浅谈化工过程开发教学方法

来源:用户上传      作者: 徐生盼

　　摘 要 化工过程开发是一门具有综合性、应用性、研究性特色的化学化工类专业主干课程。针对这门学科的特点，本文探讨了化工过程开发教学的教学方法，即精心选取教学内容及典型案例、改革考核方式，提高了学生学习的兴趣，取得了较好的教学效果。
　　关键词 化工过程开发 案例 教学方法
　　中图分类号：G420 文献标识码：A
　　
　　Several Teaching Experiences of Development of Chemical Technological Process
　　XU Shengpan
　　(College of Chemistry and Chemical Engineering, Huaiyin Normal University, Huai'an, Jiangsu 223300)
　　Abstract Development of Chemical Technological Process is one of the major courses of chemical engineering and technology. According to the subject characteristics, Teaching contents and typical cases were carefully selected. Besides, we've changed the methods of exam. Results showed that the teaching reformation could improve the effects of teaching.
　　Key words Development of Chemical Technological Process; case; teaching method
　　
　　0 前言
　　随着现代科学技术与工业生产的发展，社会对与人才素质的要求也正在发生深刻变化。振兴经济，实现“四化”所迫切需要的，不单纯是知识型人才，还应是能够联系实际，分析问题和解决问题的技能型人才。①化工过程开发是一门具有综合性、应用性、研究性特色的化学化工类专业主干课程，②要求学生先行修完化工原理、反应工程、分离工程等课程。它是学生从书本基础理论知识上升到工程实际应用的桥梁，着重培养学生从事应用技术开发和科学研究的综合能力，为应用化学及化工专业学生今后顺利地择业和更好地从事化工领域中的生产技术、科研及管理工作奠定坚实的基础。
　　1 化工过程开发的教学内容安排
　　化工生产领域所涉及的各种新产品、新工艺、新技术，首先面临的任务是如何将实验室研究成果转化成大规模工业化生产成果。化工过程开发包括了从实验室研究过渡到建立工业化生产装置的全过程。由技术开发课题立项前的可行性研究，实验室小试，放大的模型实验和半工业化的中间工厂实验，以及对研究确定的工艺技术方案进行技术经济评价，工程设计及建立生产装置等许多步骤，涉及到化学、化学工艺、化学工程、化工设备、计算机化工应用以及经济技术分析等多学科知识。部分教学内容安排如下：
　　（1）概述（绪论）以国际化学科学与工程的地位、全球化学工业的发展历程作为引言，激发学生的学习兴趣。用经典化工开发案例（合成氨、尼龙-66等）着重介绍化工过程开发的基本程序和内容，明确化工过程开发中有关工程研究、基础开发研究、概念设计等重要开发过程研究的作用和内容，让学生逐渐理解理论知识与工业应用之间的联系，树立学生的工程概念。其中，开发研究选题可以单独提出讲解，以教师自己以及国内外专家的科研经历讲解选题的来源（纵向课题、横向课题和自选课题）及重要性，让学生切身体会科研经历，激发学生的探索欲望。
　　（2）开发放大方法。化工过程开发常用的模拟放大方法有：经验放大法、数学模型法、部分解析法和相似放大法。本章以化学反应过程的放大来阐明四种方法，选取不同工业案例，让学生领会每一种方法的适应的对象和条件，以及不同方法之间的综合利用，从而获得良好的开发结果。
