第一篇：化工原理论文范文
化工原理教学改革研究
【摘要】 为了更好的将化工原理这门重要专业基础课程在生物工程、生物技术、制药工程、应用化学、轻化工程等专业发挥出应有的作用,本文结合这几个专业的特点,对“化工原理”课程的教学方法改革进行了探索,收到了较好的效果。
【关键词】 化工原理 工程意识 教学改革
校级课题:吉林农业大学质量工程课题 《生物工程特色专业》项目资助
化工原理课程是吉林农业大学生物工程、生物技术、制药工程、应用化学、轻化工程等专业的一门专业基础课程,包括理论课、实验课、课程设计、手工制作实习等教学环节。化工原理的主要内容包括:以动量传递为基础,叙述了流体输送、搅拌、流体通过颗粒层的流动、绕流及其相关的单元操作;以热量传递为基础,阐述了换热和蒸发操作;以质量传递的原理说明了吸收、精馏、萃取、吸附、结晶、膜分离等传质单元操作,最后阐述了热量、质量同时传递过程的特点及干燥操作。
经过本课程的学习,要使学生掌握化工生产中基本单元操作的原理、典型设备的构造、性能和操作原理,设计和计算方法。通过理论解析和在理论指导下的实验研究、课程设计,树立正确的科学思考方法。教学特点是强调工程观点,强化对化工过程定量计算、定性分析及设计能力的训练,重视理论和实际相结合,训练其运用基本理论和方法考察、解释、分析和处理工程实际问题的能力。
本课程要求学习者首先具备高等数学、物理学及物理化学、机械制图和识图等相关课程的知识。化工原理知识是为了后续课程例如发酵设备、发酵原理、酒精工艺学、淀粉工艺学、变性淀粉、酶工程、基因工程等知识体系服务的。
为了完成化工原理课程的目标,实现其提高相关专业学生的素质,就要针对不同专业的学生对传统的教学方法进行适当的改革。对于本校的相关专业的学生,我们尝试和探索了一些方法,收到了较好的效果,在这里与大家分享,探讨。
1.教学方法多元化
本门课程以多媒体演示教学为主,辅以必要的板书内容,还有大量的模型供使用,课程设计了几个实验以强化理论学习,还设立一周的动手实习课,让学生亲自动手设计模型,模拟工程实际的工艺。课程采用立体教学理念,注重知识框架的建立,从提高学生的基本素质入手。
2.因材施教
教学中需要密切注意学生的高等数学理论水平,根据学生的实际情况随时调整授课的深浅,并且要了解学生机械识图的基本技能,作到有的放矢,另外要通过随机的课堂测验或课后作业了解学生掌握的基本程度,以大纲为基准,做到灵活机动,以提高学生的基本素质为最终目标。比如生物工程专业的本科生再讲非均相混合物分离时不仅要讲常见的几种分离方法,相应的设备,构造原理,如何操作,而且要详细讲解过程的计算。但是对应联合培养的大专生则要注重实际操作,而把难于理解和把握的过程计算删掉。
3.结合专业特点,分清主次,突出重点
每个学科都有其特点,有它独特地研究问题的方法,授课时有目的的突出这些特点,往往可以收到“画龙点睛”的功效。生物产品从本质上而言,主要是一些微生物或它们的代谢产物。因此,若要将这类产品进行工业化生产,在设计时就必须注意以下两个方面。第一,如何选育菌种、优化培养基从而使目的产物的收率最大。第二,如何从发酵液中提取和纯化目的产物。前者是生物产品实现工业化的前提,后者是保证生物产品质量的关键。由大多数已工业化生物制品的生产过程分析可知,流体流动、过滤、传热、蒸馏、干燥等是生物工程中使用最多的单元操作。所以,我们在讲授化工原理时,以上述单元操作过程为重点,而对于其他单元过程,则仅仅要求学生理解这些单元操作的原理,了解相关设备的选型。这种结合专业特点,分清主次,突出重点的教学方式,不仅可达到较好的授课效果,同时也为学生后续课程的学习做好了铺垫。
4.总结归纳研究各类工程问题时的工程方法,引导科学思维方式
在各单元操作的分析和描述中,体现了研究工程问题的共性和方法论。对于所研究问题(对象) 进行受力分析、物料衡算、能量衡算、相平衡关系描述、传递速率描述等以及经济性基本分析,是研究工程问题的最基本而有效的处理方法。
