生活實例在化工原理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

，，，

(滁州學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 滁州 239000)

化工原理課程的學(xué)習(xí)對培養(yǎng)學(xué)生動手能力、觀察能力、綜合分析和處理問題的能力具有重要的應(yīng)用實際意義，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的重要紐帶。但是由于該課程的與工程實際聯(lián)系比較緊密，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中就會覺得枯燥、難學(xué)，因此導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不高。本文針對化工原理課程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的普遍問題進行分析，結(jié)合自己在課程教學(xué)中把化工原理在人們生活中的一些實際應(yīng)用引入課堂中，以充實課堂教學(xué)內(nèi)容，期望提高學(xué)生積極性[1-3]。

1 化工原理課堂教學(xué)普遍存在問題

化工原理課程是在學(xué)完高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和物理化學(xué)等課程之后才開始學(xué)習(xí)的，課程的內(nèi)容都與工程有關(guān)，工程實踐性較強，課程中關(guān)于三傳一反的原理較難理解，公式特別多。而學(xué)生一般基本沒有工程實踐經(jīng)驗，在學(xué)習(xí)過程中缺乏生產(chǎn)實踐及經(jīng)驗知識，很難在短時間內(nèi)掌握太多知識，因此普遍反映該課程難學(xué)、抽象、不容易理解等，從而不愿意學(xué)習(xí)，主要存在問題如下：

1.1 化工原理課程經(jīng)驗公式多

化工原理課程學(xué)習(xí)中有許多知識點是工程實踐直接經(jīng)驗總結(jié)而來，而不是推導(dǎo)出來的，還有一些比較抽象的模型，容易使同學(xué)們覺得很枯燥無味。

1.2 學(xué)生缺乏工程經(jīng)驗

一般的學(xué)校都是在大二就開始學(xué)習(xí)化工原理了，學(xué)生沒有真正接觸過工廠是什么樣的，不知道塔是什么樣、反應(yīng)釜什么是樣等等一系列的疑問，只有在課堂上聽老師一味的講，腦海中不能夠想象出化工設(shè)備是什么樣的，時間久就容易不感興趣。

1.3 化工原理課程學(xué)時有所減少

現(xiàn)在好多學(xué)校都在不斷調(diào)整人才培養(yǎng)方案，化工原理課程的課時也不斷減少，但是化工原理中講授的單元操作仍然還是那么多，教師在授課中只有加快教學(xué)進度。因此會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加困難。

1.4 教師教學(xué)方法有待于改革

現(xiàn)在大多數(shù)高校普遍都用多媒體教學(xué)，這種教學(xué)方法對于化工原理教學(xué)尤其是不適應(yīng)的，因為化工原理教學(xué)過程中既有經(jīng)驗公式，還有一些和高等數(shù)學(xué)知識相關(guān)的模型建立及公式推導(dǎo)，因此需要教師在黑板上板書，通過板書進行講解推導(dǎo)一些較難理解知識點和難點。如果全部用多媒體教學(xué)，教師不板書，那就是"我念你聽"的教學(xué)模式，很難保證教學(xué)質(zhì)量。尤其針對一些年輕教師，入職以后就開始采用PPT進行課堂教學(xué)。缺乏教學(xué)實踐經(jīng)驗，在課堂教學(xué)過程很難引入一些具體的、生動形象的化工生產(chǎn)及日常生活的實例，容易導(dǎo)致課堂死氣沉沉，學(xué)生愿意認(rèn)真聽講，導(dǎo)致教學(xué)效果差[4-7]。

