化學反應工程教學方法探討

尹先清 李 賡

(長江大學化學與環境工程學院,湖北 荊州 434023)

化學反應工程教學方法探討

尹先清 李 賡

(長江大學化學與環境工程學院,湖北 荊州 434023)

反應工程是化學工程與工藝專業的主干課程。針對反應工程的學科特點,圍繞培養創新人才的培養要求,長江大學從培養學生科學思維方法、提高工程分析能力、理論聯系實際、提高講授質量、培養學生綜合能力等方面做了有益的教改探索。

化學反應工程;教學改革;課程建設

反應工程是化工專業的一門重要專業技術課,也是“三傳一反”的核心課程,該課程涉及物理化學、化工熱力學、傳遞過程及原理等知識領域,內容涉及到生產實際較多,難點較多[1～3]。該課程既包含化學過程,又包含物理過程,學生普遍有畏難情緒,認為反應工程課程是大學中最難學習的課程之一。按照長江大學的教學計劃,課時設置為40學時。要讓學生系統掌握該課程的內容,并運用于實踐中,必須在教學手段和方法上進行改革,把反應工程的基本要點和有關基礎知識與工業生產實際緊密結合起來,運用工程分析的方法來學習反應工程的重要概念,使學生形成完整的反應工程觀點,掌握反應工程分析的內容和方法手段,提升分析和解決實際工程問題的能力。

一、精選教學內容,強化教學效果

在教學中,教師只有了解和掌握反應工程課程的知識結構特點,即課程各部分知識的層次與相互關系,才能抓住教學重點,精選教學內容,有針對性地對教學內容進行革新。在實際的教學中,教師應圍繞反應工程學科的兩個基本問題,即反應動力學問題和反應器分析與設計問題,把反應工程的基本觀點與基礎知識緊密聯系起來,從工程分析的角度討論反應工程中的重要概念。因此,教師備課時要認真鉆研教材,了解本學科發展動態,結合教材內容精心取舍,對講課內容合理安排,做到重點突出,內容詳實。重點講授基本原理、前后內容之間的內在聯系和發展關系,突出工程意識,增強學生分析問題、解決問題的能力。同時努力拓寬教學信息,結合本學科的發展史、發展成果、發展方向,把學科研究的最新工業化成果介紹給學生,激發學生的創新意識和工程意識。

反應工程的教學,應緊緊圍繞反應動力學和反應器分析與設計兩方面展開,這是教學的主干內容在教學安排上,我們從應用的角度和反應器設計與分析的需要出發,闡明反應動力學基本原理。在反應器分析與設計中,反應器類型眾多,差異大,要從工程科學的角度抓住影響反應的本質要素,即反應時間、反應物料的混合度是決定反應進程的重要因素。物料在反應器中流動,必然存在返混,物料在反應器中停留時間分布的問題。在教學中從理想流動模型CSTR和PRF理想反應器入手,進行透徹分析,由此出發來進行實際工業反應器設計與分析,構成了整個反應工程課程教學的主線,教學上要為此安排較多的學時。結合精細化工和生物化工的發展,教學中還應對間歇和半間歇反應器的濃度-時間、濃度-軸向距離的變化圖進行分析與討論。對于多相反應系統,重點論述氣—固催化反應的宏觀動力學及固定床催化反應器。

二、多媒體、電子課件等現代化教學手段的應用

多媒體教學設備的普及,革新了傳統的教學手段和方法。主講教師結合教材自制一整套電子備課講稿,制成多媒體CAI教學課件,用圖像、動畫、聲音的有效組合,取代傳統的單一的黑板板書模式,提高了教學效率和效果,便于擴充完善講課內容,靈活調整講課素材。幾年來該課程全部在多媒體教室上課,利用現代化的教學手段,強化教學素材中的直觀效果,尤其是各種反應器的結構形式和操作方式,反應過程的模擬等在多媒體動畫中直觀地呈現在學習者面前,能促進其理解。

三、注重理論聯系實際,進一步提高教學質量

長江大學是一所服務于石油、石化的地方綜合性大學,學生就業面廣,要求學生能夠學以致用。基礎知識的掌握對于解決實際工程問題非常重要。在教學中我們結合實習教學,將現場典型的工業反應器從結構、原理上進行工程分析,加深對其的理解。如硫磺制酸中的SO2轉化反應器是一種典型的多段絕熱固定床反應器,實習現場采用孟莫克公司的HRS技術,熱能利用率比傳統工藝高25%,極大地節約了能源,從理論上分析其工作原理、控制方法:生產中是通過何種手段實現的,怎樣操作才能提高SO3轉化率,及時將反應產生的熱量與系統物料完成熱交換,反應一次,換熱一次,反應與換熱交替進行。我們在講課中列舉大量實例,如甲醇氧化制甲醛的固定床氧化反應器、石油化工中的流化床催化裂化裝置反一再系統、精細化工生產中的尾氣的吸收利用等。這些實例以理論為指導,通過分析反應器的結構形式、工作原理來理解理論知識,同時豐富了理論,通俗易懂,學生學習有激情,受益很大。

四、重視實驗教學,強化教學過程

化工開發實驗教學是進一步強化理論知識的有效途徑。我們在化工開發實驗中,采取開放式教學模式,對實驗內容、實驗對象開放,為反應工程的教學提供了擴展教學方法和教學手段的空間。化工開發實驗室有多功能仿真實訓系統、多釜串聯停留時間實驗裝置、管式反應器實驗裝置等多種,涵蓋了典型的反應工程的內容。尤其是多功能仿真實訓系統,其工藝流程、操作模式、物料投料完全與生產實際一樣,使學生對操作的過程和設備有直觀的了解和認識。在課程教學中,對實驗原理講透,讓學生走進實驗室來,對化學反應器的主要類型和典型的設備有一個概括性的了解。學生可以與教師預約時間,開展獨立演示實驗。這些實驗教學加深了學生對所學理論和過程的認識理解,鞏固了所學知識。

教學改革后,該課程教學科時數少。在實施素質教育、培養創新型人才的社會大背景下,應力求讓學生系統掌握反應工程課程的內容,把反應工程基本觀點與工程知識緊密聯系起來,從工程應用分析的角度來討論反應工程的重要工程概念。對反應工程這樣一門最能體現化工專業特點的學科,讓學生掌握并運用它是很不容易的,必須從教學方法和手段多方面進行改革。這是一個需要不斷創新的系統工程。

[1]鄒漢波,陳勝洲,林維明,等.化學反應工程課程建設的探討[J].廣東化工,2008(2).

[2]周濤,譚軍,葉紅齊,等.化學反應工程課程教學內容和課程體系改革[J].化工高等教育,2006(3).

[3]趙玲,許志美,曹發海,等.科研提高教學品質——科研成果在化學反應工程課程建設中的“四進”[J].化工高等教育,2008(3).

責任編輯 強 琛 E-mail:qiangchen42@163.com

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1673-1395(2010)05-0032-02

2010-07-01

湖北省本科品牌專業建設研究項目(鄂教高[2006]24號)

尹先清(1962—),男,湖北仙桃人,教授,碩士,主要從事化學工藝及應用研究。