4.1 数学解析法
某些化工过程中的实际问题在做一定的简化处理前提下,可以直接应用相关的基础理论进行分析描述。这种方法是基础理论课程中常用的方法,是培养学生由科学到技术、由理到工的基本能力和工程问题基本分析能力的重要环节。
4.2 实验研究方法
工程技术的发展过程恰好反映了人类认识的发展过程。化学工程中的某些问题,矛盾错综复杂,难以利用单一的物理概念和数学方法进行描述。解决复杂工程问题存在着两种典型的思维方式,即实验研究方法和数学模型方法。管内流体湍流流动时的机械能损失和管内流体湍流流动时的对流传热系数的研究就是采用的这种方法。该方法是在因次理论的科学指导下分析问题的。
综上所述,工程性课程教学的主要目的就是要对于工科学生进行理论联系实际的示范教育,培养学生的工程概念、工程意识、分析工程问题、解决工程问题的能力,培养工程业务素质。在授课过程中,通过讲解、归纳总结、举例题、精选课后习题,以及开展阶段性综合小设计课题训练等,对于学生加强工程观点、工程理论及其应用能力的培养和训练。学生反映工程意识得到树立,工程设计能力得到了很好的培养,并且对于相关专业产生了较大的兴趣。
作者：张建峰
第二篇：化工原理教学经验浅谈
作者简介：张庆印，(1977.12-)，男，内蒙古，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。
刘秀军，(1963.10-)，男，河北，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。
管山，(1969.11-)，男，天津，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。
卢素敏，(1967.07-)，女，河北，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。
郭玉高，(1976.04-)，男，河北，天津工业大学環境与化学工程学院，研究方向：化学工程。
卞希慧，(1983.11-)，女，山东，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。
摘要：《化工原理》普通高校化工及相关专业的重要专业基础课，通过长期教学实践，从培养学生兴趣、利用多媒体教学、加强实验教学等角度探讨提高化工原理教学效果的方法与途径。
关键词：化工原理;课程教学
《化工原理》是高等院校化工、制药、材料和环境专业的一门必修专业基础课，也是很多高校的考研课程。《化工原理》课程多在大二春季学期后开设。在这个阶段，学生们已经系统学习了高等数学、大学物理以及无机化学、有机化学、物理化学和分析化学等基础知识。而化工原理的主要内容是利用数学、物理和化学等自然科学原理，研究和总结实际化工过程中的客观规律，并运用规律进行过程设计、工艺计算、设备的构造和选型等。从培养化工工程师的角度来看，化工原理在自然科学和解决化工实际工程问题间起着承上启下的关键作用。从多年的教学实践和学生的反馈来看，特别是对于初学者，化工原理公式繁多，理论抽象，枯燥、难于理解，即使学完原理，做题还是摸不到头脑。.如何利用有限的学时，提高教学效果，是值得探讨的问题[1-3]。笔者从自身的教学实践出发，谈谈提高化工原理教学效果的体会。
1. 激发和培养学生的学习兴趣
“兴趣才是最好的老师”是爱因斯坦的名言。兴趣，是认知需要的心理表现，是人对某些事物优先给予注意，是带有积极情绪色彩的认识倾向，兴趣可分为直接兴趣和间接兴趣。化工原理是一门实践性很强的课程，不但与化工生产而且和很多生活中的实例密切相关。教学过程中，可以从这些生活实例出发，培养学生的直接兴趣和间接兴趣，激发学生学习热情，形成学生的主动学习。学习过程中，由于学生对生活实例比较熟悉，可采用讨论式教学法。在问和答的过程中，可有效强化师生的互动作用，使师生共处在动态合作的教学环境中，教学信息的传递和反馈得以及时进行。随着讨论问题的深入并不断的解决的过程，可以充分调动学生的积极思维活动，提高学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，可以极大地增强学生学好化工原理的信心和提高学生的学习兴趣。
