應用技術型高?！痘瘜W反應工程》課程的教學改革探索

陳艷紅，石會龍，姚媛媛

(中國石油大學勝利學院，山東 東營 257061)

《化學反應工程》是化學工程與工藝專業(yè)的一門非常重要的基礎核心課程，同時也是其他相關專業(yè)的重要課程之一。該課程涉及到高等數學、化工原理、化工熱力學和優(yōu)化與控制、反應動力學、傳遞過程等眾多學科領域的內容。當我們要把在實驗室中的研究成果進行放大生產實現工業(yè)化應用或者在如何優(yōu)化工業(yè)反應器操作條件、設計改造工業(yè)反應器時等等，這一系列重要的化學工程問題的處理解決，都離不開化學反應工程課程的理論指導。然而，經過幾年的教學實踐發(fā)現，學生普遍認為化學反應工程是專業(yè)課程中最難學習的課程之一，很多學生提出在學習過程中時常感到理論抽象難理解、步驟繁瑣易忘記。針對這門難度很大卻又異常重要的基礎課程，如何改進教學方法，使學生學習過程中能夠輕松易懂，能夠與生產實際結合而不是以應付考試為目的，具有尤為重要的理論與實踐意義。

1 應用技術型高?；瘜W反應工程課程教學中存在的問題

1.1 學生文化基礎知識比較差，學生學習熱情較低

根據我國現在的高考招生政策，應用技術型高校的學生在基礎知識上與重點高校的學生還是存在一定得差距，學生對知識的理解能力較差同時學習能力較弱。因此，在《化學反應工程》這種非常抽象并且理論性強，需要用到數學思維和工程思維的課程中表現尤為明顯。另外，現在學生課堂積極性不高，很多學生處于被動式學習狀態(tài)，不愿積極思考問題，只是應付考試，沒有學習主動性。

1.2 師資力量相對薄弱[1]

應用技術型高校教師隊伍中年輕教師占的比重很大，這些新引進的年輕教師一般具有較高的學歷，但是存在教齡短和教學經驗不足等問題。近幾年來，隨著高校擴招的原因，很多教師教學擔子愈加繁重，課程多、壓力大，從而造成了老師沒有太多精力用于精心備課和教學研究，教學水平難以提高。再就是，中青年教師大多是都是一畢業(yè)就進入高校工作，沒有經歷在工廠一線的實踐工作過程，因此對實踐教學認識不深入，課堂中關于實踐教學內容不能很好的體現，實踐教學能力有待于提高。

1.3 教學方法亟待改革[2]

教學過程中，有的教師習慣采用傳統教學手段即原始的黑板粉筆教學方法。由于反應工程公式推導較多，因此老師在黑板上進行公式推導，由于書寫速度較慢，學生通常有充分理解的時間，前后內容銜接緊密，有利于學生對比和總結。但是，這種教學手段會花費較多的時間在書寫上，導致課容量較小，特別是在講授固定床反應器等章節(jié)，由于公式多而復雜此現象尤為明顯。另一種老師常采用的教學方法為多媒體教學，該教學手段可以使課程內容生動化、形象化，通過模擬的動畫、視頻等素材可以拓寬學生視野，讓學生更加清楚的了解反應器的內部結構和原理。然而，當將該教學手段用于理論公式的推導時，單純通過多媒體教學，學生往往不能很好的掌握推理過程，對公式的理解也不夠深入，從而造成知識的掌握有一定的困難。因此，如何提高教學方法，也是該課程目前面臨的問題之一。