　　（3）试验。化工过程开发的试验工作量很大，一直贯穿开发工作的始终。本章的主要内容有试验工作程序、预试验和系统试验、冷模试验、中间工厂试验、试验设计以及试验数据处理。目的是让学生了解化工过程开发试验的工作程序，掌握正交试验设计、均匀试验设计以及试验数据处理的方法，这样既有利于工科学生毕业后面对工厂的试验，也有利于读硕同学面对科研试验的设计及处理。
　　（4）技术经济资料。化工过程开发所需的资料可概括为两方面：一是专门资料，即那些与设计和建立生产装置有直接关系的资料；二是外围资料，指的是为可行性研究和技术经济评价所需的有关产品生产销售和生产环境方面的一些资料，如原料、产品、副产品、能源、环境和厂址选择等资料。通过本章学习让学生知道过程开发所要准备的资料，为下一步的开发过程做好基础。
　　（5）工艺流程的合成与优化。工艺流程的合成与优化时化工过程开发的重要内容，在化工过程开发中以各种形式收集的技术经济信息，最后都要在流程的合成与优化中反映出来。③本章通过案例的学习讲解使学生了解掌握工艺流程的内容和设计应考虑的问题、合成路线和操作方式的选择等；重点掌握反应器的选型、热交换网络的合成以及分离过程的组合；了解常用的工艺流程的优化方法。
　　（6）技术经济评价。技术经济评价贯穿整个过程开发的始终，学生作为未来的工程人员，要培养他们的技术经济思想，过程开发中的任何一个步骤，只有技术可靠经济合理，才能进行下一步的步骤。这样也就意味着工程设计人员不应该只盲目追求高质量的产品与最先进的技术，而是要与实际的经济指标结合起来考虑，这样才能达到最优的技术经济目标。通过本章的学习要求学生了解技术经济评价的标准和方法、评价工艺技术的内容和原则，同时了解开发项目对于环境的影响以及相关的环境评价指标。
　　2 案例教学的应用
　　案例教学是一种以教学案例为基础，以学生在课堂内外对真实事件和情境的分析、思辨为重点，以提升学生应用理论创新性解决实际问题的能力为目标的教学方法。④通过选择典型的化工过程开发的案例，可以将复杂繁琐的知识点以简单易懂的方式传授给学生，增加学生对实际工业过程的理解，锻炼学生独立思考解决问题的能力。
　　 例如在讲述开发放大方法时，⑤列举了合成氨技术、异丙苯生产苯酚和丙酮工艺路线、丁二烯氯化制备二氯丁烯和丙烯二聚过程等开发放大过程的实例，使学生能够充分掌握每一种开发放大方法的特征，加强了学生的工程观念，并能了解工程放大的艰苦性和必要性。在讲到试验这一章节时，列举了“甲苯歧化制取苯和二甲苯的试验”说明了试验的基本工作程序；列举了“丁烯氧化脱氢制丁二烯”的工程案例，使学生掌握了预试验和系统试验的基本内容和基本方法；在讲到冷模试验这一章节的时候，以测定固体颗粒在气流中的运动规律向学生介绍了按相似论方法进行的冷模试验，使学生学会应用相似理论来考察实际生产设备内的三传规律；以连续流动串联釜内物料流动的停留时间分布以及气液固三相流化床的气含率和固含率的例子，向学生介绍了使用概率统计方法进行的冷模试验，说明了测定特殊参数的冷模试验，通过所有这些案例的讲解，可以大大提高学生学习的积极性，使他们了解产生工程放大的原因，从而加深了学生对理论知识的理解，并且学会用工程的观念去分析与解决问题。
　　3 考核方法的改革
　　化工过程开发属于工程学科，很多知识点需要学生的灵活应用而不是死记硬背，因而传统的期末闭卷考试形式不能反应学生的真实的学习情况，也不能带动学生学习的积极性。本课程学生的平时课堂表现占30%，平时作业占30%，期末设计型考核占40%，此种方式受到学生的欢迎，取得了较好的效果。
　　4 结论
　　通过对化工过程教学内容、经典案例的精心选取以及考核方式的改革，大大地提高了学生的学习兴趣，增强了学生的工程理念，取得了较好的教学效果。
　　
　　注释
　　①③武汉大学主编.化工过程开发概要[M].北京:高等教育出版社,2002.4:前言,75,152 .
　　② 张海涛,乐清华等.创新化工过程分析与开发课程体系提高成人教育工程素质[J].化工高等教育,2010.2:19-21,51.
　　④ 郭忠兴.案例教学过程优化研究[J].中国大学教育,2010.1:59-61.
　　⑤ 祝志峰,马玉龙,周新花等.“化工过程开发”教学内容的改革与探索[J].高等理科教育,2003.3:79-81.
　　

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