《化學(xué)反應(yīng)工程》系統(tǒng)化教學(xué)的探索*

李秀敏，劉 速，秦少偉，于海峰，穆金城

(塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,塔里木大學(xué)南疆化工重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300)

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《化學(xué)反應(yīng)工程》系統(tǒng)化教學(xué)的探索*

李秀敏，劉 速，秦少偉，于海峰，穆金城

(塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,塔里木大學(xué)南疆化工重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300)

化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)內(nèi)容知識點雜，而且多，學(xué)生不易掌握，如何使學(xué)生能夠簡單的輕松的掌握化學(xué)反應(yīng)工程的知識點，是主講教師值得思考的。本文指出將《化學(xué)反應(yīng)工程》進行系統(tǒng)化教學(xué)，將全書的知識點圍繞“三傳一反”這一主線，貫穿起來，形成“知識系統(tǒng)化、教學(xué)系統(tǒng)化、學(xué)習(xí)系統(tǒng)化”三個核心，能夠有效的幫助學(xué)生掌握、運用知識，提升教學(xué)效果，對相關(guān)課程有教學(xué)指導(dǎo)作用。

化學(xué)反應(yīng)工程；系統(tǒng)化；教學(xué)

化學(xué)反應(yīng)工程孕育于1915年，在1957年荷蘭阿姆斯特丹第一屆化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)會上正式確定，提出了“三傳一反”[1]，20世紀末經(jīng)過與多學(xué)科多尺度的交叉融合后，在21世紀發(fā)展達到了新高度，提出了 “三傳三轉(zhuǎn)” 新模式[2]。該課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)四門主干課程之一。主要涉及高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、化工傳遞過程、控制工程等多個領(lǐng)域，是一門交叉性很強的學(xué)科?；瘜W(xué)反應(yīng)工程同時也是一門研究工業(yè)反應(yīng)器開發(fā)、設(shè)計、優(yōu)化和放大的工程性和實踐性很強的學(xué)科。國內(nèi)外很多大學(xué)均開設(shè)該課程，學(xué)生通過學(xué)習(xí)這門課程掌握基本的“三傳一反”知識，培養(yǎng)學(xué)生工業(yè)反應(yīng)器的初步設(shè)計能力。

1 化學(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)現(xiàn)狀

化學(xué)反應(yīng)工程的研究內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)理論知識、反應(yīng)器設(shè)計等內(nèi)容，主要培養(yǎng)學(xué)生的掌握反應(yīng)動力學(xué)及其在反應(yīng)器設(shè)計中的應(yīng)用的能力。在整個教學(xué)過程中，由于教學(xué)內(nèi)容包含的學(xué)科較多，理論內(nèi)容抽象，數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)復(fù)雜，涉及的工程問題多，被同學(xué)們評為化學(xué)工程與工藝專業(yè)中最難學(xué)的課程之一。上課時學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性不高，產(chǎn)生了畏難情緒[3]，常常被動聽課，上課知識理解不上去，學(xué)習(xí)效果不好。為了讓學(xué)生更好的掌握化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)知識，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)、學(xué)好這一門課，提高教學(xué)效果，采用系統(tǒng)化教學(xué)，變得尤為重要。

2 系統(tǒng)化教學(xué)

處在一定環(huán)境之中相互作用和相互依賴的若干部分(要素)組成的具有一定結(jié)構(gòu)和確定功能的有機整體，我們稱為系統(tǒng)。系統(tǒng)的功能是接受信息、能量、物質(zhì)進行處理加工，產(chǎn)生信息、物質(zhì)、能量，即系統(tǒng)的輸入和輸出。系統(tǒng)是分層次的。每一層次都可以作為一個系統(tǒng)來研究，它又是上一系統(tǒng)的子系統(tǒng)，系統(tǒng)可分為子系統(tǒng)，次子系統(tǒng)等。系統(tǒng)論的核心是整體觀。它的思想是把研究對象當作一個系統(tǒng)來對待，看到其中的各個要素之間的關(guān)系和系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系，并且從整體的角度來協(xié)調(diào)好這種關(guān)系，使系統(tǒng)在我們所要求的某種性能指標上達到最佳狀態(tài)[4]。

系統(tǒng)化教學(xué)是一個復(fù)雜、涉及范圍廣的系統(tǒng)工程，主要探討如何將系統(tǒng)工程的基本理論和方法應(yīng)用到教學(xué)過程中，研究教學(xué)過程中各要素之間的相互關(guān)系及結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)系統(tǒng)化的教學(xué)。

作者認為系統(tǒng)化教學(xué)是把教學(xué)過程當作一個系統(tǒng)來處理，研究各個要素之間的關(guān)系和教學(xué)與環(huán)境之間的關(guān)系，并且從整體的角度來協(xié)調(diào)好這種關(guān)系，使系統(tǒng)化在我們所要求的某種教學(xué)指標上達到最佳狀態(tài)。

