應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下的《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)改革的探索

王 凱，余 杰

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下的《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)改革的探索

王 凱，余 杰

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的確立，化工專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)也要符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求.《化學(xué)反應(yīng)工程》作為應(yīng)用化學(xué)和化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,具有較強(qiáng)的工程性與實(shí)踐性的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)的同時(shí)，也要充分發(fā)揮工廠企業(yè)等見(jiàn)習(xí)基地的重要作用，探索《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)的新模式，從而提高化學(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果.

人才培養(yǎng)；化學(xué)反應(yīng)工程；教學(xué)改革

《化學(xué)反應(yīng)工程》課程是化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)必修課程.通常講的“三傳一反”中的“一反”，是主要指的化學(xué)反應(yīng)工程上的內(nèi)容.該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，其中的化工生產(chǎn)中的“反應(yīng)器“是化工企業(yè)的核心，學(xué)生從化學(xué)和化工原理等理論學(xué)習(xí)通向反應(yīng)器設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程不可缺少的重要課程，具有與化工實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，所以對(duì)培養(yǎng)化工企業(yè)需要的應(yīng)用型人才和促進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化具有重要的意義，其在化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)中的地位不言而喻的.

1 學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

《化學(xué)反應(yīng)工程》課程內(nèi)容涉及高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和數(shù)學(xué)建模等多門(mén)課程，綜合性強(qiáng)，數(shù)學(xué)模型的建立比較抽象，公式推導(dǎo)推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，完全不同于學(xué)生以前所學(xué)課程.本課程與工程實(shí)際聯(lián)系比較緊密，許多反應(yīng)器比如釜式反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器等等，都是生產(chǎn)中正在使用的反應(yīng)器，而我校學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課之前，多數(shù)學(xué)生沒(méi)有去過(guò)化工企業(yè)，對(duì)其沒(méi)有感性的認(rèn)識(shí)，對(duì)工程的概念沒(méi)有意識(shí)，因此，在反應(yīng)器的選型與設(shè)計(jì)等實(shí)際問(wèn)題上學(xué)生接受比較困難.根據(jù)我校學(xué)生的特點(diǎn)，緊緊抓住本課程教學(xué)內(nèi)容的特色，改革傳統(tǒng)的理論教學(xué)與化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)互相脫節(jié)的教學(xué)模式，把課堂教學(xué)與化工企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，真正的將學(xué)生培養(yǎng)成應(yīng)用型人才.

2 教學(xué)內(nèi)容改革

當(dāng)前國(guó)內(nèi)的《化學(xué)反應(yīng)工程》相關(guān)教材大致分為七個(gè)方面的內(nèi)容：（1）均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)；（2）理想反應(yīng)器；（3）非理想流動(dòng)反應(yīng)器；（4）非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；（5）固定床反應(yīng)器；（6）流化床反應(yīng)器.在第一章的內(nèi)容安排上，重點(diǎn)結(jié)合物理化學(xué)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講解，讓學(xué)生練習(xí)盡可能多動(dòng)力學(xué)方面的習(xí)題，大好基礎(chǔ).在第二章理想反應(yīng)器內(nèi)容中，重點(diǎn)介紹間歇反應(yīng)器、連續(xù)釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程的推導(dǎo)過(guò)程，結(jié)合這些公式，講解反應(yīng)器型式的評(píng)選，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)方程的應(yīng)用.第四章內(nèi)容強(qiáng)調(diào)停留時(shí)間分布的測(cè)定、介紹非理想流動(dòng)模型，主要是給學(xué)生講解建立數(shù)學(xué)模型的思想，不要求計(jì)算.在第五章重點(diǎn)講解均勻表面的吸附動(dòng)力學(xué)和氣固相催化反應(yīng)的過(guò)程，重點(diǎn)要求學(xué)生掌握反應(yīng)過(guò)程的控制步驟，減少講解本章過(guò)多的計(jì)算公式的來(lái)源及復(fù)雜計(jì)算，通過(guò)常見(jiàn)的氣固相催化生產(chǎn)工藝（比如合成氨、合成甲醇等）的分析，使學(xué)生真正能掌握分析氣固相催化反應(yīng)實(shí)際過(guò)程的方法.