2 化工原理課堂教學(xué)引入生活例子的重要意義

伴隨著我國教育體制的改革，大學(xué)生招生數(shù)目明顯增多。尤其對于一些二本院校，生源相對來說理科底子較為薄弱，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理這樣的課程積極性不是太高，教師必須想辦法激發(fā)學(xué)生積極性?；ぴ碚n程本身是一門工程應(yīng)用性比較強的課程，與人們生活是息息相關(guān)的，生活中許多例子都可以用化工原理的知識來解釋。如果單純的只講書本中的單元操作知識，學(xué)生聽起來感到遙不可及，就容易失去信心學(xué)好這門課程。如果教師在講授每一個單元操作之前先把該單元操作的知識點和生活中的素材、生活中的案例有機地結(jié)合起來，學(xué)生都很容易理解，從而把學(xué)生帶到自己現(xiàn)實的生活中去，這樣就縮小了書本知識和工廠單元操作與日常生活之間的距離，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理課程的興趣。從而可以使學(xué)生感覺到化工原理課程原來和我們這么相關(guān)，認(rèn)識到該課程知識是較為重要有意義，學(xué)生會帶著興趣去學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的積極性就提高了。因此，在化工原理課堂教學(xué)中適時引入我們生活中常遇到的生活例子，一方面可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性，另一方面可以讓他們認(rèn)識到課程的重要性?？s小工程概念與理論知識之間的距離，逐步培養(yǎng)學(xué)生用理論知識進行實際案例分析，進一步解決一些工程實際問題[8-9]。

3 生活例子在化工原理不同單元操作中的應(yīng)用

其實化工原理主要講授工業(yè)生產(chǎn)過程中的三傳：動量、熱量、質(zhì)量傳遞，根據(jù)單元操作的實際應(yīng)用大致可以分成幾個大部分：流體流動、傳熱、和傳質(zhì)過程(包括吸收、精餾等)?；ぴ碚n堂教學(xué)重要的是要提高學(xué)生的興趣，使學(xué)生想學(xué)習(xí)，想辦法提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使他們對這門課程產(chǎn)生興趣，這樣才能有好的效果。本人根據(jù)多年的教學(xué)實踐，在課堂教學(xué)中不斷探索，注意收集生活中的實際例子引入化工原理中，課堂教學(xué)中在不同的單元操作可以引入不同的生活實例，插入圖片以渲染課堂氛圍。讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)化工原理可以給他們帶來樂趣，收到了一定的效果。

3.1 生活實例在流體流動過程中的應(yīng)用

隨著我國的高速列車現(xiàn)在在飛速發(fā)展，大家常見的高鐵在飛行過程中要產(chǎn)生很大的阻力，根據(jù)流體流動原理，為了減小阻力，高鐵列車的頭部都設(shè)計為流線型。如圖1-a所示的飛機，在空中飛行時靠飛機上下面所產(chǎn)生的壓差。在講流體力學(xué)之前我們可以給學(xué)生解釋飛機在空中飛行的原理。飛機的機翼橫截面一般前端圓鈍、后端尖銳成流線型，上表面拱起、下表面較平。氣流在機翼前端被分成上、下兩股，在機翼后端再重新匯合。由于機翼上表面凸出，空氣在其上面流通的空間相對較小，因此空氣的流速加快，根據(jù)能力守恒方程我們可以知道機翼上方的壓力低。而飛機機翼下表面比較平坦，空氣的流通空間較大，而且機翼與水平面有迎角，空氣流通受阻擋，流速減慢，因此壓力增大。于是在機翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于氣流方向的壓力差則產(chǎn)生機翼的升力，從而確保飛機在空中安全飛行。

我們經(jīng)?？吹酱笱阍谔炜罩酗w翔，一般都是排成人字陣或一字斜陣，并定時交換左右位置。大雁之所以這么飛行實際上是空氣流動所起作用，它們在飛行中后一只大雁的能夠借助于前一只大雁的翅膀所產(chǎn)生的空氣動力，隨著前一只大雁翅膀的拍打?qū)е驴諝馑查g流動產(chǎn)生負(fù)壓，使周邊空氣加速流動，從而使后面一只大雁飛起來省力。

