研究生“高等化學反應工程”課程教學方法探討

張萍?辛志玲?周振

摘要：教學中精煉理論、突出重點，提高研究生基礎理論水平；課堂教學與課題研究相結合，提高研究生分析問題、解決問題和實踐技能水平；課堂討論式教學，提高研究生綜合素質水平。

關鍵詞：高等化學反應工程；創新；分析問題

作者簡介：張萍（1960-），女，湖南安化人，上海電力學院環境與化學工程學院，副教授；辛志玲（1975-），女，山東海陽人，上海電力學院環境與化學工程學院，副教授。（上海 200090）

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0063-02

化學反應工程學科的形成和發展至今已經歷了近百年的歷史。隨著社會和科技的進步，化工方面的新知識和新理論被不斷拓擴，如何結合當今社會的人才需求來創新和完善高校研究生高等反應工程教學是值得探討的課題。

高等反應工程是化工類專業的一門涉及物理化學、化工熱力學、化工傳遞過程、優化與控制等知識領域的技術基礎課程，主要研究工業規模化學反應過程的生產過程、生產裝置、優化設計與控制，是一門綜合性強、涉及面廣、數學要求高的專業技術學科，[1]該課程涉及大量數學模型的建立及理論推導。研究生的“高等化學反應工程”課程相對于本科生的“化學反應工程”課程在分析反應工程的物料衡算和能量衡算方面，更加強調非定態的衡算和非理想反應器的設計分析，在設備設計、優化方面的要求更高。

上海電力學院（以下簡稱“我校”）的化學工程與技術專業碩士研究生于2012年開始招生，目前已招收兩屆，“高等化學反應工程”是該專業的學位課程。這兩屆研究生的課堂調查結果表明，學過“高等化學反應工程”主要前期課程“物理化學”、“化工原理”、“化學反應工程”和“化工傳遞過程”的學生百分比分別為：80%、61%、24%和10%。因此，如何使研究生既掌握基礎理論，同時又具備一定的工程分析水平，并在知識的深度和廣度方面加以拓展，增強創新動力，不斷提高分析問題和解決問題的能力，是講授這門課程所面臨的難點。在兩屆研究生教學的探索中，筆者主要從以下幾個方面著手，力求達到教學目標。

一、理論精煉明了，內容重點突出

與本科教育不同，研究生教育的本質是培養研究者的教育，重點是培養研究生的科學研究水平和工程實踐能力。因此，研究生的專業課程學習不僅是掌握“基礎理論”和“專門知識”的渠道，更是研究生從接受知識向探究知識的轉變及由追求知識向追求能力的轉變。[2]

本校招收的該專業研究生其本科專業背景多有不同，因此筆者在教學中注意由淺入深、循序漸進。首先，使研究生掌握基本反應的原理和高等反應工程的理論，教學講授從物理化學的化學反應動力學開始，結合高等反應工程章節中的反應動力學知識及實驗研究方法，將反應動力學的理論知識和實驗方法、實驗設備和數據處理放在一起講解，既使未學過“化學反應工程”的學生不感到“高等化學反應工程”內容難以理解，也使學過的學生有新收獲。

“高等化學反應工程”課程內容繁雜，其中物料衡算和能量衡算是一系列方程式推導的基礎，在講授過程中，筆者注意突出重點難點，抓住共同特點，講解典型內容。雖然該專業的研究生一半以上未接觸過反應工程，不清楚什么是反應工程和化工傳遞過程中的物料衡算和能量衡算，但是由于研究生已經接受了系統的專業理論學習，相比本科生來說獲得知識能力和自控能力較強，因此筆者在講授均相反應器和非均相反應器時，特意從定態物料衡算和能量衡算出發，過渡到非定態的物料衡算和能量衡算，重點講清楚部分反應器設計方程的由來，并詳述反應器的特性以及反應器間的相互聯系，讓學生整體了解所學知識，明確課程內容講解的思路。同時將一些反應器的設計方程交由學生課后自己推導，使他們主動地從所學知識中尋找解決問題的方法，并進行有機的結合，從而牢固掌握化學反應工程的基本理論和方法。

二、課堂教學與研課題究相結合

研究生教育承擔著培養創新人才和各層次專門人才的重任，是國家培養高層次人才的重要途徑，也是我國高等教育的重要環節。研究生教育中很重要的是強化對研究生創新科研能力和科研協作能力的培養，[3]如何提高研究生的學術研究能力是研究生培養的關鍵。我校是一所原隸屬于能源部有著發電工業背景的工科學校，化學工程與技術專業是由電力行業水處理系統沿革發展而來的，該專業主要培養的是應用型學位研究生，因此在教學過程中如何提高研究生的解決問題能力和實踐操作技能顯得尤為重要。

