化工分離工程本科教學(xué)改革與探討

呂鵬+邢闖+蓋希坤+楊瑞芹

摘要：國(guó)內(nèi)各高校根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的發(fā)展，對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的課程教學(xué)改革持續(xù)進(jìn)行。化工分離工程是為化工相關(guān)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)課，對(duì)學(xué)生畢業(yè)后從事化工相關(guān)領(lǐng)域的化工生產(chǎn)工作提供專業(yè)知識(shí)。結(jié)合化工分離工程教學(xué)實(shí)踐，以及培養(yǎng)計(jì)劃要求，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，提出并探討一些新的改革方案。

關(guān)鍵詞：化工分離工程；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）10-0133-02

分離工程是化學(xué)工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，是研究化學(xué)工業(yè)和其他化學(xué)類型工業(yè)生產(chǎn)中混合物的分離與提純的一門工程學(xué)科，是建立在高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)等課程知識(shí)基礎(chǔ)上的一門必修課程[1，2]。隨著化工行業(yè)的迅速發(fā)展，分離工程在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)及相關(guān)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越重要，高校的培養(yǎng)目標(biāo)也由最初的單純掌握教材知識(shí)轉(zhuǎn)化為能夠應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程問題。這就要求教學(xué)目的要逐漸轉(zhuǎn)化為應(yīng)用與實(shí)踐，摒棄“填鴨式”教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)掌握知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的興趣并自主發(fā)現(xiàn)解決問題。由于化工分離工程課程的實(shí)踐性非常強(qiáng)，所涉及到的化學(xué)工程領(lǐng)域知識(shí)較多且雜，甚至有一些經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)內(nèi)容，新裝置、新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)對(duì)高校教學(xué)提出了更高的要求，因此改變傳統(tǒng)專業(yè)課的教學(xué)模式、加強(qiáng)分離工程教學(xué)改革與實(shí)踐、鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力顯得尤為重要。圍繞這一目標(biāo)，本文探討了在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革、教學(xué)與實(shí)際結(jié)合等方面的一些嘗試。

一、教材選擇和內(nèi)容安排

隨著時(shí)代和技術(shù)的發(fā)展，化工分離工程課程的知識(shí)也在更新，學(xué)術(shù)內(nèi)容越來越豐富多彩，因教學(xué)課時(shí)的限制，不能面面俱到的全部涉獵，因此教材的合理選擇和教學(xué)內(nèi)容的安排對(duì)提高本門課程的教學(xué)效果十分重要。近幾年，化工分離工程的教材出版較多，重點(diǎn)內(nèi)容如相平衡關(guān)系、多組分精餾、特殊精餾、多組分萃取、分離設(shè)備性能和效率、分離過程節(jié)能等傳統(tǒng)知識(shí)基本都被涵蓋在內(nèi)，但一類側(cè)重于工藝過程的學(xué)習(xí)，另一類借鑒國(guó)外教材，側(cè)重于講解理論知識(shí)[3]。新型分離技術(shù)由于發(fā)展較快，側(cè)重點(diǎn)各有不同。綜合考慮教材、學(xué)生基礎(chǔ)以及實(shí)驗(yàn)室條件等因素，選擇了陳洪鈁、劉家褀主編的卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃系列教材《化工分離過程》第二版。該教材第一版1995年出版，在眾多高校沿用20余年，2014年再版，該書對(duì)原有基礎(chǔ)知識(shí)做了更優(yōu)的安排，將陳舊技術(shù)進(jìn)行了刪除，修改增加了符合時(shí)代發(fā)展的新型分離技術(shù)；對(duì)教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了新的安排，更容易讓學(xué)生接受，課后主動(dòng)去探討問題的解決方法，提高教學(xué)效果。

