《化學反應工程》課程教學方法初探

李望 朱曉波

摘要：化學反應工程課程教學的目標是培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設、服務和管理需要的高素質(zhì)人才。其重要特征是培養(yǎng)學生的實踐性，提高學生適應工作崗位的能力，實現(xiàn)零距離對接是高等院校課程建設與改革的重要內(nèi)容。本文敘述了化學工程專業(yè)開設化學反應工程課程的現(xiàn)狀和存在的弊端，及課程設置的意義，分析了化學反應工程課程的教學方法，強調(diào)了該課程教學過程中理論教學的基礎性，同時說明了實踐和試驗教學相結(jié)合的重要性。

關鍵詞：化學反應工程;教學方法;理論;實踐;試驗

中圖分類號：G642.41 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）43-0156-02

化學反應工程是一門研究化學反應工程問題的學科，是化學工程與工藝專業(yè)必修的主干專業(yè)理論課程之一。高等院校作為化學工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要場所，應以全面提高學生的綜合素質(zhì)為目標，選擇合理的教學內(nèi)容和教學方式，在專業(yè)課程設置上應本著“學生為本”的理念，從培養(yǎng)學生的學習興趣出發(fā)，在統(tǒng)一規(guī)劃的前提下，保留學生自身優(yōu)秀的特質(zhì)，鼓勵學生開拓創(chuàng)新。河南理工大學化學工程專業(yè)的人才培養(yǎng)包括煤化工、精細化工、化工材料以及冶金化工等多個方向。化學反應工程是化學工程專業(yè)的主要必修課程，是精細化工和冶金化工的基礎理論課程。本課程的開設可以促進學生對化工過程的全面理解，對于提高學生知識面、掌握科學的學習方法和解決實際問題的能力，具有重要的意義。

一、化學反應工程課程的意義

（一）化學反應工程課程簡介

化學工業(yè)產(chǎn)品復雜，生產(chǎn)工藝千差萬別，但都存在一個共同點“原料借助化學反應獲得產(chǎn)品”。如石油化工過程中，可以直接用于化工原料和內(nèi)燃機燃料的成分大約只占原油的30%，其余的重組分需要經(jīng)過裂解反應才能成為化工生產(chǎn)的原料。任何化工生產(chǎn)，從原料到產(chǎn)品都可以概括為原料的預處理、化學反應過程和產(chǎn)物的后處理這三個組成部分，而化學反應工程是整個化工生產(chǎn)的核心。

從學科角度來說，化學反應規(guī)律屬于化學學科，物理過程規(guī)律屬于工程學科。化學反應工程學是這兩個學科的匯合，它是研究化學過程和物理過程相結(jié)合而產(chǎn)生出的新的、有趣的現(xiàn)象，并從這些現(xiàn)象中引申出化學反應工程學理論。

本課程主要講述反應動力學、化工傳遞過程、化工熱力學研究和催化劑工程學等。學習化學反應工程學，要掌握其處理問題的思想方法，該課程與其他學科一樣，涉及的內(nèi)容很多，需根據(jù)實際問題和結(jié)合已有的知識來解決實際問題。

（二）開設化學反應工程課程的意義

正如前所述，河南理工大學化學工程專業(yè)的人才培養(yǎng)包括煤化工、精細化工、化工材料以及冶金化工等多個方向。化學反應工程是化學工程專業(yè)的主要必修課程，是精細化工和冶金化工等的基礎理論課程，化學反應工程學是一門研究涉及化學反應的工程問題的學科。對于已經(jīng)在實驗室中發(fā)現(xiàn)的化學反應，如何將其在工業(yè)規(guī)模上實現(xiàn)是化學反應工程學的主要任務。為了實現(xiàn)這一目標，化學反應工程學不僅研究化學反應速率與反應條件之間的關系，即化學反應動力學，而且著重研究傳遞過程對宏觀化學反應速率的影響，研究不同類型反應器的特點及其化學反應結(jié)果之間的關系。本課程的開設可以促進學生對化工過程的全面理解，提高學生理論聯(lián)系實踐和解決實際問題的能力，開設化學反應工程課程具有重大意義。