2 解決措施

2.1 強化課程重要地位，提高學生學習愛好

很多學生認為《化學反應工程》是大學專業(yè)課中里最難學的課程之一，這是因為它涉及到了物理化學、化工熱力學、化工傳遞過程以及設備優(yōu)化及控制等多方面內容。大多數學生認為該課程公式多、設備多、概念多，從一開始接觸就容易產生畏懼心理。因此，吸引學生對該課程產生濃厚的興趣是學好該課程的關鍵點。我們知道興趣是最好的老師，只有當學生對課程產生了濃厚的興趣并意識到該課程的重要性，才能產生去積極學好這門課程的主觀能動性，這時候就自然而然地會積極主動地克服學習中遇見的困難。要達到這個預期的目標，就要求教師把第一堂緒論課上的要精彩。通過緒論教學讓學生了解該課程的重要地位，激發(fā)他們的求知欲和學習興趣。當學生能認識到該課程的重要性，他們就會自覺地在學習上花時間投入更多的熱情和時間，主動去克服學習中遇到的困難。對教師來說，就要求我們要把整個課程內容“吃透”，并結合豐富的教學經驗，能夠恰當的回答“什么是反應工程?它有什么樣的地位?為什么如此重要?”等基本問題。同時，教師最好能夠把該學科最前沿的科技動態(tài)和應用現狀介紹給學生，讓學生一開始就能夠深刻感受到該課程在實際生產中的重要性，讓學生明白學習是為了更好的應用。要達到這一目標，教授該課程的所有教師應在每學期上課前進行一次集體備課討論，各位老師通過交流問題和經驗，從而互相提高。另外，新老教師可以通過傳、幫、帶的做法，老教師將自己積累的一些教學經驗傳授給青年教師，同時也可以從青年教師哪里學習一些本專業(yè)方面新的前沿性的知識動態(tài)以及一些好的建議方法。針對部分有相關科研課題的教師，可以根據自己的科研實踐經驗，采用一些具體實際的實驗數據和工廠實踐中問題的解決途徑，解答理論課堂提出的諸多問題。例如教師在課堂讓可以提出實際問題:為什么在不同的化工工藝中反應器的結構和操作形式不同?我們日用的化妝品等精細日用品合成是采用什么樣的反應器，而煉油工藝中的反應器又有什么特點?引導學生去思考，告訴同學們當學習完化學反應工程后就可以解答這些問題。

2.2 精心組織教案，精選課程主要內容[3]

根據培養(yǎng)人才目標的不同，選擇合適的教材是目前各高校對該門課程改革的方向之一。目前，化學反應工程的教材有很多版本，其中中文版關于《化學反應工程》的教材常見的就有十幾種，這些教材雖然在結構編排上差別較大，但是所包含到的內容都與教學大綱規(guī)定是已知的，因此合理選擇教材對于教學和學習非常重要。針對本專業(yè)特點，同時結合我們學生的實際情況和教育部本科院校評估的要求，目前我們使用的教材是由陳甘棠教授主編的“十一五”國家級規(guī)劃教材《化學反應工程》第三版，該教材內容較全面、豐富。另外選取很多高校使用的外文版教材O.Lev enspiel主編的“Chemical Reaction Engineering”(3rd，2002)作為部分優(yōu)秀學生的參考書，這樣，在學習反應工程知識的同時又提高了學生的專業(yè)英語水平。另外，在教學內容方面，教學內容應力求能展現本學科的科學性、先進性和適用性。本科階段該課程講授的基本內容主要包括兩部分:反應動力學和反應器的設計與分析。其中動力學部分主要是通過反應過程中的動量、熱量和質量傳遞對反應動力學的影響也就是常說的“三傳一反”，揭示了反應動力學的基本知識、流體流動基本模型和非均相反應過程的傳遞理論等;而反應器的設計與分析部分，主要包含一些典型反應器(如固定床反應器)在宏觀反應過程遵循的基本原則和計算方法，其中，數學模型是其主要的研究方法。學習本課程之前，學生對數學模型是很少接觸的，而且學生的高等數學基礎也參差不齊。許多學生對數學模型知之甚少，并且基礎數學水平也有高有低，因此教學過程中，應本著由淺入深的方法進行教授。例如，在講授反應器的性能方程之前，教師會首先給學生介紹衡算方程這個數學模型，這個時候授課教師就可以結合學生正在或已經學過的化工原理、物理化學這些課程中已經接觸過的質量衡算、能量衡算等例子，讓學生對衡算方程能夠比較系統的認識。而在隨后的章節(jié)例如釜式、管式反應器的設計中，授課教師應該先給學生歸納總結不同反應器的特點，再根據這些反應器本身的特點給學生展示如何來選列衡算體系和衡算方程，同時，一定要注明衡算方程中各項的物理意義，詳細地向學生教授清楚。而對于大多數學生普遍反映理解比較困難的章節(jié)，例如，非理想流動和停留時間分布這一章，教師在內容組織上，盡量把握將抽象的內容以通俗易懂化的原則講述給學生，讓學生首先明確停留時間分布研究的意義及用途，和我們工業(yè)反應器的設計與開發(fā)有何關聯?而針對一些涉及到較為復雜數學模型的教學內容，例如固定床反應器的設計和非均向反應動力學等知識，學生通常難以完全理解這部分內容，教師教學時可以重點突出，以講授思路和方法為主，論述最終結果為輔。

2.3 改革教學方法，采用多種教學手段[4]