通過調查研究生導師的背景，筆者發現該專業研究生的導師所從事的主要研究方向是環境工程、防腐材料性能、功能電池、催化劑制造和電廠水處理設備及機理等，真正涉及化學工業的課題不多。根據這一特點，筆者在教學中注重實例講解和分析導師研究課題中所遇到的問題，如：環境工程廢水處理中MBR動力學模型的建立；化學反應方程式中冪指數模型與吸附模型的應用；依據火力發電廠煤燃燒的典型縮核模型，以電廠水處理中樹脂交換設備為例，說明固定床反應器的操作特性和設計要求等等。在加強學習理論知識的基礎上，筆者要求研究生對學科前沿加以關注，提高他們探究知識的熱情，強化科研實踐與課堂教學的結合。教學中，筆者要求研究生根據導師的研究方向，了解化學反應工程在該研究方向上的發展及應用近況，學會撰寫研究綜述，同時通過查閱大量系統的資料，獲取反應工程最前沿的知識，不斷提高理論研究水平。

三、課堂討論式教學，提高綜合素質

化學反應工程課程以綜合性和廣泛性的工程理念貫穿其全部內容，因此從實際出發學會分析、解決工程技術問題，是高等化工反應工程教學的一項非常重要的任務。在教學中，筆者通過課堂討論，啟發學生的創造性思維，激勵學生的創新動力，培養學生主動獲取知識的欲望和獨立思考的能力，調動其學習積極性，并注重提高他們的綜合素質。在課堂教學課程安排中，筆者有目的地組織二次討論課，一次是對課本中一些結論進行討論和論證，由學過前期課程的同學與未學的同學混合組成小組，每組4～5人，目的是通過討論使未學過高等反應工程前期課程的學生能理解其基本原理和方法，掌握課本上的基本知識，熟悉高等反應工程分析問題的方法和原則；另一次討論是由學生自行設計實驗方案，進行專題討論，將所學的知識貫穿起來，懂得如何克服工程上傳遞和流動等物理因素對化學反應的影響，從反應器類型、操作方式和操作條件出發，了解反應器內傳遞過程中影響化學反應的各種因素，學會有效、正確地利用應用反應器進行實驗，以及與傳遞過程規律相結合，解決反應過程的優化和控制等問題。研究生按照教師要求利用課余時間查閱相關的新近資料，經過消化理解，進行認真細致的課前準備。上課時，由一名研究生上臺講解，而教師則同其他研究生在臺下聽講。教師從研究生的講述中可以基本了解其掌握知識的程度，查閱資料的多少，其他研究生通過臺上研究生的講述，也擴展了知識面。在討論課上，其他小組的成員可以提問，由該組的成員作出回答。為了上臺講好課，課前小組成員必須深入自學、充分討論。通過學習和研討，有利于培養創新性思維，提高研究能力，掌握正確的研究方法。在課堂討論中，教師可以系統簡釋理論知識，學生也可以相互間自由討論、爭論，由此掌握基本理論，提升自身素養，并在掌握現有知識的同時，努力探求新知識。這樣不僅讓研究生學會分析問題，更讓他們學會對所研究的問題進行綜合歸納和比較，懂得如何發現新問題，尋求解決問題的途徑。筆者通過開展討論式課堂教學，調動了研究生的主觀能動性，促使他們自覺成為知識的主動探求者。

四、考核成績評定

筆者有針對性地改革考核方式，重點考察研究生掌握知識的能力，如：采用開卷考試、小組研討和課程論文相結合等方式，注重考核研究生將所學知識融會貫通、應用于解決實際問題的能力；指導研究生撰寫課程論文，促使其查閱大量文獻資料，了解學科發展前沿，拓寬知識面，通過考核力求提高研究生分析問題和解決問題的能力。

總之，化學反應工程課程涉及大量理論模型的數學推導和工程實踐方面的問題，課堂教學的主要目的是培養研究生掌握基礎理論和分析、解決工程實際問題的能力，使其能熟練運用所學理論知識解決相關領域的實際問題。通過以上教學探索，筆者獲得了有益的經驗，收到了較好的效果。

參考文獻：

[1]劉其海，周新華， 尹國強.化學反應工程教學方法創新討論[J].廣州化工，2010，38（7）：256-258.

[2]韓壯志，尚朝軒， 何強.研究生專業課教學設計模式研究[J].中國電力教育，2010，（1）：90-92.

[3]楊高云.有關研究生教學的思考[J].臨床與實驗醫學雜志，2013，

12（14）：1162-1163.

（責任編輯：王意琴）