二、化學反應工程課程的教學的現(xiàn)狀及存在的弊端

化學反應工程作為化學工程學科的關鍵分支，雖然只有四五十年的發(fā)展歷史，但發(fā)展非常迅速，已經(jīng)滲透到其他學科領域，并與之相互滲透與交織，應運產(chǎn)生了一些新的研究課程，如：生化反應工程和聚合反應工程等。然而該課程的教學內(nèi)容仍然存在一些問題，教學內(nèi)容陳舊，無法滿足和適應現(xiàn)代化學工程產(chǎn)業(yè)的需求，不能緊跟時代的發(fā)展，更不能反應化學工程產(chǎn)業(yè)的前沿動態(tài)。化學工程課程教學過分依賴教案，太注重課本知識的灌輸，內(nèi)容枯燥乏味，無法調(diào)動學生學習的主動性和探索性，更無法開拓學生的眼界，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。

三、化學反應工程課程的教學方法

高等學校工科院系是培養(yǎng)工程師的搖籃，其要求具有扎實的理論基礎和解決實際工程問題的能力。化學反應工程是實驗室小型試驗到工業(yè)化生產(chǎn)過程中的傳質(zhì)特點分析，其需要扎實的高等數(shù)學、化工原理等基礎知識，也需要工業(yè)生產(chǎn)過程的實例和應用特點。因此，筆者經(jīng)過幾年的探索，在教學過程中采用了以下三種教學方法相結(jié)合，取得了較好的教學效果。

（一）理論教學

基礎理論是教學的重點，同時也是學生學習的難點，對于化學工程統(tǒng)招生而言，他們的高等數(shù)學、化工原理等基礎課功底較為扎實，平時又涉及多方面的相關學科知識，所以掌握化學反應工程的基礎理論相對容易一些。但教師若按照教材的內(nèi)容單純講解，致使學生不能完全掌握基礎理論，這就要求教師改變教學思路和教學方法。因此，在講授化學反應工程時，液液反應傳質(zhì)過程的機理、動力學模型等是整個課程的重點和難點。在講授這些機理過程中，加入相關視頻和模型的講解，使得學生更加充分的掌握該該課程的理論知識和精髓。

（二）實踐教學

實踐教學體系的建立，有助于培養(yǎng)學生的實驗動手能力、工程設計能力、專業(yè)實踐能力和科學研究能力，鍛煉學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。在講授化學反應工程課程時，通過介紹化學提取稀有金屬的工業(yè)實例，充分了解液液反應和液固反應的大型化生產(chǎn)特性和反應動力學特征，使得學生更好地理解和掌握化學反應工程的理論基礎。比如，筆者舉例湖北通山騰達化學提釩的工藝特點，經(jīng)過視頻和照片等多方面渠道介紹液液萃取反應和液固離子交換反應的過程特點，說明實驗室小型試驗和工業(yè)化生產(chǎn)的區(qū)別，重視該擴大生產(chǎn)過程中化學反應工程起到的決定性作用，并通過動力學數(shù)據(jù)的擬合，有利于學生掌握教材中的化學反應動力學模型微積分公式推導和應用。

