应用型本科化工原理课程体系教学探索与研究

文章编号：1007-9831（2018）03-0103-04

应用型本科化工原理课程体系教学探索与研究

刘宝亮，曹桂萍，董爽

（常州工学院 数理与化工学院，江苏 常州 213032）

摘要：化工原理课程体系包含化工原理、化工原理实验及化工原理课程设计列课程是化学工程与工艺专业的主要基础课程．这一系列课程教学效果的优劣，对培养化学工程与工艺专业学生的工程实践能力和创新能力起着至关重要作用．对化工原理理论教学、课程设计3个部分进行改革，研究如何培养应用型本科人才，增强就业的竞争力．化工原理课程体系的教学改革对学生的业务素质和实践能力培养均有较大的提升． 关键词：化工原理；理论教学；实验教学；课程设计

中图分类号：O6-0∶G642.0 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1007-9831.2018.03.023

Teaching exploration and research of principles of chemical engineering

in application-oriented colleges

LIU Bao-liang，CAO Gui-ping，DONG Shuang

（School of Mathematical Physics and Chemical Engineering，Changzhou Institute of Technology，Changzhou 213032，China）

Abstract：The series courses based on principles of chemical engineering engineering，chemical engineering experiment and course design of principles，which are the primarily technical courses for chemical engineering and technology specialty．For the students of chemical，the teaching level of these courses play a vital role in the training of engineering practice ability and innovation ability．undergraduate talents and enhance the competitiveness of the job through reforming teaching，curriculum design of principles of chemical engineering．Studentsabilities were improved greatly under reform of the series courses of principles of chemical engineering． Key words：principles of chemical engineering；theory teaching；practice teaching；curriculum design

1913年，麻省理工大学的3位教授合著了“Principles of Chemical Engineering”，翻译为化工原理，是第一本化工原理教材．经过近百年的发展，已经形成了一套完整的理论体系，主要包括化工原理、化工原理实验、化工原理课程设计3大部分，各个高等学校根据自己的专业特色对化工原理课程体系进行教学改革，从而适合各自专业特色的人才培养．常州工学院定位为应用型本科高校，致力培养服务地方经济社会发展需要的应用型本科人才．应用型本科人才不仅需要学生具有较牢固的基础知识，同时要求学生还必须具备创新能力及职业素养等综合能力．在数理与化工学院化学工程与工艺专业中，化工原理系列课程的教学在培养学生的工程实践能力方面起着非常重要的作用．因此，化工原理系列课程的所有教学环节必须强化工程意识和应用意识，全面提升学生的实践能力和职业素质． 收稿日期：2017-11-30

基金项目：常州工学院重点课程建设项目（A3-4402-16-033）；常州工学院网络课程建设项目（A3-4406-16-031）

作者简介：刘宝亮（1977-），男，河北唐山人，副教授，博士，从事生物质热化学转化利用和植物有效成分提取研究．3个主要课程，该系实验教学、the principles of chemical How to cultivate applied theory teaching，experiment ′ professional quality and practice E-mail：lbliang1977@163.com

includes 104 高 师 理 科 学 刊 第38卷

1 理论教学

化工原理是自然科学领域的基础课向工程学科的专业课过渡的入门课程，在化工原理理论教学过程中强化工程意识和绿色化工思想，将化工原理理论知识和生活案例或目前工厂开发典型案例联系起来，利用所学的理论知识分析和解决工厂的实际问题．化工原理是综合运用数学、物理和化学等基础知识，分析和解决化工类型生产中各种物理过程（或单元操作）问题的工程学科，担负着由理论到工程、由基础到专业

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的桥梁作用．因此，在理论教学中要树立工程观念，强调工程实际问题解决思路，培养学生工程分析和解决问题的能力，同时满足当前社会的发展，绿色化工行业实现节能减排和发展循环经济的必然选择． 1.1 案例教学法

由于化工原理的特点，在理论课程教学过程中采用案例教学法．该教学法就是教师根据教学目的和教学内容的要求，精心选用能反映教学内容的典型性案例，组织学生运用已有的知识经验对其进行分析、思考、讨论、交流以及师生互动式的教学方法．这种教学过程能促进学生知识迁移，教给学生分析和解决某

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一具体问题的方法和道理．教师可以选择实际生产的典型案例或周边的生活案例作为教学素材，将学生引入到一个真实的生产环境中，通过实际问题分析与专业理论知识的接轨激发学生分析和解决实际问题的兴趣，在教师精心组织引导下，通过学生主动思考、自主协作、相互交流、探索创新和师生互动，强化学生对理论知识的理解和掌握，极大地提高了学习效能，增强了学生的工程意识和创新能力．如在讲解沉降和过滤章节时，引入我国近几年常见的雾霾天气．学生都知道雾霾天气是一种大气污染状态，雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，尤其是PM2.5（空气动力学当量直径≤2.5 µm的颗粒物）被认为

