化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)方法探討

尹先清 李 賡

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)方法探討

尹先清 李 賡

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

反應(yīng)工程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的主干課程。針對反應(yīng)工程的學(xué)科特點(diǎn),圍繞培養(yǎng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求,長江大學(xué)從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法、提高工程分析能力、理論聯(lián)系實(shí)際、提高講授質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力等方面做了有益的教改探索。

化學(xué)反應(yīng)工程;教學(xué)改革;課程建設(shè)

反應(yīng)工程是化工專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課,也是“三傳一反”的核心課程,該課程涉及物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、傳遞過程及原理等知識領(lǐng)域,內(nèi)容涉及到生產(chǎn)實(shí)際較多,難點(diǎn)較多[1～3]。該課程既包含化學(xué)過程,又包含物理過程,學(xué)生普遍有畏難情緒,認(rèn)為反應(yīng)工程課程是大學(xué)中最難學(xué)習(xí)的課程之一。按照長江大學(xué)的教學(xué)計(jì)劃,課時(shí)設(shè)置為40學(xué)時(shí)。要讓學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的內(nèi)容,并運(yùn)用于實(shí)踐中,必須在教學(xué)手段和方法上進(jìn)行改革,把反應(yīng)工程的基本要點(diǎn)和有關(guān)基礎(chǔ)知識與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合起來,運(yùn)用工程分析的方法來學(xué)習(xí)反應(yīng)工程的重要概念,使學(xué)生形成完整的反應(yīng)工程觀點(diǎn),掌握反應(yīng)工程分析的內(nèi)容和方法手段,提升分析和解決實(shí)際工程問題的能力。

一、精選教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)化教學(xué)效果

在教學(xué)中,教師只有了解和掌握反應(yīng)工程課程的知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn),即課程各部分知識的層次與相互關(guān)系,才能抓住教學(xué)重點(diǎn),精選教學(xué)內(nèi)容,有針對性地對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行革新。在實(shí)際的教學(xué)中,教師應(yīng)圍繞反應(yīng)工程學(xué)科的兩個(gè)基本問題,即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題和反應(yīng)器分析與設(shè)計(jì)問題,把反應(yīng)工程的基本觀點(diǎn)與基礎(chǔ)知識緊密聯(lián)系起來,從工程分析的角度討論反應(yīng)工程中的重要概念。因此,教師備課時(shí)要認(rèn)真鉆研教材,了解本學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài),結(jié)合教材內(nèi)容精心取舍,對講課內(nèi)容合理安排,做到重點(diǎn)突出,內(nèi)容詳實(shí)。重點(diǎn)講授基本原理、前后內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展關(guān)系,突出工程意識,增強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。同時(shí)努力拓寬教學(xué)信息,結(jié)合本學(xué)科的發(fā)展史、發(fā)展成果、發(fā)展方向,把學(xué)科研究的最新工業(yè)化成果介紹給學(xué)生,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和工程意識。

反應(yīng)工程的教學(xué),應(yīng)緊緊圍繞反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器分析與設(shè)計(jì)兩方面展開,這是教學(xué)的主干內(nèi)容在教學(xué)安排上,我們從應(yīng)用的角度和反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析的需要出發(fā),闡明反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基本原理。在反應(yīng)器分析與設(shè)計(jì)中,反應(yīng)器類型眾多,差異大,要從工程科學(xué)的角度抓住影響反應(yīng)的本質(zhì)要素,即反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物料的混合度是決定反應(yīng)進(jìn)程的重要因素。物料在反應(yīng)器中流動(dòng),必然存在返混,物料在反應(yīng)器中停留時(shí)間分布的問題。在教學(xué)中從理想流動(dòng)模型CSTR和PRF理想反應(yīng)器入手,進(jìn)行透徹分析,由此出發(fā)來進(jìn)行實(shí)際工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析,構(gòu)成了整個(gè)反應(yīng)工程課程教學(xué)的主線,教學(xué)上要為此安排較多的學(xué)時(shí)。結(jié)合精細(xì)化工和生物化工的發(fā)展,教學(xué)中還應(yīng)對間歇和半間歇反應(yīng)器的濃度-時(shí)間、濃度-軸向距離的變化圖進(jìn)行分析與討論。對于多相反應(yīng)系統(tǒng),重點(diǎn)論述氣—固催化反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)及固定床催化反應(yīng)器。

二、多媒體、電子課件等現(xiàn)代化教學(xué)手段的應(yīng)用

多媒體教學(xué)設(shè)備的普及,革新了傳統(tǒng)的教學(xué)手段和方法。主講教師結(jié)合教材自制一整套電子備課講稿,制成多媒體CAI教學(xué)課件,用圖像、動(dòng)畫、聲音的有效組合,取代傳統(tǒng)的單一的黑板板書模式,提高了教學(xué)效率和效果,便于擴(kuò)充完善講課內(nèi)容,靈活調(diào)整講課素材。幾年來該課程全部在多媒體教室上課,利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段,強(qiáng)化教學(xué)素材中的直觀效果,尤其是各種反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式和操作方式,反應(yīng)過程的模擬等在多媒體動(dòng)畫中直觀地呈現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前,能促進(jìn)其理解。

