化学反应工程课程教学改革与思考

2022-10-20

化学反应工程课程是化学工程与工艺专业的主干专业课程。既是一门专业课, 也是一门具有普遍指导意义的以化学工业及过程工业中普遍存在的物理—化学现象为研究对象的工程性基础科学。

为了促进教育的改革与发展, 适应新世纪人才培养模式对人才素质的要求, 有必要对如何提高化学反应工程这门课程的教学质量进行探索与思考。而教学质量的提高, 关系到诸多因素, 其中教学方法改革关系较大。

1 坚持将“方法论”教育及工程意识作为课程教学重点的思想

化学反应工程是一门综合性很强的课程, 并且与工程实际紧密联系, 它广泛地将化工热力学、化学动力学、流体力学、传热、传质以及生产工艺、环境保护、经济学等方面的理论知识和经验综合应用于工业反应器的结构和操作参数的设计和优化。这一课程带有专业课的特征, 而专业课具有变化快的特点, 比如反应工程与化学工艺学密切相关, 而化学工艺学又一直在不断的发展。因此, 化学反应工程的教学重点应放在专业基础原理上, 放在分析与解决问题的方法论上。在课堂教学中, 应向学生介绍化学反应工程中的最基本原理和化学反应器的设计与分析的基本方法, 同时也注重让学生了解这些知识如何指导工程实际。对于本课程的主要内容如化学动力学、间歇反应器、理想流动反应器、返混、反应过程中的热量和质量传递、复杂反应选择性、反应器热稳定性等, 应突出影响反应过程结果的工程因素, 并按温度效应和浓度效应讨论展开, 力求表达清楚, 确切阐述, 为学生今后开发反应过程与反应器打下扎实的理论基础[1,2]。

为使学生深刻领会与掌握化学反应工程的基本观点和工程思维方法, 培养学生分析和解决工程问题的实际能力, 在教学过程中强调“方法论”教学, 提倡采用工程分析方法。可以通过列举化工过程开发中的经典实例进行分析计算, 培养学生综合利用所学的知识来解决工业反应器设计问题的能力, 学到解决工程问题的思路和方法, 以及把所学的知识转化为认识规律、运用规律和解决工程问题的能力[3]。

所谓工程分析方法, 就是将化学反应工程中诸如返混、传质、传热等物理因素对反应结果的影响, 进行分析处现, 而后进行工程分析。工业反应器中的化学反应可以分析为物理过程和化学过程。在化学反应过程中, 影响反应结果的因素可分为两类。一是与设备大小无关的反应动力学因素, 即化学因素, 这是过程的个性;二是与设备大小密切相关的传递过程因素, 即工程因素, 这是过程的共性。同类反应器的传递性是相同的, 不因进行的反应过程而变化, 但与反应器大小密切相关。而从本质上看, 工程因素对反应结果的影响, 是通过流体流动、传质和传热等物理过程, 改变了反应场所的浓度和温度分布, 再通过反应动力学的特征间接地影响了反应结果[4]。

2 提倡互动式教学方式

讲课乃传道授业之基本途径, “教师讲、学生听”是授课的主体方式, 是任何其他方式都不可完全取代的, 但是, 这种传统的教学方式很容易出现“满堂灌’, 的现象。一方面, 由于一直被教师“牵着走”, 学生的思维不主动, 对问题的理解难以透彻;另一方面, 由于得不到学生的积极回应, 教师的情绪会受到影响, 不易激发潜在的教学灵感。

现代教学理论认为, 教学是一个双边互动的过程。在这一过程中.教师是主导, 学生是主体。任何一方的作用都不能忽视。因此, 在教学过程中, 教学方式要变单向“灌注式”为双向“引导式”。教师要从“讲授者”变为“引导者”, 要为学生创造条件和提供有效的途径, 让学生主动地参与到教学中来, 在教学过程中加强培养学生主动思考、积极参与的意识, 以充分发挥学生的主体作用, 调动其学习的积极性和创造性, 从而达到培养学生分析与解决问题的能力、实践能力和创新能力的目的[1]。

教学互动应注重学生原有的基础、心理特点、课堂效果和课后反应。因为教学的主体是学生, 成功的课堂教学应收学生的参与性、主体性和发展性于一体。教师应根据课程特点, 不同专业学生的基础有的放矢进行备课, 因材施教, 以最大限度调动学生学习积极性和主动性。教师应注重学生的心理特点, 与学生保持一种平等、和谐与民主的关系, 尊重学生, 以诚相待, 加强沟通, 尽量缩短师生间的距离, 增加亲切感, 对学生多鼓励, 多肯定, 提倡学生质疑问难, 标新立异, 允许学生发表不同见解, 创造一种宽松、和谐的自由交流气氛。教师在课堂上要随时观察学生的表情, 注意突出学生主体地位和个性发展, 使每个学生的特长和优势得到最大限度发挥。课后学生的反馈非常重要, 它可使教师及时调整教学方法。为此在课后教师应主动与学生亲切交谈, 了解学生的听课效果和学习难点, 及时调整教学进度和改进教学方式方法[5]。