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是造成雾霾天气的“元凶”．另外雾霾对人体的伤害非常大，可诱发呼吸道疾病，引发心脑血管疾病及患癌症的风险增高等．启发学生运用所学知识分析雾霾为什么在空气中会停留很长时间，激发学生的兴趣和探究精神，再引导他们如何操作．通过沉降公式计算微小颗粒的流动速度很小，在空气中会停留很长时间，通过讲解学生明白了雾霾天气为什么在短时间内不会消除．讲流体力学章节中的伯努利方程时，教师可引用生活案例，如在站台等侯火车时，车站服务人员会提醒乘客不要跨过黄线，引导学生通过分析、讨论及思考为什么不能跨过黄线．由不可压缩的理想流体沿流管作定常流动时的伯努利方程可知，流动速度增加，流体的静压能减小；反之，流动速度减小，流体的静压能增加．但是流体的静压能和动压能之和称为总压，总压始终保持不变．当火车高速通过车站时，列车带来的风（就是一种流体）的速度很高，也就是动能非常大，经过人体时，车体与人体之间风速很高，相应的压强就会降低，人体的正面与背面之间的压差增大，人就会不由自主地靠近列车，造成危险，因此黄线是划定安全距离．这样可促使学生对伯努利方程产生兴趣，掌握了基本原理和概念． 1.2 多媒体教学法

在化工原理教学过程中，一些化工单元操作内容学生难以理解和想象，实验设备的内部结构又不便于观察．这时仅靠书本中的图片和文字描述不能使学生更好地掌握单元操作的相关规律和理论，因此需要用现代的教育手段把抽象的问题简单化．多媒体具有图、文、声并茂的特点，利用现代多媒体辅助教学手段，把化工单元操作中学生难以理解的原理和文字，以及难以描述的设备内部结构以Flash动画或视频的形式生动、活泼地展现给学生，弥补传统教学的不足，同时提高了学生学习的兴趣．利用多媒体教学节省时间，

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从而增加了师生间的互动．如讲解板框压滤机的结构（滤框、洗涤板、非洗涤板），过滤时滤液在板框过滤机中的流动特点，滤饼的形成过程和洗涤时洗水的流动特点时，只依靠书中文字和图形描述不够生动，难于理解，利用相关视频，Flash动画或仿真软件，可以使学生在屏幕上清楚地看到过滤和洗涤过程，使学生理解变得更容易，鼓励学生对现有的Flash动画进行修改，或重新制作，轻松掌握知识点．为了便于学生学习，建设化工原理网络课程，教学内容和相关视频上传到Blackboard网络平台．学生可以根据自己的学习基础和学习方式，利用计算机在交互式学习环境中预习、学习和复习课堂知识，对课堂不理解的内容可以反复学习，同时可以在此制定个人学习计划，以便更好地完成课程学习．为及时了解学生学习的情况，可以利用网络技术增加师生互动，如微信、微博、QQ和邮箱等，对所学内容展开讨论和答疑．通过这种学习方式，充分调动起学生学习的主动性和创造性．

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2 化工原理实验教学

化工原理实验是在学生完成理论知识学习后，通过工程实践和实验验证所学理论知识，并运用理论知识分析实验的过程，进一步理解和巩固所学理论知识．化工原理实验所用的设备大部分为接近工业的设备，其规模具有工程或接近中间实验性质，所得的实验结论对学生在今后的工作中具有重要的指导意义（尤其在设备设计和选择方面）．化工原理实验使学生开始接触到工程实际问题，但是从基础理论转变到工程实际往往是比较困难的，要求教师应注意教学方法的选择，促使学生看、想、做，以培养其分析问题与解决工程实际问题的能力．为了满足社会不断发展的需求，化工原理实验教学内容和设备需要不断更新，保持先进性、多样化和综合化．

第一，利用化工原理实验仿真软件强化实验预习．计算机仿真实验教学是目前非常重要的一种教学辅助手段，应用可视化设计理念，以图形代表不同的真实设备，通过点击鼠标即可进行仿真操作，完成全部

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实验模拟操作过程．第二，培养学生独立操作和团队协作能力．化工原理实验的设备体积庞大，操作复杂，价格昂贵，很难做到一人一套设备，一般把学生分成3~4人一组，既要求独立操作能力，又要求合作精神．实验过程中，每名学生根据自己的预习结果，设计实验方案并协调小组成员按照方案完成实验操作，达到实验目的．在学生的实验过程中，教师和辅助人员巡视整个实验室，当发现学生的实验操作出现问题时，要注意引导学生仔细观察实验设备和流程，回忆实验原理，找到解决问题的方法，这样加深学生对实验原理、实验操作顺序的理解，以培养学生的动手能力和思考能力，并提高学生对实验的兴趣．第三，加强计算机软件在数据处理中的应用．化工原理实验的内容具有显著的工程特点，有的实验中需要测量的实验数据多，数据处理的工作强度大，同时需要通过手册查阅大量的物性参数，利用不同公式进行分析计算，因而计算繁杂，学生在处理数据时容易产生错误，精确度差，工作效率低．计算机辅助教学是当前教育改革的一个重要方向和发展趋势，Origin软件是美国Origin Lab公司开发的基于Windows平台下的专业数据

