淺論環(huán)境工程專業(yè)化工原理課程教學(xué)改革與創(chuàng)新

俞慧芳 徐玉欣 章慧芳

(1、景德鎮(zhèn)學(xué)院生化系，江西 景德鎮(zhèn) 333000;2、景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

化工原理是化學(xué)工程、環(huán)境工程、生物工程等專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。化工原理課程涉及的知識面廣，與各學(xué)科領(lǐng)域相互滲透，且各學(xué)科領(lǐng)域?qū)ぴ碇R的需求也不盡相同。為使這門課程更貼近專業(yè)教學(xué)，需根據(jù)不同專業(yè)特點(diǎn)，有選擇、有針對性地安排化工原理教學(xué)內(nèi)容，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也為今后的專業(yè)發(fā)展打好基礎(chǔ)。本文針對環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和特點(diǎn)，就化工原理課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新筆者談了自己的一些見解。

1 化工原理教學(xué)內(nèi)容的改革

1.1 根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和特點(diǎn)，對化工原理內(nèi)容進(jìn)行改革

化工原理最初用于指導(dǎo)化工生產(chǎn)過程，也即對原料進(jìn)行化學(xué)加工以獲得有用產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。由于使用原料和生產(chǎn)產(chǎn)品的多樣性、生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，形成了多種多樣的生產(chǎn)工藝。化工原理教材的內(nèi)容一般包括化工過程中的所有單元操作，如流體流動過程、傳質(zhì)過程、傳熱過程。環(huán)境工程是環(huán)境科學(xué)和工程學(xué)的交叉學(xué)科，主要研究大氣、水、固體廢物、環(huán)境噪聲等污染的處理和防治［1，2］。在解決環(huán)境污染問題的過程中，往往要使用化工設(shè)備來進(jìn)行操作。環(huán)境工程專業(yè)的化工原理課程主要內(nèi)容包括流體流動與輸送、沉降與過濾、吸收與吸附、蒸餾與萃取、干燥、傳熱等單元操作，根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)對于化工原理更注重應(yīng)用的特點(diǎn)，教學(xué)過程中某些章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容可適當(dāng)刪減。例如，吸收部分只簡要介紹菲克擴(kuò)散定律，簡化分子擴(kuò)散的微觀機(jī)理和數(shù)學(xué)推導(dǎo);傳熱部分，可簡化對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式和輻射傳熱的教學(xué)。

1.2 化工原理教學(xué)內(nèi)容中可適當(dāng)增加可持續(xù)發(fā)展觀念

化工原理主要講述各單元操作基本原理、過程操作和設(shè)備等，屬于傳統(tǒng)學(xué)科的范疇。但在實際生產(chǎn)中，各單元操作又是具體的，且與當(dāng)今科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)緊密相關(guān)。在大學(xué)教學(xué)中，有時教材可認(rèn)為是主要的參考書，教師在講授教材中的主要知識時，還應(yīng)適應(yīng)新世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的需求，介紹一些新的科技發(fā)展動向，使教學(xué)具有一定的開放性和時代性，讓學(xué)生接觸到一些學(xué)科發(fā)展的前沿知識，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新欲望。

現(xiàn)今環(huán)境污染問題已嚴(yán)重威脅到了人類的生存環(huán)境，而傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)模式會導(dǎo)致資源、能源的利用不合理，大量的“廢物”排入環(huán)境之中，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此在化工領(lǐng)域提出要清潔生產(chǎn)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。主要內(nèi)容包括污染預(yù)防，消減有毒品的使用，為環(huán)境而設(shè)計等。也即通過采取產(chǎn)品改進(jìn)、原料替代、技術(shù)革新、內(nèi)部管理優(yōu)化等途徑，從源頭上避免和消減污染物的產(chǎn)生和排放，消減有毒品的使用，在產(chǎn)品的設(shè)計階段就要考慮生產(chǎn)的安全性與環(huán)境的兼容性。