在教學(xué)過(guò)程中，將模擬軟件引入教學(xué)內(nèi)容中.化工生產(chǎn)中工藝的計(jì)算是比較復(fù)雜的過(guò)程，尤其是化工中反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中多維反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算，基本上都是通過(guò)電腦軟件設(shè)計(jì)完成的.為了讓學(xué)生感受反應(yīng)器設(shè)計(jì)的過(guò)程，教師可以采用AspenPlus、ProII等成熟的化工流程模擬軟件，演示反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算和優(yōu)化，從而讓學(xué)生了解反應(yīng)器設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程.

另外教學(xué)過(guò)程注重?cái)?shù)學(xué)模型建立的講解，這門(mén)課一個(gè)重要的特色，就是數(shù)學(xué)模型的建立，主要讓學(xué)生學(xué)習(xí)這種建模的思想，讓學(xué)生學(xué)習(xí)建立數(shù)學(xué)模型的所做的各種合理的假設(shè)，而不是注重對(duì)公式的記憶，也是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行合理簡(jiǎn)單化并建立數(shù)學(xué)模型的能力的過(guò)程.

3 教學(xué)方法的改革

在教學(xué)方法上采取板書(shū)結(jié)合多媒體課件的方式.《化學(xué)反應(yīng)工程》是一門(mén)理論性、實(shí)踐性和邏輯性比較強(qiáng)的課程.通過(guò)板書(shū)，詳細(xì)地講解數(shù)學(xué)模型的假設(shè)過(guò)程，建立合理且相關(guān)度較高的數(shù)學(xué)模型，演示公式的推導(dǎo)過(guò)程，著重讓學(xué)生掌握數(shù)學(xué)建模的的過(guò)程，以達(dá)到教學(xué)的主要目的.利用多媒體課件，采取諸如將抽象設(shè)備具體化（如利用圖片展示化工生產(chǎn)中的固定床和流動(dòng)床），將微觀現(xiàn)象通過(guò)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行放大(如利用電鏡照片展示催化劑孔道結(jié)構(gòu))、將反應(yīng)過(guò)程動(dòng)畫(huà)化（通過(guò)動(dòng)畫(huà)展示氣固相催化的吸脫附過(guò)程）等措施，以幫助學(xué)生理解.

在《化學(xué)反應(yīng)工程》課程的課堂教學(xué)中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)的興趣，是教學(xué)過(guò)程需要解決的重要問(wèn)題.在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)部分的教學(xué)中，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，針對(duì)性地選取實(shí)際生產(chǎn)的案例，比如年產(chǎn)10萬(wàn)噸甲醇固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、年產(chǎn)5萬(wàn)噸尼龍66間歇聚合釜的設(shè)計(jì)和年產(chǎn)10萬(wàn)噸的合成氨反應(yīng)器的設(shè)計(jì)等等.講課之前就將材料發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生熟悉材料，再進(jìn)行理論講解，以所選取的案例為例，講解設(shè)計(jì)思路，例如如何確定反應(yīng)器體積、操作條件、設(shè)備材質(zhì)結(jié)構(gòu)的確定等，課后由學(xué)生分組合作，自行完成設(shè)計(jì)任務(wù)，然后組織學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)答辯，針對(duì)自己完成的工作進(jìn)行匯報(bào)，教師對(duì)所完成的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià).學(xué)生通過(guò)針對(duì)性的設(shè)計(jì)練習(xí)，激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程意識(shí)，使學(xué)生把化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)理論與企業(yè)實(shí)際結(jié)合起來(lái)，真正從工程角度分析生產(chǎn)工藝，成為一名高素質(zhì)的應(yīng)用型人才.

