存在的现象为出发点，引出要讲授的知识，来激发学生的兴趣，促使其积极思考问题。

例如：在流体流动章节的讲述中，在静力学部分，我们会以U 型压差计、化工企业的气柜及常见设备的液封装置为切入点；讲述伯努利方程时，通常会让学生思考“水往低处流”什么条件下才成立，介绍自然界的泉水、隧道施工工程中的“突水”或“泄湖”现象、农业上的灌溉、石油及天然气的长距离输送等，并结合实际案例进行分析，让学生参与计算或模拟设计；流体阻力部分以动车组及小汽车的流线型设计为引子讲述边界层分离，让学生思考管子为什么通常是圆的等等；最后往往会以城市自来水系统为例对这一章的内容做一个总结。

过滤部分可以自来水的净化生产过程、家用净水器和城市生活污水的沙滤处理为切入点。

传热部分可以空调及暖气系统、烧开水、公共浴室的供水系统、灶具的选用、开水瓶的设计、泡脚时动与不动对水温的感觉不同、冬天保暖的衣服应该里穿还是外穿等生活中的例子来激发学生的学习兴趣，以反应釜、换热器、流体输送管道的保温为例说明传热在化工及相关行业中的重要性，并以实际案例来加深学生的印象。

吸收部分可以以化工厂尾气的处理及环境保护为例说明其和我们的生活密切相关，以硫酸、硝酸、盐酸、氨水、碳酸氢铵等大家较为产品的制备等来学生充分认识到吸收单元操作的重要性。

精馏部分可从中国酒文化开始，介绍蒸馏在酿酒工业中的应用等。

空气的性质是
干燥部分的主要内容，学生刚开始接触时往往觉得较为枯燥，我们以武汉的夏天往往气温并不高但特别热、冬天气温往往并不低而感觉特别冷等为切入点来展开，以晾衣服和晒被子为例来阐述物料的干燥。

教学过程中要随时与学生互动，让学生始终保持学习本课程的兴趣。

2 合理安排教学内容，注意各章节的联系
化工原理的主要内容是介绍以动量传递、质量传递及热量传递为核心的各种单元操作的典型设备、操作原理、工艺计算、设备选型及实验研究方法等，主要任务是培养学生运用基本理论解决工程实际问题[4]。

我们选择了流体流动、流体输送机械、沉降与过滤、传热、萃取、吸收、精馏、塔设备、干燥作为课堂讲授内容，这几章已涵盖了动量、热量和质量传递的重要理论以及相应的设备。

其中流体流动一章是本课程的基础，一是传质和传热过程中往往也伴随着传质；二是“三传”在本质上有共性；三是在流体流动过程中必须要培养学生的工程意识，使其掌握本课程的学习方法，具备解决实际问题的能力。

流体流动及流体输送机械部分的教学应该占用较多的学时，为学生学习本课程打下坚实的基础，使学生具备自学本课程的能力。

讲述过程中要注意“三传”基本理论的阐述和分析，与学生的专业方向相结合。

例题与习题是学生学习时理论联系实际的桥梁。

通过例题和习题的演算，学生可加深对化工原理教材重点内容的理解，牢固掌握基本知识和基本原理，培养正确的思维方法，提高分析和解决工程实际问题的能力[5]。

学生平时功课繁重，很难保证有足够时间来预习和复
习新学的知识点，提高课堂效率就显得尤为必要。

我们增加互动环节，采用启发、讨论的方法，对每节课及每章的知识点进行一次归纳总结，促进学生分析解决问题能力的提高。

教学过程中要注意各章节之间的联系，抓住各种机会将“三传”进行类比，注重对学生的工程意识、思维方式和解决问题能力的培养。

3 合理利用多媒体辅助教学
多媒体辅助教学具有形象性、直观性、生动性、交互性、集成性、可视听性、虚拟性、教学形式多样性等特点，通过图片、三维图片、动画和录像等将知识点转化为立体、形象、逼真的随堂演示，既直观鲜明、又便于讲解，使学生既掌握了理论知识、又增强了感性认识，可充分调动了学生的学习兴趣[6]。

由于缺乏实践经验,学生对化工单元操作基本上没有感性的认识，合理地将多媒体技术运用到教学中来，可明显提高教学效果。

对每一个单元操作甚至每一个流程，我们都找到了动画来演示，对主要的设备，我们会找到它的三维内部结构示意图、模拟运行的动画。

对有些单元操作，我们还利用录像来展示实际生产中正在使用的设备以及设备内流动流动的状态。

仿真是指模拟真实物体和过程进行系统实验和系统研究的一门应用技术。

化工仿真技术的依据是化工过程的规律，它通过数学建立模型，在仿真系统上通过计算机再现化工过程，对实际生活当中的控制系统环境和化工生产操作进行模仿，且以此作为前提条件实施事故处理、紧急停车、正常运行、正常停车和正常开车等过程，进而使学
生仿佛置身其中，学习化工过程的具体操作。

仿真实验软件能够在计算机上模拟运行仪表、设备和仪器等，仿真实验软件当中所进行模拟的实验设备能够使学生更加深入地理解实验装置，从而使学生身临其境地感受并掌握化工过程各单元设备的操作方法，是一种新型实用的计算机应用技术。

我校化工原理实验课程专门为仿真实验安排了4个学时，每个学生一台计算机，自行完成每个实验从装置认识到数据处理全过程的仿真操作，教师负责答疑解惑并检查操作过程及实验数据。

