淺談《化工原理》的教學方法

常 海，王雅瓊

(揚州大學 化學化工學院，江蘇 揚州 225002)

《化工原理》這門課程是化工、材料、制藥、食品及環境等專業的一門極其重要的專業基礎課程。其研究對象是生產中共有的單元操作，在教學中起到從基礎課過渡到工程實際的橋梁作用[1]，是自然科學領域的基礎課向工程科學的專業課過渡的入門課程，其主要任務是介紹動量傳遞，熱量傳遞和質量傳遞的基本原理及主要單元操作的典型設備構造、操作原理、過程計算、設備選型以及實驗研究方法等[2]。課程難度大，內容多，覆蓋面廣，教好及學好《化工原理》這門課程是教學中很值得探討的一個問題[3]。

筆者根據多年的《化工原理》教學經驗從以下兩大方面談談自己的體會。

1 在課堂教學方面注意以下幾點

1.1 教學內容的組織上應避免照本宣科式的教學方式

首先，在具體教學過程中除分章教學外還應當注意每一章內容之間的相互聯系。從根本上來說《化工原理》課程內容可歸納為三個傳遞過程，所以它們遵循的基本規律是相似的。并且對于每一個單元操作的解決均是取控制體列出守恒方程(如力平衡、質量守恒、動量守恒、能量守恒)以及建立過程的特征方程(如流體的本構方程、相平衡方程、傳熱及傳質速率方程等)，然后再聯立求解，只是對于每個單元操作而言可作不同的簡化。

其次，在單元操作的研究方法上也有相似之處。如對于過程的速率而言，無論是過濾速率還是傳熱速率及傳質速率，均可用速率=推動力/阻力的形式表示，只是推動力和阻力的表達方式不同而已。又如流體流動的摩擦系數與雷諾數之間的關系、攪拌功率數與攪拌雷諾數之間的關系、固定床流動摩擦系數與床層雷諾數之間的關系及曳力系數與顆粒雷諾數之間的關系均很相似，這主要是由于它們的本質均是阻力系數與雷諾數之間的關系。在討論這類問題時首先要指明其相似性，進而要分析其產生相似性的原因是什么，最后還要分析它們之間的不同點，從而使學生對這些所學內容有一個更廣泛更深刻的理解。

最后，可在教學大綱的范圍內對每一章教學內容進行一定的調整形成自己的風格，從而使學生更好地理解課程，但不能脫離教材太遠，要調整得當。如過濾章節中，考慮到過濾及洗滌的操作與設備密切相關，可以考慮先介紹過濾設備，然后再講解過濾的計算；熱傳導的內容可以進行歸類，先講解單層平壁和多層平壁，然后再講解多層圓筒壁和多層圓筒壁；干燥章節中為了保持概念的前后一致，在討論間歇干燥的內容時可以刪去自由含水量的定義，直接使用干基含水量來計算間歇干燥的時間[2]。

1.2 在教學過程中要注意培養學生的工程觀點

《化工原理》是一門工程學科，它的研究對象和處理問題的方法與基礎學科有很大的不同，很多時候不能采用基礎學科的研究方法，這一方法的轉變對于從低年級學習基礎課轉到高年級學習專業課的學生而言尤其重要。因此，對于《化工原理》的教學來說，不僅在于掌握新的工程知識和計算方法，而且要在學習中不斷總結、歸納、理解處理實際工程問題的方法，這樣才能成為一名合格的工程師。

1.3 對于公式的推導和例題及習題的講解應注意

應把重點放在思路的分析上，而不是放在繁瑣的公式和計算上。一些主要是數學處理的公式其推導可以只做簡單介紹，而涉及到某些工程思維方法的公式則應該重點討論其思路并做詳細推導。除了討論一些對應于固定知識點的例題及習題外，還應該提供一些綜合性的例題及習題。對于這些綜合性例題及習題的討論而言，非計算題應該主要從分析解題思路上來討論；計算題也應該適當從具體的繁瑣的計算過程中脫離出來，從分析解題思路上來討論，從宏觀上把握問題的本質。

1.4 要注意充分應用各種比較直觀的教學手段

如圖片、圖表、動畫、錄像等，特別是對于某些較難用文字描述清晰的內容(如各種泵、過濾機、換熱器、塔、干燥器的結構及工作原理，板框壓濾機過濾及洗滌的流程，旋風分離器內部的流體流動，列管換熱器內部流體的流動，各種相圖，塔內不正常的流動現象，熱水塔和涼水塔內溫度及水汽分壓的變化情況等等)，使用這些手段可以極大地幫助學生理解這類過程。《化工原理》教學過程中常存在重過程原理輕設備的問題，這除了學時限制以外，還跟設備的多種多樣及缺乏對實際設備的詳細認識有關，同時對其設備結構也很難進行描述。所以，利用圖片、動畫、教學錄像等手段可以很形象直觀地顯示設備的內部結構及工作原理等內容，從而幫助學生學好設備部分的知識，并進一步幫助理解過程原理部分的內容。

2 重視實驗、認識實習等實踐性環節對理論課程的作用

2.1 實驗教學方面

實驗教學是化工原理課程教學過程中非常重要的一個環節，化工原理實驗的目的除了可以驗證理論、鞏固所學知識、提高學習興趣及增強學生的工程觀念外，還可以鍛煉學生解決實際工程問題的能力外[4]。對于教師來說除正常指導實驗外，還可以提出各種各樣的問題(包括一些涉及到幾個不同單元操作的綜合性問題)，讓學生帶著問題做實驗，從而提高實驗教學的效果。如在流體流動及輸送實驗中，可以結合實際討論離心泵安裝高度的問題；過濾實驗中如發生噴料應該如何處理；精餾實驗中離心泵和蠕動泵在使用時分別應該注意什么，部分回流時如精餾塔頂濃度達不到要求應該如何正確處理，實驗中間如果出現漏液、液泛等不正常現象時應該如何處理；干燥實驗中廢氣循環量對實驗結果有什么影響，等。從而使學生在實驗過程中不僅僅只是機械地動閥門及記錄數據，而應該能夠結合理論課及實驗過程自主地思考。從而增強對《化工原理》基本知識、概念及規律的理解[4]，進而反過來促進理論課的學習。

2.2 認識實習方面

化工類專業的認識實習是學生學習了部分《化工原理》(上)課程和部分專業課程之后進行的一次實踐教學。認識實習的主要目的之一是可以加深對已學專業基礎知識的理解和掌握，并增加對設備的感性認識，是理論聯系實際的一個重要教學環節[5]。認識實習一般是到實際的生產現場去進行的，所以實習時可以在現場討論很多與化工單元操作相關的內容。如各種管路；各種泵(如離心泵和非離心泵、單級泵和多級泵、單吸泵和雙吸泵)的結構；各種非均相物系的分離(如過濾機、沉降槽等)的原理、作用及結構；各種管道及設備要加保溫層的問題；各種不同類型的換熱器的原理及結構，換熱器是采用什么措施來強化換熱的；各種塔的結構；涼水塔的結構及工作原理；燃燒爐的結構及工作原理，等等。從而使學生能夠通過直觀的現場討論，理論聯系實際來強化對《化工原理》理論課程的學習。

3 結論

總之，我們在教學中應該利用從課堂到實踐環節中能夠應用的所有手段來加強《化工原理》這門化工類專業主干課程的教學效果，為培養優秀的化工類專業學生服務。