三、注重理論聯(lián)系實(shí)際,進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量

長江大學(xué)是一所服務(wù)于石油、石化的地方綜合性大學(xué),學(xué)生就業(yè)面廣,要求學(xué)生能夠?qū)W以致用?；A(chǔ)知識的掌握對于解決實(shí)際工程問題非常重要。在教學(xué)中我們結(jié)合實(shí)習(xí)教學(xué),將現(xiàn)場典型的工業(yè)反應(yīng)器從結(jié)構(gòu)、原理上進(jìn)行工程分析,加深對其的理解。如硫磺制酸中的SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)器是一種典型的多段絕熱固定床反應(yīng)器,實(shí)習(xí)現(xiàn)場采用孟莫克公司的HRS技術(shù),熱能利用率比傳統(tǒng)工藝高25%,極大地節(jié)約了能源,從理論上分析其工作原理、控制方法:生產(chǎn)中是通過何種手段實(shí)現(xiàn)的,怎樣操作才能提高SO3轉(zhuǎn)化率,及時(shí)將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量與系統(tǒng)物料完成熱交換,反應(yīng)一次,換熱一次,反應(yīng)與換熱交替進(jìn)行。我們在講課中列舉大量實(shí)例,如甲醇氧化制甲醛的固定床氧化反應(yīng)器、石油化工中的流化床催化裂化裝置反一再系統(tǒng)、精細(xì)化工生產(chǎn)中的尾氣的吸收利用等。這些實(shí)例以理論為指導(dǎo),通過分析反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式、工作原理來理解理論知識,同時(shí)豐富了理論,通俗易懂,學(xué)生學(xué)習(xí)有激情,受益很大。

四、重視實(shí)驗(yàn)教學(xué),強(qiáng)化教學(xué)過程

化工開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是進(jìn)一步強(qiáng)化理論知識的有效途徑。我們在化工開發(fā)實(shí)驗(yàn)中,采取開放式教學(xué)模式,對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)對象開放,為反應(yīng)工程的教學(xué)提供了擴(kuò)展教學(xué)方法和教學(xué)手段的空間。化工開發(fā)實(shí)驗(yàn)室有多功能仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、多釜串聯(lián)停留時(shí)間實(shí)驗(yàn)裝置、管式反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置等多種,涵蓋了典型的反應(yīng)工程的內(nèi)容。尤其是多功能仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),其工藝流程、操作模式、物料投料完全與生產(chǎn)實(shí)際一樣,使學(xué)生對操作的過程和設(shè)備有直觀的了解和認(rèn)識。在課程教學(xué)中,對實(shí)驗(yàn)原理講透,讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室來,對化學(xué)反應(yīng)器的主要類型和典型的設(shè)備有一個(gè)概括性的了解。學(xué)生可以與教師預(yù)約時(shí)間,開展獨(dú)立演示實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)加深了學(xué)生對所學(xué)理論和過程的認(rèn)識理解,鞏固了所學(xué)知識。

教學(xué)改革后,該課程教學(xué)科時(shí)數(shù)少。在實(shí)施素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的社會(huì)大背景下,應(yīng)力求讓學(xué)生系統(tǒng)掌握反應(yīng)工程課程的內(nèi)容,把反應(yīng)工程基本觀點(diǎn)與工程知識緊密聯(lián)系起來,從工程應(yīng)用分析的角度來討論反應(yīng)工程的重要工程概念。對反應(yīng)工程這樣一門最能體現(xiàn)化工專業(yè)特點(diǎn)的學(xué)科,讓學(xué)生掌握并運(yùn)用它是很不容易的,必須從教學(xué)方法和手段多方面進(jìn)行改革。這是一個(gè)需要不斷創(chuàng)新的系統(tǒng)工程。

[1]鄒漢波,陳勝洲,林維明,等.化學(xué)反應(yīng)工程課程建設(shè)的探討[J].廣東化工,2008(2).

[2]周濤,譚軍,葉紅齊,等.化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革[J].化工高等教育,2006(3).

[3]趙玲,許志美,曹發(fā)海,等.科研提高教學(xué)品質(zhì)——科研成果在化學(xué)反應(yīng)工程課程建設(shè)中的“四進(jìn)”[J].化工高等教育,2008(3).

責(zé)任編輯 強(qiáng) 琛 E-mail:qiangchen42@163.com

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G642.3

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1673-1395(2010)05-0032-02

2010-07-01

湖北省本科品牌專業(yè)建設(shè)研究項(xiàng)目(鄂教高[2006]24號)

尹先清(1962—),男,湖北仙桃人,教授,碩士,主要從事化學(xué)工藝及應(yīng)用研究。