圖1 生活實例在動量傳遞過程中的應(yīng)用

流體流動是化工廠中最基本的現(xiàn)象，但化工產(chǎn)品具體生產(chǎn)過程對學(xué)生而言很遙遠(yuǎn)。因此，我們用學(xué)生宿舍樓供水系統(tǒng)的設(shè)計作為流體流動過程的切入點?？梢蕴岢鲆幌盗械膯栴}，讓同學(xué)們思考，產(chǎn)生疑問帶著疑問去學(xué)習(xí)。比如可以問大家為了保證每個樓層的同學(xué)都能順利用水，就要維持樓底水管中有一定的水壓，為了維持這個水壓，水塔就必須建設(shè)成一定的高度，如何把水送到樓上? 還有我們?nèi)绾伪ＷC當(dāng)所有水龍頭都打開時，如何保證每個不同樓層出水量是一樣? 還有假設(shè)樓底輸送水壓保持不變，采用關(guān)小一樓水龍頭的方法，能否使樓上幾層的出水量增大呢? 要解決以上問題，這個時候可以告訴同學(xué)們必須要掌握柏努利方程、連續(xù)性方程、管路阻力損失的計算、離心泵的選用等重要內(nèi)容，從而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。等學(xué)完流體流動這一章之后，我們針對這一問題安排了專門的討論課和同學(xué)一起解決以上各個問題，既對前面所學(xué)的知識進行了復(fù)習(xí)，有提高了學(xué)生的興趣，解決了疑問，達到了真正的學(xué)習(xí)效果。

圖2 生活實例在流體輸送過程中的應(yīng)用

圖2-a是家庭常用的抽水泵，同學(xué)們一定很熟悉，但有時候會出現(xiàn)電機啟動了發(fā)出嗡嗡的響聲，但是水抽不上來，告訴大家這就是氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，如何解決呢，只要打開六角螺栓灌水就解決了。圖2-b是我們家用的篩米機，給同學(xué)們說明稻子經(jīng)過碾壓之后里面既有稻皮又有大米，而大米的比重比稻皮要大，因此經(jīng)過手搖的風(fēng)機之后，就可以把大米和稻皮分開了，這里面主要利用密度的不同實現(xiàn)了非均相的分離，屬于物理方法的機械分離。

3.2 生活實例在傳熱過程中的應(yīng)用

熱量傳遞是化工原理三傳中重要的一傳，在化工生產(chǎn)過程中隨從可見，所有的化學(xué)反應(yīng)過程都要吸收熱量或者放出熱量，是工程技術(shù)領(lǐng)域中極為普遍的一種能量傳遞現(xiàn)象。在日常生活中的應(yīng)用實例也非常多，例如燒水煮飯、空調(diào)制冷、火爐取暖、穿衣服、蓋被子等等。在講該單元操作之前可以問同學(xué)們一些問題。例如：常見的暖氣片是什么形狀的？我們冬天蓋棉被是把新棉絮的被子貼身蓋還是不好的貼身蓋? 爐子燒水中壺底的溫度是接近于火焰的溫度還是水的溫度? 針對這些問題的提出要同學(xué)們進行思考，并想想都是為什么。這樣同學(xué)們可以帶著疑問學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣。

圖3 生活實例在熱量傳遞過程中的應(yīng)用

在學(xué)完傳熱單元操作之后，為了強化學(xué)生對傳熱過程及強化傳熱手段的理解，我們可以上討論課，對前面提出問題進行討論。常見的暖氣一般都做成片狀主要是為了增大散熱面積；冬天蓋棉被，主要是為了防止我們體內(nèi)的熱量散失到周圍環(huán)境，達到更好的保暖效果，應(yīng)該把保暖性好新棉絮被子蓋在里面，是因為新的棉絮必然導(dǎo)熱系數(shù)小，傳熱效果差，可以避免體內(nèi)的熱量散失。使大家明白一個生活常識，將保暖性能好的保溫材料放在內(nèi)層可以取得更好的保溫效果；還有為什么穿同一件衣服，有風(fēng)時候比沒有風(fēng)的時候會覺得涼呢，從傳熱的角度解釋，這是因為風(fēng)使衣服周邊的空氣發(fā)生流動，產(chǎn)生強制熱對流傳熱，從而使傳熱速率大大增加所致；對于爐子燒水，大家通過對流傳熱知識的學(xué)習(xí)，很容易知道壺底的溫度是接近于水的溫度，因為我們知道火焰?zhèn)鬟f熱量到壺底是靠空氣的自然對流方式傳熱，而壺內(nèi)的水沸騰傳熱屬于強制對流傳熱，其傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣自然對流傳熱系數(shù)，因此在穩(wěn)態(tài)傳熱情況下很容易推導(dǎo)出壺底溫度接近于水溫。討論課之后，學(xué)生們普遍認(rèn)為結(jié)合這些日常生活的例子使課程學(xué)習(xí)學(xué)起來輕松多了，可以更加深刻的掌握機械枯燥的化工原理理論。

