安全工程專業(yè)的化工原理教學(xué)探討范文
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摘要：
安全工程專業(yè)化工原理課程存在課時數(shù)較少、教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)生學(xué)習(xí)難度大問題。根據(jù)該專業(yè)的專業(yè)特色和培養(yǎng)目標(biāo)，本文分別從篩選教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法及優(yōu)化教學(xué)手段等角度進行探討和實踐，以期全面提升該專業(yè)化工原理的教學(xué)質(zhì)量和效果。
關(guān)鍵詞：
化工原理；安全工程；教學(xué)改革
化工原理課程是綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和物理化學(xué)等理論知識來系統(tǒng)介紹石油化工、金屬冶煉、輕化工業(yè)等生產(chǎn)過程中具有相同特點的各類操作。[1]其在化學(xué)工程與工藝專業(yè)中作為核心課程，在制藥工程、安全工程、環(huán)境工程等非化工專業(yè)中也作為必修課，學(xué)校對該課程的重要性有助于更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和分析解決實際復(fù)雜問題的能力。我校安全工程專業(yè)旨在培養(yǎng)具備安全科學(xué)與工程專業(yè)知識，具備解決工程安全問題的系統(tǒng)性思維與創(chuàng)新性潛質(zhì)，能夠勝任安全工程技術(shù)與管理等相關(guān)崗位的工程應(yīng)用型人才。由于化工生產(chǎn)過程經(jīng)常涉及到易燃易爆和有毒有害物質(zhì)，且很多反應(yīng)需要在高溫、高壓的苛刻條件下進行，因此安全問題至關(guān)重要。針對化工而言，安全工程專業(yè)涉及的主要內(nèi)容包括：（1）化工廠的地址選擇、圖紙設(shè)計、施工安全；（2）產(chǎn)品生產(chǎn)中涉及的危化品、易燃易爆品等危險化學(xué)品以及高溫、高壓等生產(chǎn)工藝的安全性；（3）化工生產(chǎn)過程中所涉及的設(shè)備安全，主要包括高壓容器、機電與特種設(shè)備等的安全防護技術(shù)；（4）產(chǎn)品生產(chǎn)操作以及產(chǎn)品運輸過程中產(chǎn)生的各類安全防護如防火防爆、防雷防靜電等以及特種作業(yè)安全技術(shù)防護措施。[2]學(xué)生只有掌握好化工單元操作的基礎(chǔ)理論知識，才可能具備解決相關(guān)工程安全問題的能力。然而對于安全工程專業(yè)的學(xué)生來說，化工原理課程學(xué)時少，而涉及的知識面又很廣，各單元操作都自成體系，設(shè)備類型多種多樣且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，如何針對安全工程專業(yè)特點調(diào)整化工原理課程教學(xué)大綱，系統(tǒng)改革教學(xué)方式方法，充分調(diào)動該專業(yè)學(xué)生對化工原理課程的興趣，讓學(xué)生在較短的學(xué)時內(nèi)掌握課程的基本理論并初步樹立工程觀念，值得思考。在經(jīng)過充分研究安全工程專業(yè)的培養(yǎng)方案以及專業(yè)培養(yǎng)特色之后，本文從篩選教學(xué)內(nèi)容和優(yōu)化教學(xué)方法兩方面出發(fā)，結(jié)合化工原理課程教學(xué)過程中的系列實踐活動，對面向安全工程專業(yè)的化工原理教學(xué)改革進行了初步探討。
一、教學(xué)內(nèi)容的選擇
安全工程專業(yè)的化工原理教學(xué)內(nèi)容多但是所安排的課時數(shù)較少（48學(xué)時），涉及到的部分單元操作包括傳熱、蒸餾、萃取、干燥、吸收等。對于我校化工專業(yè)來說，該課程采用多學(xué)時（128學(xué)時），用一學(xué)年來完成教學(xué)任務(wù)。因此，基于安全工程專業(yè)培養(yǎng)方案特點對化工原理教學(xué)課程內(nèi)容進行調(diào)整與優(yōu)化是目前化工原理教學(xué)改革的首要任務(wù)。理論課教學(xué)講解部分。（1）對教學(xué)計劃和教學(xué)大綱進行修改，同時按照其培養(yǎng)目標(biāo)和特點，對教材各章節(jié)進行精煉并合理分配教學(xué)課時。考慮到“三傳”原理（動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞）統(tǒng)一了各單元操作的基本原理，將“三傳原理”作為教學(xué)主線，選擇具有代表性的章節(jié)如傳熱、吸收、精餾作為主要教學(xué)內(nèi)容詳細(xì)講解，而其他章節(jié)如過濾與沉降、干燥等僅做簡單的介紹。同時在講解過程中針對安全工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方案與目標(biāo)，重點講解該單元操作的基本原理和基本概念，實際應(yīng)用中的潛在危險及相關(guān)典型設(shè)備的構(gòu)造、操作原理、安全注意事項，提高教與學(xué)的效果和質(zhì)量。（2）在教學(xué)內(nèi)容中除了給學(xué)生講解“三傳”基本理論外，也要適當(dāng)介紹革新的生產(chǎn)工藝，新型的容器與設(shè)備，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識對具體案例進行分析和討論，培養(yǎng)提高學(xué)生分析、解決問題的能力，同時使教學(xué)內(nèi)容與時俱進，使學(xué)生視野和時代同步。化工原理實驗和課程設(shè)計方面。