化工原理課程中多種教學方法的運用

秦正龍

摘 要：化工原理是化工及其相關專業的一門重要專業基礎課程。在化工原理教學過程中，適時靈活地巧用數學定律、圖解法、類比法等多種教學方法和手段，提高學生的學習興趣，加深學生對過程本質的理解，突破知識的重點和難點，激發學生創新性思維，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：化工原理；教學方法；數學定律；圖解法；類比法

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）08-0095-02

Abstract： Chemical engineering principle is an important basic specialty course of chemical engineering and related specialties. In the teaching process， a variety of teaching methods and means， including mathematical laws， graphic method， analogy method， are used duly and flexibly to improve students' learning interest， deepen their understanding of the nature of the process， break through the key and difficult points， and stimulate their creative thinking， which have achieved good results.

Keywords： chemical engineering principle； teaching method； mathematical law； graphic method； analogy method

化工原理是一門重要的工程技術基礎課程，是我院制藥工程專業必修的一門主干課，主要講述化工生產過程中單元操作的原理、特點和典型設備的結構、操作性能及設計計算等[1]，具有公式多、系統性差、知識面廣、應用性強、內容抽象等特點，給學生的學習帶來很大困難[2]。對此許多教師在化工原理教學過程中進行了積極的探索[3，4]，取得了良好的效果。作者在這方面也作了一點嘗試，下面就化工原理教學中的一些具體做法談談自己的體會。

一、活用數學定律 揭示過程本質

在化工原理教學過程中，將傳授的專業知識靈活地應用數學定律進行解剖、分析，可以清楚地揭示化工過程的本質。吸收是分離氣體混合物的重要手段，是化工原理教學的一個重點。在傳質速率計算時，如果濃度的基準不一樣，傳質速率方程也就不一樣。因為界面濃度一般不易得到[5]，所以在設計應用時一般使用以平衡濃度為基準的傳質速率總方程。

式（5）即為以（x*-x）作為推動力的液相傳質速率總方程。在上面的推導過程中，通過使用數學上的合比定律，學生就很容易理解總傳質阻力1/Kx是液相傳質分阻力1/kx與氣相傳質分阻力1/mky之和，總傳質推動力（x*-x）是液相傳質分推動力（xi-x）與氣相傳質分推動力（y/m-yi/m）之和。由此還可以得到如下結論：（1）在定態操作的串聯過程中，總推動力一定等于各分推動力之和，總阻力也一定等于各分阻力之和。（2）過程的推動力越大，其對應的阻力也越大；反之亦然。

二、活用圖解法 突破重點難點

圖解法是一種用圖像來顯現、分析和解決問題的方法，它能使復雜問題簡單化，抽象問題具體化，有利于突破教學的重點和難點。在教學過程中我們發現，學生對教材[1]第253頁“對于已建成的精餾裝置，其理論板數已經確定，因此，調節回流比就成為保證產品純度的主要手段。在操作過程中，若增加回流比，產品的純度將提高，反之，則會下降。”這段話很難理解。那么為什么會出現這樣的結果呢？

根據全塔物料衡算：

由于xF、q、D/F一定，因此增大回流比，精餾段操作線的斜率必然增大，并由（6）式可知可能會出現三種情況。第一種情況是xD、xW都保持不變；第二種情況是xD變小、xW增大；第三種情況是xD增大、xW變小。究竟哪一種情況是正確的呢？如果采用圖解法，問題便迎刃而解了。首先根據題意作出三種不同情況下精餾過程的操作線，然而畫理論塔板，在第一、第二種情況下，全塔的理論塔板數均減少，說明這兩種情況是不可能成立的；對于第三種情況，全塔的理論塔板數則保持不變，符合條件。即回流比增大，塔頂產品濃度xD提高，塔底產品濃度xW下降。

三、活用類比法 激發創新性思維

類比教學法是以建構主義理論為基礎，對事物之間的異同進行對照分析的一種思維過程。傳熱是重要的化工單元操作，解決問題的方法是熱量衡算方程和傳熱特征方程。以熱流體冷卻為例，即T1、T2、Wh、Cph一定，計算換熱器的換熱面積S。在設計過程中，流向、Wc及t2、t1等參數可以任意選擇。為了提高傳熱過程的推動力，一般采用逆流換熱，特殊情況下也可采用并流換熱。在T1、T2、t1一定時，如果Wc減小，則t2升高；當（WcCpc/WhCph）min時，冷流體出口溫度最大，但所需要的傳熱面積S無窮大，故應選擇適當的Wc，且一定要大于Wcmin。對于冷流體進口溫度t1，假設冷流體是水，冬天水溫取10℃，夏天水溫取25℃，顯然Δtm冬>Δtm夏，則S冬四、結束語

化工原理是銜接理論基礎課與工程類專業課的重要橋梁，其教學效果對專業知識的學習起著舉足輕重的作用。因此，在教學過程中，必須適時地、靈活地、綜合地應用多種教學方法和手段。活用數學定律，加深學生對過程的理解，掌握過程的本質；活用圖解法，化難為易，突破重點難點；巧設類比，提高學生的學習興趣，激發創新性思維。經過多年的教學實踐，收到了較好的教學效果，得到了學生的肯定，值得大家進一步去探索研究。

參考文獻

[1]王志祥，黃德春.制藥化工原理（第三版）[M].北京：化學工業出版社，2014：2.

[2]史德青，王萬里.淺談開放式習題在化工原理教學中的作用[J].化工高等教育，2015（5）：92-94.

[3]王瑞芳，謝遠紅，熊何健，等.淺談化工原理教學體會[J].中國校外教育，2010（8）：170，189.

[4]楊宗政.化工原理教學方法探討[J].中國輕工教育，2008（4）：59-61.

[5]陳敏恒，叢德 ，方圖南，等.化工原理（下冊，第三版）[M].北京：化學工業出版社，2013：17.