將這一基本理論應(yīng)用到《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)上，筆者認為主講教師應(yīng)該從課程核心出發(fā)，圍繞著“三傳一反”，將《化學(xué)反應(yīng)工程》的各章內(nèi)容，整合起來，在引導(dǎo)的前提下，從整體和系統(tǒng)的角度，進行課程教學(xué)。

3 化學(xué)反應(yīng)工程系統(tǒng)化教學(xué)內(nèi)容

由于目前《化學(xué)反應(yīng)工程》教材的種類很多，每部教材的知識體系又略有差異，但是核心內(nèi)容基本相同，為了更好的說明系統(tǒng)化教學(xué)的意義，本文以朱炳辰老師的《化學(xué)反應(yīng)工程》(第五版)為例，進行重點闡述。

3.1 知識的系統(tǒng)化

教師是學(xué)生人生的引航者，大學(xué)教師尤為重要，大學(xué)的開放，要求“傳道、授業(yè)、解惑”的教師必須對所講的的課程內(nèi)容要理解、融匯、貫通，孰能生巧，這才是大學(xué)教師的教學(xué)前提。在對知識的熟悉的過程中，逐漸對知識進行系統(tǒng)化，這不但有利于教師備課，更有利于學(xué)生上課學(xué)習(xí)。

化學(xué)反應(yīng)工程的主要研究內(nèi)容就是通過幾門基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)會設(shè)計反應(yīng)器，圍繞一個核心“反應(yīng)器設(shè)計”，進行三種衡算“物料衡算、能量衡算、動量衡算”。朱炳辰老師的《化學(xué)反應(yīng)工程》(第五版)一書中，重點闡述了：三種操作方式反應(yīng)器包括：間歇釜式反應(yīng)器，連續(xù)流動釜式反應(yīng)器、連續(xù)流動管式反應(yīng)器，對應(yīng)文中第三章；動力學(xué)研究包括：均相動力學(xué)和氣固、氣液等反應(yīng)動力學(xué)研究，對應(yīng)文中第一章、第二章、第六章等；反應(yīng)物料流動形態(tài)的測定，對應(yīng)文中第四章。按照教材的內(nèi)容進行知識的系統(tǒng)化后，作者歸納以下幾點：

(1)反應(yīng)動力學(xué)部分：反應(yīng)動力學(xué)知識是化學(xué)反應(yīng)工程課程非常重要的部分，學(xué)習(xí)本門課程的基礎(chǔ)知識，主要圍繞均相反應(yīng)動力學(xué)的反應(yīng)速率方程式，以及非均相反應(yīng)動力學(xué)的反應(yīng)速率方程式的建立。均相動力學(xué)又包括不可逆反應(yīng)和可逆反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)吸放熱情況又分為不可逆吸熱反應(yīng)、不可逆放熱反應(yīng)、可逆吸熱和可逆放熱反應(yīng)。非均相動力學(xué)又分為本征動力學(xué)和宏觀動力學(xué)，宏觀動力學(xué)主要是根據(jù)反應(yīng)過程將反應(yīng)物系傳遞過程、流動過程和本征反應(yīng)動力學(xué)綜合起來組成了宏觀動力學(xué)。

(2)反應(yīng)器部分：對于不同操作形式反應(yīng)器，要想進行反應(yīng)器設(shè)計計算，必須列方程進行求解。所列方程包括物料衡算、能量衡算、動量衡算、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)。在列方程過程之前，首先要確定衡算體系，然后進行衡算，各衡算式的基本形式為“輸入=輸出+反應(yīng)+累計”；列方程過程中需考慮將傳熱、傳質(zhì)等因素；求解時首先根據(jù)不同反應(yīng)器的情況對衡算式進行化簡，然后將反應(yīng)動力學(xué)引入到各衡算式中進行聯(lián)立求解。

(3)實驗測定部分：通過實驗采用不同的測定方法，對反應(yīng)物料流動形態(tài)的進行測定，根據(jù)測定數(shù)據(jù)，求解一些參數(shù)，特征參數(shù)。不同流動形態(tài)的對應(yīng)的不同特征參數(shù)形式，如何通過測定的數(shù)據(jù)進行實際應(yīng)用，等等。

通過對教材的知識的熟悉、掌握，在內(nèi)容上進行系統(tǒng)化等，作者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過知識系統(tǒng)化后，不僅有利于自己的備課，同時上課教課思路清晰，學(xué)生對系統(tǒng)化后的知識掌握較好。