4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

試驗(yàn)教學(xué)可以啟發(fā)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和過(guò)程、并與所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行結(jié)合，得出科學(xué)的結(jié)論.針對(duì)每一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).為了掌握脈沖示蹤測(cè)定停留時(shí)間分布的方法，開(kāi)設(shè)多釜串聯(lián)返混性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，讓學(xué)生真正的了解停留時(shí)間分布與多釜串聯(lián)模型的關(guān)系，不僅僅是停留在課本的理論公式上；動(dòng)力學(xué)常數(shù)在物理化學(xué)中開(kāi)始講，習(xí)題練習(xí)時(shí)，動(dòng)力學(xué)常數(shù)也會(huì)給出，至于怎么得到的學(xué)生不甚了解，為了掌握用攪拌池測(cè)定企業(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)的原理和方法，測(cè)定亞硫酸鈉溶液在Co2+催化作用下，吸收氧氣的一級(jí)與二級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)的測(cè)定；為了學(xué)會(huì)氣-固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)的研究方法，開(kāi)設(shè)了一氧化碳與水蒸汽的變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定低溫變換催化劑的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù).通過(guò)《化學(xué)反應(yīng)工程》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程的理論知識(shí)的全面理解和掌握.

5 教學(xué)與實(shí)際化工生產(chǎn)相結(jié)合

為了讓學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程課程有感性的認(rèn)識(shí)，開(kāi)設(shè)該課程前增加認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，組織學(xué)生到我市的煤化工企業(yè)、制藥廠和有機(jī)化工廠等企業(yè)參觀實(shí)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)合成塔、間歇反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器等主要化工反應(yīng)設(shè)備的感性認(rèn)識(shí)，這個(gè)實(shí)習(xí)可以與化工原理見(jiàn)習(xí)相結(jié)合同時(shí)進(jìn)行.比如我們?cè)诔喾迦痍?yáng)化工有限公司，學(xué)生可以在中控操作室觀察甲醛和乙醛合成塔中參數(shù)的變化和分布情況，了解反應(yīng)器、操作和控制方法.利用其檢修期間，可以參觀甲醇合成塔等反應(yīng)器的催化劑和催化劑裝填方式等等.

在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)中，企業(yè)為了安全和效益等因素，一般不允許學(xué)生親自動(dòng)手操作，因而出現(xiàn)了很多學(xué)生“走過(guò)場(chǎng)“的現(xiàn)象.計(jì)算機(jī)仿真軟件將理論和實(shí)踐進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，并且現(xiàn)代化工企業(yè)中已采用了DCS控制系統(tǒng),一線工人主要在中控室通過(guò)電腦操作控制生產(chǎn)過(guò)程.因此在《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)中，可以將工廠實(shí)習(xí)與仿真實(shí)訓(xùn)進(jìn)行結(jié)合.比如比較經(jīng)典的甲醇合成工藝流程，我們可以通過(guò)對(duì)企業(yè)參觀，先讓學(xué)生了解其工藝流程，認(rèn)識(shí)操作單元.然后通過(guò)仿真軟件，尤其是3D的仿真軟件，讓學(xué)生身臨其境對(duì)工藝流程進(jìn)行操作，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化工單元操作和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程等理論知識(shí)的理解和掌握.

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的確立，化工專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)也要符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求.《化學(xué)反應(yīng)工程》作為應(yīng)用化學(xué)和化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,具有較強(qiáng)的工程性與實(shí)踐性的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)的同時(shí)，也要充分發(fā)揮工廠企業(yè)等見(jiàn)習(xí)基地的重要作用，探索《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)的新模式，從而提高化學(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果.

〔1〕李望,朱曉波.《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)方法初探.教育教學(xué)初探，2015（43）:156-157.

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〔3〕李翔,王安杰,陳永英.化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)難點(diǎn)和教學(xué)方法體會(huì)[J].廣州化工，2015,43(19):207-209.

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