2. 合理的使用多媒体技术
当今社会的信息化速度日趋加快，随着教育改革的不断深化，化工原理教学已经离不开多媒体课件。学生在获取知识的过程中，由于同学们的阅历、理解力等方面的原因，很多化工设备学生们从未接触过进而增加了理解的难度，例如板式精馏塔和填料吸收塔的主要部件和附件。对设备流程的不理解，也导致了对原理概念感觉抽象而难以理解。采用多媒体技术授课，教师可以从黑板的局限中解脱出来，全面照顾每一位学生。它以其直观的画面、形象的声音，使抽象的内容变得直观形象，能帮助学生更好地突破学习中的难点。多媒体能直观形象地表达动态的过程，教师和学生处于主动的人机对话的学习状态，易于唤起学生的学习兴趣。多媒体技术的超级连接和随意置换使教师可以灵活控制前后内容之间的衔接，既可单独讲解某个知识点，又可串起来前后连贯学习，使学生获得连贯、系统知识。在教学实践中发现，由于化工原理课程公式多的特点，如果一味的采用多媒体课件，学生的理解速度很难跟上公式播放的速度，导致学生对讲授内容注意力下降，甚至放弃听讲。因此多媒体教学作为一种较新的教学模式，也有它的不足。在实际教学过程中板书和多媒体要相辅相成，发挥各自的长处，相得益彰才能收到较好的教学效果。
3. 注重实验教学环节
实验教学是教学过程中重要的一环。通过对实验设备的认知与操作，学生不但可以深入了解课上所学的理论内容，而且对工程实践中如何实现原理有更深刻的认识，这对培养学生解决工程问题思维大有裨益。此外，通过实验，可以强化化工设备的操作方法。例如离心泵和旋涡泵的操作和流量调节各有什么样的特点。这些设备的操作和条件对化工类专业同学的职业发展，是十分重要的。在教学过程中发现，很多的化工教学实验装置已经是高度集成的装置，有的装置甚至已经实现了实验数据的实时自动采集。有的同学也反映，化工原理实验就是按照老师的指示，动某个阀门，记录相应的数据，整个过程比较枯燥。这对化工原理教师提出了更高的要求。在指导实验过程中，要严格要求学生的实验预习、实验操作以及实验数据的处理过程，在实验过程中强化学生对实验流程，设备结构的认知和了解，强化对实验中各种现象的观察和记录，养成良好的实验习惯。在期末考核过程中，增加对实验部分的考核，从课程管理的角度引导学生重视实验，从而提高整个课程的教学效果。
以上总结的是我们化工原理教学中的几点实践经验。通过以上环节的实施，我们认为可以培养学生主动思考习惯以及应用知识的实践意识。这几个环节具有内在的统一性，在教学实践中认真实行这些环节，并不断拓新，以期使化工原理课程的教学效果更上一层楼。(作者单位：天津工业大学环境与化学工程学院)
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作者：张庆印等
第三篇：林业高校林产化工专业开展化工原理教学的一些想法
[摘 要]化工原理课程强调理论与实践紧密结合，不仅对学生要求较高，而且对教师如何开展有效教學也提出了很大的挑战。根据化工原理课程自身特点和林产化工专业的教学需求，对课程的教学内容、教学方式、实验教学等多个方面进行改革探索，可有效加强学生对典型林化过程中单元操作的理解，培养具有工程观念的专业人才。
[关键词]化工原理;林产化工专业;教学改革
化工原理属于偏工程应用性的专业基础课程。该课程涵盖工业生产的典型单元操作过程，以“三传”过程(动量传递、热量传递、质量传递)贯穿整个课程体系，着重研究典型工业生产过程中所涉及的基本原理、设备选型及计算，内容覆盖范围广，知识面要求高。[1][2]在林业院校林产化工专业的课程体系中，化工原理课程一般开设在大三学年，即学生大一、大二完成自然科学基础课之后，大四开始专业特色课之前，具有承上启下、从理论到实践的过渡作用。[3]