3.2 授課的系統(tǒng)化

系統(tǒng)化的知識結(jié)合系統(tǒng)化的教學(xué)有助于學(xué)生對知識的掌握。授課的的系統(tǒng)化，取決于每位教師的教課思路，只有教師思路清晰，教學(xué)內(nèi)容連貫系統(tǒng)，這樣才能達到系統(tǒng)化教學(xué)。根據(jù)教學(xué)要求，嚴格執(zhí)行上課課前復(fù)習(xí)——課上內(nèi)容系統(tǒng)化——課程結(jié)尾小結(jié)——每章總結(jié)——每章習(xí)題課，這一系統(tǒng)化的教學(xué)流程。教學(xué)過程中要重難點突出，知識點相互貫穿，形成一個系統(tǒng)化的教學(xué)模式。

經(jīng)過幾年的教學(xué)，作者發(fā)現(xiàn)，凡是經(jīng)過這一系統(tǒng)化的教學(xué)模式講授后的班級，學(xué)生對課程知識的掌握效果較好，期末考試幾乎無掛科。

3.3 學(xué)習(xí)的系統(tǒng)化

通過主講教師對化學(xué)反應(yīng)工程授課內(nèi)容理解吸收后，知識已成體系，在進行融匯、貫通、系統(tǒng)化后，在此基礎(chǔ)上主講教師進行系統(tǒng)化教學(xué)，學(xué)生在上課時主要還是以教師主講為主，課堂內(nèi)容系統(tǒng)化，授課過程系統(tǒng)化，學(xué)生必然會形成系統(tǒng)化學(xué)習(xí)方式。每個學(xué)生都有自己的學(xué)習(xí)規(guī)律，這也成為系統(tǒng)。如果能夠結(jié)合系統(tǒng)化的知識和系統(tǒng)化得教學(xué)過程，系統(tǒng)化的知識+系統(tǒng)化的教學(xué)+系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)，三者相互影響，相互作用，有利于、有助于學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)工程這門課程的理解與掌握。

本文作者通過與學(xué)生交流，圍繞著教師系統(tǒng)化的知識，經(jīng)過系統(tǒng)化的教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程已進入到了一個系統(tǒng)化的過程，對知識可以熟練的掌握，對化學(xué)反應(yīng)工程這門課的認識清晰明確，能夠熟練的將各課程的各部分內(nèi)容，貫穿到一起，圍繞“三傳一反”，進行學(xué)習(xí)。

4 結(jié) 語

化學(xué)反應(yīng)工程知識理論性和工程性均很強，概念抽象、枯燥，知識多而復(fù)雜，涉及到數(shù)學(xué)、物理和熱力學(xué)等學(xué)科的知識，學(xué)生掌握難，通過系統(tǒng)化教學(xué)，學(xué)生能夠?qū)⒊橄蟮闹R點融會、貫通、理解并掌握，從最終的考試成績看，幾乎無掛科，效果良好，系統(tǒng)化的教學(xué)，不僅對化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)有益，而且有助于指導(dǎo)其它相關(guān)課程教學(xué)工作的系統(tǒng)化，對于其它課程教學(xué)具有深遠的教學(xué)指導(dǎo)意義。

[1] 朱炳辰.化學(xué)反應(yīng)工程.4版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2006:1.

[2] 劉錚, 金涌, 魏飛, 等.化學(xué)工程科學(xué)發(fā)展的回顧與思考[J].化工進展, 2002, 21(2): 87-91.

[3] 李顥, 鄭延成, 尹先清,等.化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)改革初探[J].廣州化工,2014,42(3):140-141.

[4] 李青.系統(tǒng)化教學(xué)在高等職業(yè)技術(shù)教育中的初步探討.陶瓷研究與職業(yè)教育, 2003, 1(2): 32-35.

Research on Systematic Teaching of Chemical Reaction Engineering*

LIXiu-min,LIUSu,QINShao-wei,YUHai-feng,MUJin-cheng

(College of life Science, Key Laboratory of Chemical Engineering in South Xinjiang,Tarim University, Xinjiang Alar 843300, China)

The teaching content of Chemical Reaction Engineering is much and miscellaneous, it is difficult for the students to master.The teachers must think through that how to make the students easily master the knowledge point of Chemical Reaction Engineering.It was pointed out that in Chemical Reaction Engineering course, the knowledge of whole book must be form in a system around the "three transport rules and one reaction rules". Three core of systematic teaching were knowledge system, teaching system and learning system.Systematic teaching can help students master and apply the knowledge and improve education result, showed a teaching guiding function in relevant courses.

Chemical Reaction Engineering; systematic teaching; teaching

北京化工大學(xué)化工資源有效利用國家重點實驗室開放課題項目(CRE2013C304); 塔里木大學(xué)校長基金項目(TDZKSS201418)。

李秀敏(1986-)，女，碩士，塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，講師，研究方向工業(yè)催化。

穆金城(1987-)，男，碩士，塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，講師，研究方向綠色氧化、工業(yè)催化。

TQ914.1

B

1001-9677(2016)019-0175-02