化工原理教学改革研究
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作者: 张建峰
【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。
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