針對(duì)這本教材，筆者在教學(xué)過程中對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容主要講解以下章節(jié)：（1）傳質(zhì)分離過程的介紹。（2）單級(jí)平衡過程章節(jié)中介紹相平衡、物料衡算和傳遞速率的介紹。主要講解相平衡關(guān)系、相平衡常數(shù)的計(jì)算、泡露點(diǎn)計(jì)算和絕熱閃蒸。（3）多組分多級(jí)分離過程分析與簡(jiǎn)捷計(jì)算中介紹設(shè)計(jì)變量計(jì)算、多組分精餾、萃取精餾、反應(yīng)精餾、間歇精餾的簡(jiǎn)捷計(jì)算。（4）多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算章節(jié)中介紹平衡級(jí)理論模型、三對(duì)角矩陣法以及新型軟件等知識(shí)，偏向?qū)嶋H問題的應(yīng)用。（5）分離設(shè)備的性能和效率。（6）分離過程的節(jié)能。（7）新型分離技術(shù)和過程繼承。針對(duì)以上7個(gè)主要章節(jié)進(jìn)行講解，按照課時(shí)要求精心設(shè)計(jì)教案，增加更多的實(shí)例講解，深入淺出，在課堂上抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)和好奇心，逐步提高學(xué)生對(duì)概念的理解和對(duì)公式應(yīng)用能力的把握。

二、教學(xué)方法改進(jìn)

課堂教學(xué)是化工分離工程專業(yè)課程的重要環(huán)節(jié)，各種典型的單元分離操作知識(shí)在此課程的先修課程中都接觸過，如蒸餾、吸收等操作，深入系統(tǒng)的講解典型的分離單元操作，使學(xué)生在能力上提高是本課程教學(xué)的關(guān)鍵。這就要求任課教師能利用各種教學(xué)方法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生擴(kuò)展已有知識(shí)，對(duì)實(shí)際反應(yīng)物系、多遠(yuǎn)組分物系中的復(fù)雜問題進(jìn)行探討學(xué)習(xí)，如對(duì)比理想物系與真實(shí)物系、二元組分精餾與多組分精餾之間的區(qū)別，理論板數(shù)與進(jìn)料比如何變化等問題[4]。重點(diǎn)對(duì)多組分物系進(jìn)行介紹，提高學(xué)生對(duì)實(shí)際問題的處理能力，對(duì)泡露點(diǎn)計(jì)算、閃蒸計(jì)算、設(shè)計(jì)變量的計(jì)算、MESH方程的建立與求解以及多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算，都進(jìn)行詳細(xì)的講解，同時(shí)讓學(xué)生根據(jù)自己的需求查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，建立課堂討論組，重點(diǎn)討論通過學(xué)習(xí)后，在文獻(xiàn)中仍然不理解的問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力，促進(jìn)專業(yè)技能的培養(yǎng)。另外，結(jié)合工廠的實(shí)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化工分離工程理論的感性認(rèn)識(shí)。本門課程學(xué)習(xí)前，學(xué)生已經(jīng)進(jìn)入工廠進(jìn)行了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程有了一定的了解。通過實(shí)習(xí)，學(xué)生也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)比較抽象的課堂知識(shí)的熱情。任課教師通過針對(duì)典型的分離工藝制訂詳細(xì)的實(shí)習(xí)方案，讓學(xué)生帶有目的的去學(xué)習(xí)，既能開闊視野，又能增長(zhǎng)知識(shí)。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中所遇到的一些典型問題，有針對(duì)性的了解學(xué)習(xí)，互相討論研究解決方案。如有學(xué)生在學(xué)習(xí)了分離原理后對(duì)工廠塔原料反應(yīng)有了濃厚興趣，并結(jié)合軟件進(jìn)行一些數(shù)據(jù)的模擬，找出自己所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用中所需知識(shí)的差距；對(duì)現(xiàn)有工藝提出一些改造建議，極大地鍛煉了學(xué)生處理實(shí)際問題的能力，也為后續(xù)的化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)環(huán)節(jié)、工作等打好了基礎(chǔ)。