傳統講授反應工程的教學方法通常遵循以下步驟:教師首先提出動力學模型，然后給學生展示怎么推導得到該模型，最后讓學生明白該模型在實際的工藝中如何應用來解決相關的問題。這樣傳統的教學方法不能體現現代教育的基本原則?，F代教育的基本原則要求教師通過“啟發(fā)引導”和學生的“積極主動反應”實現課堂的高效率。因此，如何培養(yǎng)學生積極思考問題和解決問題的能力，通過學生的主動思考提高課堂教學的效率，也是眾多高校在《化學反應工程》教學改革中不斷探索的一個關鍵問題?！痘瘜W反應工程》的一大特點是:公式多、難點多，公式推導復雜。為了確保學生對所學知識內容能夠充分理解，基本方法能在學習實踐中學以致用，就需要對教學方法和教學手段進行改革。作為任課教師要認真研究教學方法，教學中盡可能的采用多種教學手段相結合，保質保量地完成教學任務，同時上課中注意突出各章節(jié)重點和難點，使學生有的放矢，利于學生對課堂知識的理解和掌握。首先，在講課方式上，要充分把握教師和學生之間的“啟發(fā)引導”和“積極主動”的現代教育基本原則。在教學過程中，使學生在學習中能夠處于積極的思考問題、提出問題的狀態(tài)。在啟發(fā)式教學的基礎上，教師還可以針對不同章節(jié)采用對比、歸納、提問等方法來調動學生的學習積極性和主動性。例如，可以應用對比與歸納結合的方法對平推流和全混流兩種理想反應器的型式和特點進行評選。而對于一些有難度同時又在幾種情況下反復出現的概念，教師在上課過程中可以采用課堂講解和學生探討相結合的形式，通過講解和學生的分組討論最終由學生自己總結結果。這樣即能夠活躍課堂教學氣氛，同時也提高了教學效果。再次，靈活地采用多種教學手段是教學方法改革的重要方面之一。教師根據每堂課內容的特點，有選擇性地使用多媒體和板書結合可以達到事半功倍的效果。例如，在講解固定床反應器的內容時，單純采用板書不能形象的向學生展示反應器的內部構造，這時候教師可以利用多媒體將工廠一些實際固定床反應器的剖面圖和反應器的實際操作工藝流程搬到課堂中，這樣就可以讓學生真實生動的看到反應器的內部結構，此時不在是頭腦里的想象而是真實實物的展現，這樣學生在理解反應器內部的傳質與傳熱狀況就簡單的多了。對于一些復雜的公式推導，例如各種反應器的操作方程，則可以使用板書的形式，保證學生跟上教學思路。多種教學手段相結合，可以提高教學效率。

2.4 做到理論實踐結合，培養(yǎng)工程分析能力[5]

化學反應工程研究的對象是工程過程中的各類反應器，學習的目的就是如何來操作反應器、設計反應器，因此在理論教學的同時，必須聯系實際工業(yè)生產過程，例如，上課時講到的工程概念“空時”、“空速”的概念就要向學生說明和我們通常提的反應時間的區(qū)別，積極引導學生樹立宏觀工程觀念，加大理論和實踐相結合力度。只有當學生把在課堂上所學知識應用到實踐工程中時，才能讓學生真正感受到所謂學以致用，發(fā)揮學習知識的主動性和積極性。應用技術型高校主要培養(yǎng)的是應用性人才，因此，除了理論知識的學習，相應的實驗內容和實踐內容顯得尤為重要。我校的化工過程實驗室主要包括以下實驗裝置:多釜串聯反應器、多級混合流反應裝置、管式流動反應器等。這樣，課堂上講的一些理論知識就可以在學生做實驗和處理實驗數據的過程中獲得驗證。此外，針對化工專業(yè)的學生，我校在第四學期的暑假和第六學期的暑假都設有對應的化工認識實習和化工生產實習兩次實踐教學。當學生進入生產一線時，學生通過自己的親身經歷就能夠深刻體會到反應工程學在生產實際中的應用和經濟效益。通過課堂教學和生產實踐相結合的教學方式，可以從根本上消除對該課程的排斥感，加深對知識的理解。此外，我院還積極引導學生參加大學生創(chuàng)新項目，授課教師通過引導學生，把科研項目中的實際問題與課程有關知識內容緊密地結合起來，并將一些典型的案例引入到課堂教學中，讓學生真正領悟到反應工程科研思路方法，部分同學還可以通過自己動手設計實驗，更深地體會本課程的精髓。讓學生參與到各種各樣的科研工作中，這些活動都會大大提高了學生的感性認識和動手能力，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新思維的能力。

3 結語

化學反應工程是化工專業(yè)的主干課程之一，在培養(yǎng)化工及相關行業(yè)的人才中具有重要的地位。結合應用技術型高校學生的情況，采用科學思維的方法選擇教材、尋找教學方法，密切和實踐教學結合，培養(yǎng)學生的工程意識，提高學生解決實際問題的能力。只有激發(fā)學生的學習興趣，在教學內容和手段上不斷改革，才能不斷地提高學生的創(chuàng)新能力和處理實際問題的能力。