（三）試驗教學

試驗教學可以啟發(fā)學生觀察實驗現(xiàn)象和過程、并進行思維分析，得出科學的結(jié)論。在試驗過程中既生動形象地傳授了知識，又讓學生掌握了專業(yè)技能。如：準確稱取0.2332kmol·m-3的醋酸50mL和1.16kmol·m-3的50mL丁醇置于500mL的燒杯中。將混合溶液在常溫下，于磁力攪拌器上進行攪拌反應8小時。反應過程檢測和數(shù)據(jù)記錄：每反應一小時，取出混合溶液2mL并測定其中的氫離子濃度，計算出醋酸的轉(zhuǎn)化率。將8小時內(nèi)的醋酸轉(zhuǎn)化率分列記錄完整以待分析。數(shù)據(jù)分析及擬合：將實驗中得到的ti下的ci數(shù)據(jù)代入f（ci）函數(shù)中，得到各ti下的f（ci）數(shù)據(jù)。以時間t為橫坐標，f（ci）為縱坐標，將t-f（ci）數(shù)據(jù)標繪出來。如果得到過原點的直線，則表明所假設的動力學方程是可取的（即假設的級數(shù)是正確的），其直線的斜率即為反應速率常數(shù)k。否則重新假設另一動力學方程，再重復上述步驟，直到得到直線為止。如果簡單級數(shù)反應都假設完（通常是0級、一級和二級反應）還得不到直線，說明這個反應不是整數(shù)級的簡單級數(shù)反應，不宜用積分法進行動力學數(shù)據(jù)處理。通過實驗教學，有利于學生對化學反應工程的理論知識的全面理解和掌握。

（四）網(wǎng)站教學

化學反應工程課程網(wǎng)站的設置應以“教學服務”為宗旨，主要的使用者是老師和學生，界面設置應簡潔，適用性高。在網(wǎng)絡課程構(gòu)建上應以完成教學任務為目標，根據(jù)知識點的特點與聯(lián)系，充分利用網(wǎng)站的多媒體資源，文字可以與圖形、圖表、動畫、視頻等現(xiàn)代網(wǎng)絡形式相結(jié)合，創(chuàng)設教學情境，激發(fā)學生的學習興趣，同時培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。在傳統(tǒng)教學模式下，往往對于工程實例介紹過于簡單與粗糙，學生對于知識難點就很難掌握吸收，課程網(wǎng)站的設置就可以做到優(yōu)勢互補，教師可以通過網(wǎng)站上傳一些學生感興趣的與知識點相結(jié)合又難于理解的實例，加強學生對于知識點的理解與接受。同時，課程網(wǎng)站還有及時性的特點，學生無論身處何地，都能通過電腦、手機等客戶端隨時隨地地學習，同時培養(yǎng)學生課前預習、課后復習的良好習慣。課程網(wǎng)站還可以搭建一個教師與學生互動的簡易模式，學生可以通過網(wǎng)站與教師建立聯(lián)系，有利于學生提出疑點難點，教師可以及時了解學生對于專業(yè)課的掌握情況，適時解決存在的問題。教師利用網(wǎng)站教學，不僅可以建立優(yōu)質(zhì)、高效的課堂，還有助于自身理念的不斷更新，培養(yǎng)自身與時俱進的精神，更重要的是培養(yǎng)了學生自主學習的良好習慣，讓其在輕松的氛圍下完成了學習目標。

四、結(jié)束語

近年來，筆者在化學反應工程專業(yè)課教學過程中，通過不斷地總結(jié)和摸索，最終形成了化學反應工程專業(yè)課的教學方法。課程的講授重視理和實踐相結(jié)合，學生的學習興趣濃厚，掌握基礎理論的能力加強。因此，采用上述教學方法進行化學反應工程的課程講授是合理和成功的。

參考文獻：

[1]馬祥麟.項目驅(qū)動教學法在《化學反應工程》課程中的應用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013，（02）.

[2]劉瑾，諸林，黃志宇，王志紅.《化學反應工程》課程教學改革初探[J].西南石油學院《石油高等教育》，2002，（03）.

[3]傅楊武，陳明君，張麗瑩，賴慶柯.《化學反應工程》課程網(wǎng)站建設的探索與實踐[J].廣州化工，2011，（01）.

[4]徐靜莉，孫國富，司紅巖，李延升.淺談化學反應工程教學改革[J].廣東化工，2010，（09）.

[5]朱靜，宋育紅，趙文凱，宋菊玲.淺析化學反應工程課程改革[J].化工時刊，2009，（01）.

[6]范明霞，袁頌東.化學反應工程重點課程建設探索與實踐[J].廣東化工，2009，（02）.

[7]丁一剛，吳元欣，程健，劉生鵬，宣愛國，包傳平.化學反應工程課程體系與實踐教學模式的探討[J].化工高等教育，2008，（05）.