互动式教学方式可以采用课堂提问的方式。课堂提问的目的是增加学生与教师、学生与学生间面对面直接对话的机会, 活跃课堂气氛, 最大限度地调动学生的学习积极性。一般来说, 课堂提问有“答问式”和“问答式”两种。前者是由学生在课堂上就本次课的内容向教师提问, 由教师做出解答, 这种方式只对学生不懂或有疑问的问题进行讲解, 并且要求学生必须充分预习。“答问式”对于化学反应工程这类具有专业课特征的课程不那么合适。而“问答式”是由教师提出问题, 由学生解答, 然后再由教师讲评。由于教师所提的问题都是要求学生理解和掌握的重点和难点。因此这种方式便于学生理解教材的精髓, 也便于教师了解学生对所学知识的理解和掌握程度, 并能加强学生分析问题和解决问题的能力, 这种方式比较适合于化学反应工程这类具有专业课特征的课程。

进行“问答式”教学, 教师需要根据教学大纲和教学内容, 在课前设计出问题, 这些问题应能反映要求学生掌握的重点内容, 或是难理解、易混淆的概念。所设计问题的难易要适中, 并有针对性和启发性。这里所说的难易适中, 是指教师要正确地估计学生对所学内容的理解和掌握程度, 保证学生能够回答大部分问题并留少量悬念, 以促使学生课后去自学和提高。而针对性和启发性则包含两方而的含义, 其一是指要针对教学内容, 并能启发学生进一步思考;其二是指要针对不同层次的学生, 并能启发学生得到正确的答案[1]。

3 多采用启发式教学法

启发式教学是指教师根据教学目标, 从学生的知识基础、思想水平、学习水平、接受能力等实际出发, 采用各种教学启发手段, 充分调动学生学习的积极性, 充分发挥学生在学习中的主体作用, 使他们通过积极的思维、操作、演练, 主动地获取知识和发展智能。启发式教学的内涵包括: (1) 既要注意教师的主导作用, 也要注意调动学生的积极性和主动性; (2) 在传授知识的同时, 注重学生智能的培养; (3) 既要传授前人积累的知识, 也要注意开拓学生的视野, 培养和鼓励学生的创新意识和能力[6]。

在授课中如何贯彻实施“启发式”教学原则呢? (1) 启发式的授课从一开始“破题”, 就要设法激起学生的兴趣, 做到引人入胜, 这是贯彻“启发式”教学原则的基本保证。通过问题引起学生探索问题的欲望, 接着可顺理成章地引出新的内容, 对于这样的教学方法, 学生无不抱着浓厚的兴趣, 从而产生急欲找出解决问题的理论根据和解题方法步骤的心理状态。这种以问题带动教学的方法, 能够很好地培养学生的思维和想象力。教学实践证明, 通过自己思考、推理而得出的结论会永远清晰牢固地印刻在头脑中。 (2) 在主要内容的讲授上一定要做到两个突出, 即重点突出、难点突出。重点和难点是启发式教学的用武之地, 也是启发式教学中要完成的主要任务。 (3) 课程教授上要遵循先因后果, 循循善诱的教学程序, 这样符合认识规律, 顺理成章, 便于启发[7]。

4 开发现代化教学手段

积极采用现代教育技术手段如多媒体、网络等进行辅助教学。化学反应工程课程内容涉及大量的流体流动, 热量传递, 质量传递, 这些现象在日常生活中是很难直接观察的到, 同时, 传统的教学手段对这些现象的理论描述也比较困难, 而采用多媒体的手段组织课堂教学, 能以图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的表现形式, 以跨越时空的非凡表现力, 大大增强人们对抽象事物与过程的理解与感受, 从而有效提升课堂教学效果。与传统的粉笔加黑板的教学手段相比, 多媒体教学手段的优势在于能够实现“动态的问题形象化”, “微观的问题宏观化”, “抽象的问题具体化”, “表达方式的多样化”。从这些特点可以看出, 多媒体教学手段有着传统的教学手段所无法比拟的优势。教学手段上, 通过充分发挥多媒体在多种渠道进行信息传播的优势, 充分利用多种方式加强信息的传播, 从而可以强化教学基本内容, 提高教学效果, 克服传统教学中的许多弊端, 大大提高教学效率[8]。

5 结语

化学反应工程是与工程实际紧密联系的, 既兼有基础课又兼有专业课特征的重要课程;根据这一特点并结合现代教学理论方法与手段, 在教学的过程中应倡导将“方法论”教育作为课程教学重点的思想;同时提倡互动式及启发式教学方式;并注重学生综合利用知识的能力及工程意识的培养, 目的是为了适应新世纪人才培养模式对人才素质的要求。

摘要：本文介绍了化学反应工程这一课程的特点;根据其课程特征并结合现代教学理论、方法与手段对如何进行这一课程的教学改革进行了探讨:在其教学过程中应倡导将“方法论”教育及培养工程意识作为课程教学重点的思想;同时提倡互动式及启发式教学方式;并注重学生综合利用知识能力的培养, 以适应新世纪人才培养模式对人才素质的要求。

关键词：教学方法,化学反应工程,教学改革