参考国内外同行高校对林产化工专业的方向定位，结合南京林业大学的办学特色，本教研室对化工原理课程的教学改革实践进行了一些初步的探索和归纳，其落脚点是提高学生的工程素质、培养学生的双创意识、塑造学生的可适性，进而全方位提升学生的专业综合素养。
一、根据林产化工专业的特色安排教学内容
林产化工专业特色是采用化学与生物化学的方法，将林业资源加工转化为高附加值产品，要求学生系统掌握化学化工基础理论知识，以及森林植物资源化学加工和生物化学加工的基本原理。针对于此，我们首先完成常规化工原理的教学内容，系统讲授流体流动、流体输送设备机械、沉降与过滤、传热学、蒸发、蒸馏与吸收、干燥学等传统单元操作，在此基础上增加了新型分离传质技术，如萃取、结晶、吸附、膜分离等具有鲜明行业特色的单元操作过程。例如，针对林产化学品混合装置应用广泛的特点，我们在《沉降与过滤》一章中增加了“如何针对林产化学品产物特性，设计有效混合搅拌装置”的提高内容。在《传热学》一章中，针对林源天然产物属热敏性物料、分离操作温度不能太高的特点，我们增添了低温传热过程的原理和设计方法，精简了热辐射的教学内容。在《干燥学》一章中，着重讲述了天然产物提纯所必备的冷冻干燥技术，并介绍了近年来开发的介电干燥新技术。在《结晶与萃取》一章中，重点介绍了针对天然产物的低温结晶技术和超临界CO2萃取技术。通过有针对性的增减教学内容，使化工原理课程教学不仅仅满足于基础传递过程的单元操作理论教学，而且结合林产化工行业特色，紧密联系林化行业实践内容，使得学生“出得课堂，入得厂房”“学有所用，学有所成”。
习题练习是学生学习过程中有效的辅助教学手段。通过适量的习题练习，让学生强化课堂上较为抽象的理论知识点，掌握分析问题和解决问题的能力。[4]遗憾的是，现有国内外化工原理教材中，与林产化工相关的例题和习题几乎没有，主要原因在于传统化工原理习题集与林产化工背景相差太大，导致学生很难深刻理解各单元操作在林产化工中的实际应用。因此，我们借助各种渠道，从图书馆、设计院、工厂、网络平台等收集林产化学加工工程相关的单元操作例题和习题。例如，从许振良主编的《绿色分离工程》、安鑫南主编的《林产化学工艺学》、J.D. Seader主编的《Separation Process Princi?鄄ples》、W.L. McCabe主编的《Unit Operations of Chemical Engineering》等教材中寻找具有林产化工专业特点的练习题，从而让学生深刻理解单元操作理论以及如何解决林产化工行业中的基本问题。
在教学过程中，我们发现学生由于对专业认知的局限，造成学习主动性不足，几乎很难保证课前预习、课后复习的时间。针对于此，在每次课堂教学中我们都会抽出5～10分钟对所学重要知识点进行回顾和总结，在每章节的习题课中也结合工程实践，引入一些学生可以独立解决的工程小问题，采用启发式、讨论式的教学方式，不仅让学生快速掌握章节的重要知识点，也树立起学生对课程学习可解决实际问题的成就感，激发学生的学习热情，达到事半功倍的教学效果。
二、教学过程中改进教学方式方法
(一)重视第一堂课《绪论课》，第一时间吸引学生眼球