那么在講述傳熱過程，傳統(tǒng)方法只是介紹設(shè)備及傳熱原理，如果結(jié)合清潔生產(chǎn)，可敘述通過工藝設(shè)備改造來提高生產(chǎn)效率，減少廢物量。如北京某石油化工廠乙二醇生產(chǎn)中的環(huán)氧乙烷精餾塔，原設(shè)計采用直接蒸汽加熱，使排放廢水中COD負(fù)荷大幅度增加，后來該廠對設(shè)備進(jìn)行了改造，由直接蒸汽加熱改為間接蒸汽加熱，不但減少了廢水量和COD負(fù)荷，而且還降低了產(chǎn)品的單位能耗，提高了產(chǎn)品的收率，經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益十分顯著。在講述精餾時，確定回流比的過程通常會敘述為:從精餾過程的設(shè)備費(fèi)用與操作費(fèi)用兩方面考慮來確定，設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)用之和為最低時的回流比為適宜回流比。為貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，從源頭消減污染物排放，則可敘述混合物的分離過程除考慮費(fèi)用外，還必須考慮環(huán)境因素，使分離過程對環(huán)境的影響最小化。這些內(nèi)容的拓展雖然會占用一些課時，但能夠給學(xué)生傳授新的知識點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。

2 靈活采用啟發(fā)式教學(xué)法和互動式教學(xué)法

2.1 啟發(fā)式教學(xué)法

啟發(fā)式教學(xué)法指教師從學(xué)生的實際情況出發(fā)，把學(xué)生當(dāng)成學(xué)習(xí)的主體，應(yīng)用各種方法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、獨(dú)立性、主動性和能動性，引導(dǎo)學(xué)生通過自己積極的學(xué)習(xí)活動掌握知識、形成技能、發(fā)展能力和促進(jìn)個性健康發(fā)展。傳統(tǒng)的教學(xué)方式一般以教師為中心，忽視學(xué)生學(xué)習(xí)的心理、學(xué)習(xí)活動規(guī)律，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)。而通過啟發(fā)式教學(xué)，能很好地培養(yǎng)學(xué)生主動思維和想像力，這是一種科學(xué)民主的教學(xué)方法。

要搞好啟發(fā)式教學(xué)，就要善于提出問題，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在講授流體靜力學(xué)基本方程式應(yīng)用時，可引導(dǎo):衛(wèi)生間的下水管為什么要有一段存水彎管呢?是不是所有氣體管道都可以用切斷水封呢?在講到流體流動伯努利方程時，可引導(dǎo):為什么多層居民樓中，有時會出現(xiàn)低層有自來水而高層沒有自來水用呢?遇到這樣的情況應(yīng)該如何解決呢?當(dāng)講解導(dǎo)熱時，可問為什么對金屬棒的一端進(jìn)行加熱時，另一端也會覺得熱?為什么冬天在木凳上要墊棉坐墊?此時學(xué)生的思維會因此活躍起來，會思考和質(zhì)疑，表現(xiàn)出較強(qiáng)的求知欲望，之后教師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識，提高學(xué)生對問題分析判斷的能力。通過對實際問題的解答，學(xué)生會感到知識和生活是密切相連的、知識是有用的，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。

2.2 互動式教學(xué)法

教學(xué)改革的主要目標(biāo)包括改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法，要改變以教師為中心的教學(xué)模式，構(gòu)建一種既能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用又能體現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知主體作用的新型教學(xué)模式。而互動式教學(xué)法，就是在教學(xué)活動過程中，營造多邊互動的教學(xué)環(huán)境，堅持“以學(xué)生為本”，在發(fā)揮教師主導(dǎo)作用的同時，通過啟發(fā)和誘導(dǎo)學(xué)生思維，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和參與意識，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和探索性，把“單邊”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤半p邊”教學(xué)，達(dá)到提高教學(xué)效果的一種教學(xué)方式［3］。

教學(xué)過程中可進(jìn)行老師和學(xué)生互動、學(xué)生和學(xué)生互動以及學(xué)生和資源的互動。為了使學(xué)生更好地掌握各知識點(diǎn)，在每一單元操作講解之后，教師對單元操作的基本原理、基本概念、計算公式及其應(yīng)用進(jìn)行歸納和總結(jié)，并組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論。例如在講解通風(fēng)設(shè)備后，可組織討論:家用電器中有沒有流體輸送設(shè)備?學(xué)生通過思考后回答有電風(fēng)扇和排氣扇，教師進(jìn)一步提問:這些設(shè)備是屬于離心式還是屬于軸流式?當(dāng)發(fā)覺學(xué)生回答問題有遲疑時，教師可進(jìn)一步提示:離心機(jī)葉片與軸流機(jī)葉片的區(qū)別。那么學(xué)生會立刻聯(lián)想到離心機(jī)和軸流機(jī)的原理并主動回答。