仿真实验时，学生可以重复进行实验而不受时间、场地、安全等实际实验条件的限制；当学生进行了错误操作的时候，软件会给出提示并纠正学生的错误操作。

仿真实验可以提高学生的预习效果，为学生顺利地完成现场实验打下良好的基础。

教师可以引导学生将课堂上讲述的知识点和仿真实验以及实际实验中遇到的问题结合起来思考，这样可以提高学生的学习兴趣，增强学生的动手能力和解决实际问题的能力。

从2012年开始，我校化工专业的学生要在中国石油化工股份有限公司武汉分公司教培中心进行为期一天的仿真训练。

仿真系统模拟了“现场”和“DCS”的操作，实现了将“整套工艺操作系统”搬到“软件”中的效果，能够逼真地模拟真实生产装置的开车、停车、正常运行和各种事故现象，而且无需投料，没有任何危险性。

操作人员在计算机仿真培训系统进行培训，可以经历真实生产装置生产过程中不允许产生的各种事故现象，对各种生产工况进行反复训练。

据教培中心的工
作人员介绍，使用该系统对新进员工进行培训，可在数周之内达到现场2～5年培训效果。

学生可以在仿真系统中反复进行装置的开车、停车、正常操作等训练，还可以进行事故的设置与处理、工艺指标的调整等训练，学生可以从屏幕上感受到工艺参数，如温度、压力、流量、液位等的变化情况，仿真系统具有实际装置无法实现的开放性、灵活性、多样性和实时交互性等功能特点。

教师可在旁引导学生思考每一步操作要注意的问题、涉及到的知识点等。

通过仿真训练，同学们对化工过程有了更直观的认识。

4 加强实践环节
化工原理实验是学习、掌握和运用化工原理课程必不可少的重要教学环节。

化工原理实验教学的任务是验证课堂教学的理论知识，使学生加深对化工过程的规律和原理的理解，学习和掌握化工原理的实验及其研究方法，树立学生的工程观点，培养学生分析、解决工程实际问题以及开展科学研究的能力。

我校共开设流体流动阻力的测定、离心泵特性曲线的测定、过滤、传热、吸收、全回流精馏、部分回流精馏、干燥等实验，每个实验有8台装置，学生最多4人一组，每个人都要求积极参与，认真思考。

我校注重实验设备的多样性，比如各实验用到的压差计有6种，风机有两种，局部阻力的管件有3种，过滤有板框过滤装置和卧式圆形过滤装置2种，传热有空气-水和空气-蒸汽两类共3种设备，吸收有氨吸收和丙酮吸收两类共3种设备，干
燥有洞道式和流化床两类设备。

通过对各种不同的设备的原理、异同点和操作注意事项进行讲解可以让学生更好地了解各单元操作，加深对理论知识的了解。

化工原理课程设计是化工原理课程在教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生进行工程实际问题复杂性的初步尝试。

通过化工原理课程设计，使学生能够较全面、系统地运用本课程和其他相关课程的知识，在规定的时间内完成指定的化工基础设计任务，进行一次化工单元操作工艺设计和设备设计的基本训练；培养学生论述、计算、制表和绘图等表达设计思想的方法和手段；提高学生综合运用所学知识，独立分析和解决工程实际问题的能力。

学生两人一组，老师全程辅导，时间为2周，答辩通过才算完成。

我们要求学生用Origin或Excel处理数据，用AutoCAD绘图。

很多学生都认为在此过程中学到了很多知识，得到了很大的提高。

化工行业大多数具有连续生产的特点，并主要由流体输送机械来输送液体或气体物料。

因此，流体输送机械的可靠性是保证生产正常进行的关键因素。

流体输送机械是《化工原理》课程的重要内容之一。

在理论课上，学生只能凭借教材中的结构图了解各类泵和风机的结构部件，而有些学生的空间想象力较差，难于理解。

从2012年起，我校化工专业的学生新增了流体输送机械的拆装实习。

实习过程中先由拆装实验室老师现场讲解离心泵、往复泵、计量泵、齿轮泵、螺杆泵、通风机、鼓风机、压缩机、真空泵等流体输送机械的内部结构和工作
原理，然后学生每4人一组完成一台设备的拆装。

拆装中要求学生了解设备的内部结构，注意观察叶轮的结构，测量其尺寸，掌握密封装置的工作原理和结构特点，引导学生观察并思考影响设备效率的因素，注意设备的动平衡装置。

拆装实习可以让学生直观地认识流体输送机械的总体结构，掌握其工作原理、拆装顺序以及在拆装过程中的注意事项和要求，了解流体输送机械主要零部件的结构形式、作用和使用场合。

流体输送机械的拆装实习弥补了化工原理教学环节的不足，可与理论课相互促进，加深学生对化工原理课程相关知识的理解，增强了学生的动手能力。

5 结语
化工原理的教学对学生树立工程意识，掌握实际化工生产的基本知识，培养学生的思维能力、自学能力、理解能力和创新能力，具有重要作用。

在教学实践中我们注重学生学习兴趣的培养，采用多种方法来组织实施教学内容，加强实践环节使各种教学手段和技巧优势互补，提高了学生学习的主动性和积极性。

经过多年的教学改革和探索，我们已经初步建立了一套可行的教学方法，提高了学生分析问题和解决问题的能力，有利于培养培养学生的工程观念、创新能力、实践动手能力和应用所学的化工原理理论知识分析、解决工程实际问题的能力，为学生今后从化工及其相关行业的工作打下了良好的基础。

今后我们还需要不断的完善和改进教学方法，积极研究和探索新的教学方法，从而不断的提高教学质量。

参考文献
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