在多年的教学过程中，不时有学生提出“林产化工专业的学生为什么要学化工原理?”的疑惑。他们普遍认为，作为以最具有发展潜力的绿色生物为研究对象的林产化工专业的学生，却要花费一年的时间去学习相对成熟且应用于化工大生产的化工原理课程，是否值得呢?作为一线教师，如果不能第一时间透彻地给学生就这个“热点”问题答疑解惑，势必会影响学生后续的学习热情和学习动力。因此，化工原理的第一堂课《绪论》尤其关键和重要。[5]一般来说，“绪论课”首先是从化学工业的发展历程入手，介绍化工原理的诞生和发展历史、课程研究内容、涉及相关领域等。其次，针对部分林产化工专业学生有毕业读研或出国留学深造想法的特点，我们会介绍国外林产化工领域的知名专家教授。如：美国Uni?鄄versity of Wisconsin-Madison的知名教授Dr. James A. Dumesic课题组、美国University of Massachusetts?鄄Amherst的知名教授Dr. George William Huber课题组、西班牙皇家工程院院士Dr. A.Corma课题组等都是当前研究生物基化学品和生物质能源的领头人。而这些专家学者的教育背景基本来自化学工程或相关专业，这让学生懂得林产化工专业与化学工程专业的渊源相同，因此化工原理既是化工基础理论课，又是林产化工专业不可或缺的专业基础课。同时，提醒学生以后读研或留学深造如果选择林产化工、化学工程、生物工程、环境工程等专业就读，学好化工原理极具优势。通过以学生感兴趣的“工作、读研、出国留学”等为目标话题，潜移默化地引导学生树立起“学好化工原理对于工科学生来说有百利而无一害”的观点。
(二)理论联系实际，激发学生学习动力
如何调动学生学习积极性是每个教师必须思考的问题。在化工原理学习过程中，学生如果发现可以凭借课堂上抽象枯燥、晦涩难懂的知识点，去解决工程上甚至生活上的实际问题，必然会有很大的成就感，也就会有更强的学习动力。当然，教师在教学过程中，可以有意识地从一些与日常生活实际紧密联系的现象出发，让学生学会思考如何解释这些现象，进而引出本堂课要重点讲授的知识点，激发学生的学习动力和学习热情，促使学生养成积极思考问题和解决问题的习惯。[6]例如：在讲授《流体流动》章节时，引入城市下水道给排水工程的设计原理，提出在雨季时如何有效减小流动阻力，以避免淹水的问题，进而引出打造“海绵城市”的概念。在讲授《流体输送设备机械》章节时，引入人体心脏相当于血液输送必备的泵，为全身提供血液循环，提出强身健体以增强心脏活力，提高心脏“泵”的扬程，避免摄入过多高热量食品，以减小血液流动阻力，预防脑梗、心梗等疾病，进而引出养生对维持人体机能正常运转的重要性。在讲授《传热学》章节时，给学生提出浴室洗澡时大量蒸汽的提供和运输问题，以及锅炉房烧蒸汽的能耗问题，思考为避免热损失，如何对蒸汽管道保温以及如何提高换热效果。在讲授《蒸发》和《蒸馏》章节时，提出如何快捷有效地分离盐水和酒水的问题，结合制盐工业和酿酒工业，提出实际生产时应考虑能耗比等经济性指标。在讲授《干燥学》章节时，结合南方夏天梅雨季时间长、晾晒不易的特点，提出饱和湿空气无法干燥、不饱和空气干燥效果有差异的现象，进而引出湿空气的若干理化性质，让学生动手计算空气的干燥能力等等。上述的这些问题既活跃了课堂学习氛围，又大大调动了学生的求知欲和主动性。此外，课堂上我们引入一些有趣的小现象，通过类比思考，让学生快速掌握重要知识点。比如：讲授《传热学》中的传热阻力和传质学中的传质阻力时，可以引用城市交通的堵车现象来解释阻力大小的关键点判断，以及如何抓住阻力控制点以达到减小传热/传质阻力的目的。讲授《传热学》章节中対数平均传热温差知识点时，指出班级里女生平均分一般都高于男生平均分的现象是由于女生的整体分值一般都比男生的分值要集中，进而揭示逆流传热效果优于并流传热的结论。上述这些实例可能不是很恰当，却可以很好地吸引学生的注意力，进而深入了解每个不同单元操作的本质，思考单元操作过程中的目的和意义，从而掌握相应的知识点。
(三)灵活运用多媒体教学，弥补传统教学的不足
随着计算机网络科技的发展延伸，运用多媒体辅助教学已成为当今教育的主流，其中的微课和慕课(MOOC)更容易让学生直观接受[7]，这两者主要是以音频、视频为主要载体，包含教学设计、课件教案、教学评价、测试练习及学生反馈、教师点评等辅助性教学资源，可以突破传统课程时间、空间的限制，依托互联网满足学生的学习。