三、教學(xué)與研究相結(jié)合

在教學(xué)過程中，教師結(jié)合自己的科研工作，把結(jié)合教材知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用內(nèi)容傳授給學(xué)生，對(duì)學(xué)生提高能力，甚至是考研都有一定的引導(dǎo)作用。對(duì)學(xué)生來說，最有吸引力的課程是教材中超臨界萃取、膜分離等新興分離技術(shù)，教師在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)（合成氣轉(zhuǎn)化費(fèi)托反應(yīng)合成長(zhǎng)鏈烷烴及烯烴），由于實(shí)驗(yàn)為氣體轉(zhuǎn)化為清潔燃料課題，氣體產(chǎn)汽油讓學(xué)生產(chǎn)生了好奇，便于引導(dǎo)學(xué)生課后查閱文獻(xiàn)，提高專業(yè)知識(shí)。在分離檢測(cè)方面給學(xué)生提供充足的支持，各種氣相、液相產(chǎn)品經(jīng)過分離后進(jìn)行色譜檢測(cè)，通過演示實(shí)驗(yàn)以及學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，以便對(duì)分離技術(shù)有更深的了解，并能擴(kuò)展視野，從理論可行、經(jīng)濟(jì)可行等角度考慮實(shí)際問題，達(dá)到提高專業(yè)水平的目的。

四、考核方式的完善

對(duì)化工分離工程課程的考核，一般采用考試成績(jī)與平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方法，但平時(shí)成績(jī)常常是由出勤、課堂作業(yè)成績(jī)以及課堂表現(xiàn)組成，忽視了學(xué)生在課外時(shí)間對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)。針對(duì)這一問題，將學(xué)生進(jìn)行分組，要求學(xué)生將課后從技術(shù)原理、特點(diǎn)、研究進(jìn)展、技術(shù)展望等方面查閱文獻(xiàn)，以小組為單位形成報(bào)告，并在平時(shí)成績(jī)中提高報(bào)告分?jǐn)?shù)的比例。

這種考核方式有利于學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行化工分離工程課程的學(xué)習(xí)，也鍛煉了查閱文獻(xiàn)、總結(jié)知識(shí)的能力，引導(dǎo)學(xué)生自主分析，了解科技發(fā)展現(xiàn)狀，為以后進(jìn)行科研工作或考研打下基礎(chǔ)，提高綜合素質(zhì)。

五、結(jié)語

對(duì)化工分離工程課程進(jìn)行教學(xué)改革，使本課程更好的適應(yīng)當(dāng)代本科生工程教育的特點(diǎn)和學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)。通過實(shí)施以上教學(xué)方式，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用能力，激發(fā)興趣，提高素質(zhì)以應(yīng)對(duì)實(shí)際工程問題。化工分離工程是一個(gè)不斷發(fā)展的應(yīng)用學(xué)科，在未來的教學(xué)工作中我們還將繼續(xù)加深對(duì)分離工程的研究，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并完善教學(xué)上能夠改進(jìn)的地方，培養(yǎng)滿足社會(huì)要求的化工人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)(籌)秘書處.工程教育認(rèn)證工作指南(2013版)[Z].

[2]陳洪鈁,劉家褀.化工分離過程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014.

[3]曾濤.《化工分離過程》教學(xué)中提高學(xué)生工程能力的探索研究[J].廣州化工,2014,13(42):216-217.

[4]曹平,李軍,全學(xué)軍.化工分離工程教學(xué)改革探索[J].廣東化工,2012,39(11):199.

Reform and Exploration of Undergraduate Teaching in Chemical Separation Engineering

LV Peng1,2,XING Chuang1,2,GAI Xi-kun1,2,YANG Rui-qin1,2

(1.School of Biological and Chemical Engineering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China;

2.Zhejiang Province Key Laboratory of Agricultural Products Chemical and Biological Processing Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China)

Abstract:With the development of the training objectives and requirements in domestic universities,chemical engineering and technology professional courses teaching reform has never ceased. "The chemical separation engineering" is a specialized course for the relevant professional students,which provides professional support for the students who will engage in the chemical production after graduation. We put forward a new reform plan according to the teaching experience,as well as program requirements,aiming at the problems existing in the traditional teaching.

Key words:chemical separation engineering;teaching reformation;teaching practices