3.3 生活實例在傳質(zhì)過程中的應(yīng)用

化工原理講授的主要是化工生產(chǎn)過程中的物理過程，其中化工生產(chǎn)的核心部分是化學(xué)反應(yīng)，化工原理所講授的單元操作是化學(xué)反應(yīng)的前后處理部分。也就是對于前期原料的凈化和后期產(chǎn)品的分離，因此質(zhì)量傳遞過程對于化工過程來說在分離凈化方面具有重要的意義。而除了生產(chǎn)過程有質(zhì)量傳遞發(fā)生，在日常生活中也隨處可見。

圖4 生活實例在質(zhì)量傳遞過程中的應(yīng)用

在講授質(zhì)量傳遞之前我們可以插入圖片，引入實例如圖4所示，圖4-a是大家都知道的雨后空氣特別清晰且涼爽，可以告訴同學(xué)們這是因為在雨來臨時，空氣中水汽增多，氣壓降低，使人有悶熱的感覺；下雨時，因水汽凝結(jié)成水滴要吸收一部分熱量，雨停后，暖空氣過去，該是冷空氣移過來的時候，所以人們會感到比較涼快。同時在下雨過程中，天空中有很多灰塵雜質(zhì)，當(dāng)要下雨時，這些灰塵雜質(zhì)都為空中水汽起了凝結(jié)核的作用，水汽粘附在它們上面變成大的水滴而降落到地面。雨滴降落時，低層空氣中的灰塵雜質(zhì)也會粘附在上面一同落地。同時，在雨水降落過程中會吸收空氣部分的CO2、SO2和NOx等有害氣體，自然會使人感到空氣特別新鮮。圖4-b圖是人們常見的打開碳酸性飲料時，會有泡沫出現(xiàn)，主要是因為飲料在發(fā)酵時產(chǎn)生了大量的二氧化碳，在裝瓶時又在一定壓力下充入了一定量的二氧化碳。而打開瓶蓋的瞬間，壓力降低，溶解度減小發(fā)生了解吸過程，所以有泡沫出現(xiàn)。圖4-c圖是酒類生產(chǎn)過程，酒的生產(chǎn)主要是利用蒸餾技術(shù)分離水和酒精，當(dāng)然在酒類生產(chǎn)中，除了提純還有其他的各類工藝的組合應(yīng)用，比如除濁和香分的分離。生產(chǎn)白酒的發(fā)酵過程是一個很復(fù)雜的過程，糧食淀粉分解過程產(chǎn)生各種有毒的化學(xué)成分，如甲醇、雜醇油等有害物質(zhì)，該類物質(zhì)分子較小，容易揮發(fā)，沸點在60℃左右為多。所以，在蒸餾鍋爐不斷加溫，蒸餾過程出來的初始酒液不能喝。蒸餾時如果初期溫度過高的話，甲醇、乙醛、乙縮醛、雜醇等成分可能會大量存在于酒頭中，酒的口感辛辣，感覺食道都非常刺激．所以白酒蒸餾必須棄去酒頭，

4 結(jié)束語

總之，生活中應(yīng)用到化工原理的實際例子很多。在化工原理課程講授過程中要采用適當(dāng)?shù)姆绞揭肷钪谐Ｒ姷馁N近我們生活的實際例子，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)。通過常見的生活事例講解各種單元操作的基本原理和規(guī)律，為單調(diào)枯燥的理論學(xué)習(xí)注入了活力，學(xué)生愛聽，易懂，記憶深刻，也增加了學(xué)習(xí)興趣。所以，要搞好化工原理的教學(xué)，提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，必須在教學(xué)中多渠道培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其沿著愿學(xué)、會學(xué)、學(xué)會的方向發(fā)展，從而更好地學(xué)好本課程，為后繼專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定牢固的基礎(chǔ)。