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分析和工程绘图软件，具有强大的绘图分析功能．运用Origin软件在计算机中处理实验数据，提高了实验数据的处理速度，增加了实验数据的准确性，培养了学生利用计算机综合处理数据的能力，同时也可以调动学生的积极性．最后，化工原理实验室准备建设成开放性实验室，逐步开放典型的单元操作平台，学生可以自行选题和组队，按照实际生产情况设计实验方案，对各种操作条件进行研究，根据优化方案进行经济核算，确定最经济的设计方案，在培养学生综合能力和协作能力方面起到重要作用．

3 化工原理课程设计教学

化工原理课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的重要教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际复杂性、学习化工设计基本知识、增强工程观念以及提高独立工作能力的有效

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途径．因此，在化工原理课程设计的教学过程中，从选题、设计过程和考核3个方面进行了改革． 3.1 选题

课程设计旨在培养和提高学生的独立工作能力及灵活运用所学知识分析问题和解决问题的能力．因此，在选题方面应尽量采用化工厂实际应用项目，进行工艺计算和核心设备计算，并绘制工艺流程图和核心设备图．为了调动学生的积极性和主动性，在任务书中给学生更多的自主性．把学生分成3~5人一组进行合作，每个小组一个设计题目，为保证每名学生在课程设计中都得到锻炼，在课程设计中的条件要加以区分．以精馏塔课程设计为例，精馏体系包括乙醇-水、甲醇-水、苯-甲苯及苯-氯苯等，每个小组选择一个精馏体系，设计中要求每个小组的不同组员选择不同回流比R、堰长、塔板类型、流程、换热器等，这样每名学生必须自主动手设计和计算，不能抄袭，从而培养了他们的创新能力和工程设计能力．同时，每个小组内学生之间因为题目相同可以就相关的难点进行讨论，充分发挥团队协作的作用，培养学生合作共事的良好团队精神，提高课程设计的效率． 3.2 设计过程检查指导

化工原理课程设计量较大，并且一般集中在学期末．在设计过程中，为了确保课程设计任务顺利完成，密切关注学生，每天集中安排设计进度，并在第二天检查学生的完成情况，及时发现问题，总结共性问题，并及时讲解，提高学生的计算效率，防止重复验证计算．通过板式精馏塔和筛板的设计，学生自己确定相

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关参数、选择设备及查取资料，从而培养了学生资料搜集和文献检索能力．为了加深学生对设计过程的理解，计算过程可以利用计算机编程进行，减少公式的重复书写和使用，可以提高学生课程设计的效率．所有计算完成之后，规定设计说明书的书写格式，保证说明书的准确和整洁．设计说明书采用手工书写，可以最大程度地避免抄袭和复制的情况．通过精馏工艺和设备计算，并对确定的参数进行流体力学验算，经过反复的分析比较，选定理想的方案和合理的设计．计算过程中既有共同点又有不同点，因此既培养了学生独立计算的能力，同时同组学生相互讨论，又培养了学生的合作精神与团队协作意识． 3.3 课程设计考核

课程设计的内容主要是设计说明书和图纸，考核成绩分4部分，包括考勤和平时表现、说明书、图纸以及答辩成绩．在答辩时，制作PPt，学生要对所做的设计题目进行详细阐述，对所选的方案进行合理地解释和分析．教师针对设计中的问题提问，根据学生的阐述及回答问题的表现给出答辩成绩，按照各自的百分比综合评定最终成绩．

4 构建网络课程体系

由于现代通讯网络技术的快速发展，学生可以通过网络了解化工学科发展的前沿，同时很多高校利用网络技术构建网络课程平台，教师和学生可以时时沟通，频繁互动，及时解决学习过程中出现的问题．同时，学生可以反复学习课堂没有掌握的内容，教师及时了解学生的学习状态，在课堂教学更有针对性．现已建立的化工原理课程的专门网站（Blackboard平台）内设立课程介绍、教师介绍、教学录像、课程习题、教学大纲、教案、教学计划、教学课件、参考资料、章节习题、考试样题及科研成果等内容，还有教师教学论坛和交流学习群（QQ、微信）等，能很好地做到师生互动，及时解答学生提出的相关学习问题，增加沟通与交流．

5 结语

几年来，根据常州工学院应用型本科高校的实际特点，化学工程与工艺专业的教师对化工原理教学体系进行了不断实践、探索和研究，取得了一定的进步．在理论课的学习方面，利用网络平台的搭建，使学生可以反复学习课堂讲授内容，并利用网络平台及时沟通，解决学习过程中出现的问题．案例教学法把日常生活中的问题用化工原理来解释，更加通俗易懂．几年的考试结果表明，学生对知识点的掌握和理解有了显著提高．同时，学生的化工原理实验和化工原理课程设计知识也明显加强．实验和课程设计的改革增强了学生的动手能力和理论联系实际的能力，得到了用人单位的一致好评．教学不应是单一的、一成不变的，而应该是多样化的．教师应当根据不同的学生层次和专业特点，对课程体系进行相应的调整，培养出具有创新能力和个性化的人才． 参考文献：

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