结合时代特点的化工原理课程教学

化工原理课程是化学工程、化工工艺类及相近专业的技术基础课, 它以化工生产中的物理加工过程为背景, 研究化工单元操作的基本理论及其相应的设备, 建立数学模型并求解过程变量是该学科普遍使用的方法。由于课程涉及的变量数量较多, 数学公式繁杂, 使许多学生对该课程的学习感到力不从心。在信息化时代的今天, 许多过去靠人脑记忆的知识已不需人们必须熟记于脑海, 只要人们能够利用各种资源可在短时间内熟练地找到所需要的知识并加以应用, 就可达到工作要求。在此背景条件下, 教师理应对化工原理的教学方法加以研究并进行适当调整, 以适应时代的发展, 通过教学方法的改进, 提高学生们的学习兴趣, 在达到教学目的的前提下减轻学生的学习负担。

一、降低学生对公式记忆的要求

化工原理课程的公式数量相对多而繁杂, 且很多公式属于经验式或半经验式, 没有严密的逻辑性, 要求同学们在短时期内记住数量繁多的计算公式确实比较困难。信息时代的特点之一就是人们可以将以往需要大脑记忆的大量信息外包给各种电子媒体设备, 而在需要的时候迅速调用, 但不会影响正常的工作效果。因此在教学过程中, 教师的教学思路应加以调整, 可以尽量减少要求学生必须记忆的公式数量, 取而代之的是对公式的充分理解, 以在使用时能够迅速查找到所需知识并能熟练加以应用即可。调用所需知识即查阅公式的渠道可以是自用的电脑硬盘等媒体设备, 也可以是互联网上的数据信息。如利用自用电脑查找, 需将有关内容事先编辑成Word文档, 需要时利用其查找功能即可迅速查找到需要调用的内容, 此方法与翻阅教材查找相关内容相比效率会有一定程度地提高。学生毕业后, 如果需要使用某个公式而头脑中又没有记忆, 则可利用网络资源, 即通过互联网查找相关信息。当然, 上述方法只适用于对化工原理基本知识的运用, 如果需要考研深造, 则必须根据所报考院校的教学大纲的要求熟记所需公式。

二、充分利用多媒体设备进行辅助记忆

化工原理课程难学的另一个原因是符号太多, 记忆困难, 而熟练记住公式中每个符号的意义是充分理解和熟练应用计算公式解决实际问题的必由之路。因此要学好这门课程, 学生必须投入较多的精力去记忆各种符号。众所周知, 计算机技术的发展对许多行业效率的大幅度提升起到了极大的促进作用。在学习过程中, 同样可利用计算机软件的帮助, 使人们的记忆效率倍增。计算机辅助记忆软件是根据记忆曲线设计的软件, 它可根据学习者对应记忆项目的掌握情况自动调整出现的频率, 自动筛选已经“掌握”的记忆内容, 从而大幅度提高记忆的效率。如舍得汉化版supper memo2008计算机辅助记忆软件就是诸多计算机辅助记忆软件中的一种。

另外, 我们可以将化工原理的试验装置、化工主要设备及化工过程的原理等有关教学内容做成多媒体文件, 将其作为教学演示的素材用于辅助教学及学生课后复习的材料, 与此同时, 此方法还可减少真实实验对物资、能源的消耗。由于此方法可反复演示, 因此可使天赋相对较弱的学生通过反复学习取得较好地学习效果。

三、利用电子表格软件求解复杂的数学方程

化工原理经常会遇到不能使用传统方法求解的方程式。以往人们解决的方法通常为两种, 一种是试差法求解, 另一种方法是将其做成图线, 供人们读取数据。除采用的传统的求解方法外, 现在人们通常通过计算机程序求解。但利用计算机程序求解需要专业编程人员的帮助, 要求化工专业的学生独立进行编程求解存在一定难度。在计算机办公软件高度发达的今天, 可考虑利用计算机的电子表格软件来解决复杂方程的求解问题, 此方法不需要学生掌握编程技术, 使用办公软件也可实现对非线性方程的求解。现举一简单的应用实例:

已知苯、甲苯的饱和蒸气压与温度的关系式分别为:

苯与甲苯混合物的摩尔比xA:xB=0.2:0.8时, 求操作压强106.7k Pa时混合液的泡点温度 (精确到0.1℃) 。

众所周知, 泡点温度下各组分的蒸气压之和应等于操作压强。苯与甲苯可组成理想液态混合物, 根据拉乌尔定律, 混合液中某组分的蒸气压与其摩尔分数成正比, 混合液上方苯、甲苯的蒸气压分别为:

泡点温度应在两组分的沸点之间。

根据以上条件可列出泡点温度与组成之间的方程式, 但方程式不能用初等函数的方法求解, 必须采用试差法求解。在电子表格这样的应用软件出现之前, 通常是用逐步逼近的办法求解, 现在则可利用电子表格这样的方便工具, 通过普遍计算而后观察的方法求解。具体方法如下:

(1) 在电子表格中的第一列中输入假设的温度, 以苯的沸点作为最低温度, 甲苯的沸点为最高温度, 温度间隔1℃;

(2) 第二、三列中分别输入纯苯、纯甲苯饱和蒸气压的计算式, 计算出对应温度下的纯苯、纯甲苯的饱和蒸气压pA°、pB° (计算公式中所用的数据取同行前一列的数据, 下同) ;

(3) 第四、五列中分别输入与混合液相对应的苯、甲苯的蒸气压计算式, 自动计算出对应温度下苯、甲苯的蒸气压pA、pB;

(4) 第六列中输入判断公式:苯的蒸气压+甲苯蒸气压-操作压强。当判断式之值由负变正时, 表明泡点温度一定位于此二值所对应的温度之间。

(5) 以上述得到的温度范围为计算范围, 将温度间隔设成0.1℃, 重复上述操作计算过程, “判断式”最接近0的那一行所对应的温度就是所求的泡点温度。

上述计算看似复杂, 但由于电子表格中输入温度、计算公式等操作均可以采用拖拽的方法完成, 所以公式输入还是很方便的。

总之, 在信息技术高度发达的今天, 化工原理课程的教学必须与时俱进。充分利用互联网、计算机软件等工具进行辅助教学, 可使学生从枯燥的传统学习方法中解放出来, 提高学生的学习兴趣, 从而达到更好的教学效果, 在学生们学到课程知识的同时, 也可提高其利用计算机技术查找、利用各种信息资源的能力, 提高其对办公软件的应用能力。

摘要：化工原理是化学工程及相近专业的技术基础课, 此课程与工程实际结合紧密, 是培养学生工程应用能力的重要课程。但由于课程中涉及的公式多而繁杂, 往往使同学们失去学习的信心。信息化时代的到来, 使人们必须靠头脑记忆的内容大为减少, 在化工原理课程教学中, 如果能紧跟时代特点, 充分利用计算机技术及各种信息资源, 适时调整教学方法, 减少同学们对复杂公式的记忆要求, 注重对知识应用能力的培养, 则可提高学生们的学习兴趣。

关键词：化工原理,教学方法,应用能力