在化工原理教学过程中，我们发现绝大部分学生由于很少接触工程领域，往往对实际工业生产中所涉及的容器设备缺乏概念认识，难以理解其工作原理和内部复杂的结构，而这些知识点在课堂上很难直观表达。[8]针对于此，我们充分利用互联网等先进的信息技术，录制了离心泵工作點详解、精馏课程习题、传热过程知识点讲解等微课课程，并着手于林产化工专业化工原理慕课(MOOC)建设，教学效果显著。例如：在求取离心泵工作点课程中，我们运用Flash动画直观演示层流、湍流、过渡流的流线形成、离心泵内/外部结构以及著名的气缚与气蚀现象，通过动画直观模拟泵设备的工作状态。学生可以通过这种直观的虚拟仿真演示，第一时间掌握课程中的难点与重点，加深对单元操作原理的理解和相关设备的感观认识，弥补学生在工程方面基础薄弱的缺点。
三、以学生动手为目的，改进实验教学
作为化工原理课堂教学的配套与延伸，化工原理实验课教学在培养学生的动手能力、积累学生的工程实践经验、激发学生的实践创新热情方面起着至关重要的作用。[9]根据林产化工专业的培养要求，结合我校化学工程实验中心的具体条件，我们在教学硬件上更新和增加了部分具有林产化工特色的实验教学设备，有意识地提高了设计型、综合型实验比例，减少了部分验证型实验。由于现有大学本科教育中通识教育的过度重视，导致部分偏动手实验的专业课程学时一再被缩减，造成学生工程方面训练的不足。针对于此，我们在化工原理实验教学大纲中除了保留传统的流动阻力测定、离心泵特性曲线、传热、过滤、精馏、吸收和干燥等实验外，还特意新增了管路拆装实验，即让学生从最基本的管路组装开始，锻炼学生的工程应用能力。此外，作为江苏省级实验教学示范中心，我中心还增添了多功能反应精馏、超滤纳滤膜分离、塔盘萃取和冷冻结晶等与林产化工行业密切关联的实验装置。为弥补部分实验装置价格昂贵、占地空间大、资源相对匮乏以及某些实验装置具有一定危险性的不足，我中心于2015年开始着手虚拟仿真试验中心的建设，与北京东方仿真等知名软件公司合作开发具有林产化工特色的传热传质单元操作与典型林化过程的实训仿真软件，使学生切实感受实验装置流程及操作步骤，着重培养学生的复杂工艺动手操作能力，加深学生对工程概念的理解和训练。例如，松香胺产品是林产化工专业萜类化学与利用方向的主要产品，是核心专业课程《林产化学工艺学》中的主要内容之一，也是学生毕业实习的重点学习内容之一。[10]2016年我们以校外实习基地广西梧州松脂股份有限公司、广西桂林化工厂等企业的松香、松节油生产和松香胺生产为模本，与北京东方仿真合作开发“歧化松香三维虚拟仿真培训系统”。该系统以工艺及设备仿真数据为基础，开发三维虚拟现实展示并对外提供通用数据库接口，为学生开展林产化工综合自动化实验教学提供一个专业流程的环境。工艺采用国内外主流生产技术，充分考虑现代专业企业的真实生产过程。整套流程覆盖典型化工原理单元操作过程，具体包括松脂原料输送、松脂熔解、熔解脂液的净制、水蒸汽蒸馏分离松香、松香氨化脱水生成松香腈及松香腈高压加氢生成松香胺等主要生产工序，所有工序包括过程操作参数的监测与控制(DCS系统)，在线仿真培训考核系统。该系统采用开放的软件平台和第一视角的虚拟仿真环境，可实现工厂数据的真实再现，真实还原实际工厂一线的现场状态。为培养学生的工程实践能力，我们还设计了部分可拆装设备，以便学生拆装、认识掌握设备内部结构，从而达到理论与实践相结合。
可以看出，林产化工学科特色明显，对学生的专业素养要求较高，对化工原理课程教学已不仅仅局限于传统教学要求，更需要我们积极思考。通过合理安排教学内容、改进教学方法和手段、更新典型林化过程实验装备、引入虚拟仿真实验教学环境等手段，为培养具有前瞻科学视野和工程实践观念的复合应用型人才打下坚实的基础。
[ 参 考 文 献 ]
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[责任编辑：罗 艳]
作者：顾晓利 陈慕华 姚建峰 徐勇 王飞