化工原理的各單元操作計算公式多，學(xué)生有時會感覺理解記憶困難，學(xué)習(xí)枯燥無味，失去學(xué)習(xí)興趣。教師會通過對例題的講解和習(xí)題的練習(xí)解答，使學(xué)生加深對知識點(diǎn)的條理化和系統(tǒng)化的認(rèn)知，牢固掌握所學(xué)內(nèi)容。并且可以通過習(xí)題課，請學(xué)生上臺對典型習(xí)題進(jìn)行講解，之后請學(xué)生評價，最后教師總結(jié)。通過這樣的師生互動和生生互動，可取得良好的教學(xué)效果。

在化工原理課程實現(xiàn)多媒體教學(xué)是很有必要的。化工原理課程內(nèi)容繁多，單元操作及設(shè)備的結(jié)構(gòu)單純依靠教材的圖示和教師的講解是很難讓學(xué)生理解透徹的。教師可精心進(jìn)行課件制作，按一定邏輯順序?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容一步步呈現(xiàn)出來，對于重點(diǎn)和難理解的內(nèi)容還可通過課件的演示直觀地展示。

3 化工原理實驗實踐教學(xué)的改革

化工原理是一門工程性很強(qiáng)的課程，單純的理論分析只能增加學(xué)生對單元操作的感性認(rèn)識，只有通過化工原理實驗和工程實踐，才能使學(xué)生加深對單元操作中基本規(guī)律和基本理論的理性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐意識和能力，增強(qiáng)工程觀念，為今后專業(yè)課學(xué)習(xí)及從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

在化工原理實驗教學(xué)的實際過程中會存在許多問題，主要表現(xiàn)為學(xué)生對化工原理實驗教學(xué)不夠重視，實驗室設(shè)備有限，實驗分組人數(shù)多，操作實驗的人數(shù)少，部分學(xué)生不能親自動手操作儀器，而引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降;實驗過程中，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，記錄數(shù)據(jù)，草草了事，實驗效果較差。

化工原理實驗包括驗證性實驗和創(chuàng)新性實驗。驗證性實驗屬于基礎(chǔ)性實驗，為順利完成實驗教學(xué)任務(wù)，會要求學(xué)生做好預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，在實驗過程中對實驗現(xiàn)象進(jìn)行認(rèn)真觀察與分析，對實驗數(shù)據(jù)測取和整理計算，獲得實驗結(jié)論，編寫實驗報告。在這一系列過程中，使學(xué)生了解科研的基本過程，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，鞏固和拓寬課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。開設(shè)創(chuàng)新性實驗時，教師可以給定一個實驗任務(wù)即“項目”，或是工程實際需要解決的問題。例如，對流體輸送管路的設(shè)計與布置，或?qū)δ郴旌弦后w進(jìn)行分離等，學(xué)生為了完成這個項目，會主動查閱資料，制定實驗過程，數(shù)據(jù)測量和計算方法，寫出步驟等，并在教師的指導(dǎo)下完成實驗。在這個過程中學(xué)生逐步建立工程概念，運(yùn)用已有知識解決問題，并對未知領(lǐng)域進(jìn)行探索。當(dāng)然學(xué)生個體知識和思維不同，提出的實驗計劃和實驗步驟不同，這樣就對指導(dǎo)老師的專業(yè)素質(zhì)和綜合能力提出了更高的要求，同時師生可以相互學(xué)習(xí)和互動，做到教學(xué)相長。另外，教師可帶領(lǐng)學(xué)生到工廠去參觀學(xué)習(xí)，或進(jìn)行仿真實驗，使學(xué)生充分了解單元操作在實際生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用，理論與實際聯(lián)系起來，把抽象的東西具體化，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解，實踐教學(xué)是理論教學(xué)的有益補(bǔ)充。

總之，化工原理課程教學(xué)改革是個長期的過程，需要與時俱進(jìn)，不斷地改革課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實驗教學(xué)，培養(yǎng)出具有新知識、適應(yīng)能力強(qiáng)的高素質(zhì)工程人才。

［1］張春勇，鄭純智，文穎頻.環(huán)境工程專業(yè)化工原理課程教學(xué)改革探索［J］.江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，14(1).

［2］馬四朋，鐘理.化工原理課程設(shè)計的深層改革探索［J］.化工高等教育，2006，88(2).

［3］蔡明招，古國榜.“雙向互動式教學(xué)法”在本科基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的實踐［J］.化工高等教育，2003，(2).