化工原理課程是一門與工程實踐緊密結(jié)合的教學(xué)課程，僅僅從課堂上的教學(xué)很難培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和提高分析解決實際復(fù)雜問題的能力。結(jié)合化工原理實驗與課程設(shè)計教學(xué)可以使學(xué)生更好地理解課堂教學(xué)中的理論知識并加以運用。對于安全工程專業(yè)的學(xué)生，我們挑選的化工原理實驗有：離心泵性能測定、換熱器傳熱膜系數(shù)測定、精餾等實驗。在實驗教學(xué)中首先要讓學(xué)生了解實驗相關(guān)安全知識，比如防火、防觸電及相應(yīng)的應(yīng)急措施；加強關(guān)于設(shè)備故障，管線和設(shè)備布置等相關(guān)安全技術(shù)知識的介紹。通過實驗中配備的遠(yuǎn)程控制軟件和通用監(jiān)控系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生來分析和監(jiān)測相關(guān)化工設(shè)備，提高其動手能力；并借此機會學(xué)習(xí)操作過程的危險性分析方法和設(shè)備常見故障的判斷、處理方法，培養(yǎng)其安全意識。課程設(shè)計方面我們選擇典型的精餾塔作為設(shè)計對象，根據(jù)給定的設(shè)計任務(wù)，讓學(xué)生進行課程設(shè)計的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生綜合運用化工原理、機械制圖等課程中所學(xué)的理論知識來訓(xùn)練學(xué)生工程設(shè)計以及解決工程安全問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。
二、教學(xué)方法與手段的改革
傳統(tǒng)的化工原理課教學(xué)過程主要采用課堂理論教學(xué)的單一模式，即“填鴨式”教學(xué)方法，忽視了學(xué)生獨立思考的能力和積極參與的熱情，達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)目標(biāo)。因此改進教學(xué)方法調(diào)整教學(xué)手段是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。化工原理課程常用的教學(xué)方法有啟發(fā)式教學(xué)和互動教學(xué)法等。所謂啟發(fā)式教學(xué)法，就是教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生積極主動地獲取和掌握知識的一種教學(xué)方法。[3]教師啟發(fā)是主導(dǎo)，教師通過針對性的點撥、引導(dǎo)來激發(fā)學(xué)生的積極性，啟迪學(xué)生的思維。例如在講流體輸送機械這部分的離心泵時，我們先問學(xué)生：離心泵為何采用后彎葉輪？學(xué)生給出不同答案后，我們可以進一步追問：為何不用揚程大于后彎葉輪的徑向葉輪或前彎葉輪？通過一步一步追問，引導(dǎo)學(xué)生逐步接近準(zhǔn)確答案，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，促進學(xué)生積極思考與爭論。而互動教學(xué)法是指在教學(xué)過程中更側(cè)重學(xué)生的主體地位，而教師主要起一個引導(dǎo)和總結(jié)歸納的作用。例如在教學(xué)過程中增加互動討論的部分，甚至部分授課內(nèi)容直接采用翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生上講臺來授課，教師最后對學(xué)生的講解給予鼓勵，并進行點評和總結(jié)。這種方式充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，使學(xué)生直接參與到教學(xué)活動中來，把單邊教學(xué)轉(zhuǎn)變成雙邊教學(xué)。在教學(xué)手段上，多媒體可以集圖文聲像于一身，具有信息量大，表現(xiàn)形式豐富，節(jié)省板書時間等眾多優(yōu)點。而安全工程專業(yè)化工原理授課中最突出的問題就是學(xué)時數(shù)少與內(nèi)容多的矛盾。另外安全工程專業(yè)側(cè)重對化工生產(chǎn)設(shè)備的安全技術(shù)介紹，如果學(xué)生不能直觀地看到設(shè)備，教學(xué)就很難達(dá)到預(yù)期的效果。此時多媒體教學(xué)可以有效緩解這些矛盾。它通過圖片或動畫的形式將化工生產(chǎn)中各種反應(yīng)和分離設(shè)備、機電設(shè)備等的構(gòu)造、操作原理、安全注意事項快速清晰地展示給學(xué)生。當(dāng)然對于一些重要公式的推導(dǎo)，例如流體流動中的柏努利方程、精餾中的操作線方程，若只采用多媒體課件來展示，推導(dǎo)過程中這些公式容易造成學(xué)生視覺疲勞，有時學(xué)生還沒有反應(yīng)過來，就已經(jīng)翻到下一頁，使學(xué)生感到枯燥無味。這些教學(xué)內(nèi)容更適合利用板書邊推導(dǎo)邊講解，讓學(xué)生一步一步跟著教師的思路走，從而加深對傳遞過程的理解和重要公式的記憶。因此教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇合理的教學(xué)方法和采用不同的教學(xué)手段，正所謂“教學(xué)有法而教無定法”。在運用現(xiàn)有的多媒體教學(xué)之外，我們以實驗裝置為基礎(chǔ)，研究開發(fā)了包括“離心泵”、板框“精餾”、“過濾”、“吸收”、“傳熱”、“干燥”、“流體流動阻力”等多套裝置的3D虛擬實驗室平臺。該實驗室集3D展示、多媒體授課、數(shù)據(jù)處理于一體，可以使學(xué)生靈活利用課余時間通過該虛擬實驗室平臺進行學(xué)習(xí)，加深對課堂知識的理解。
三、總結(jié)
在安全工程專業(yè)的化工原理教學(xué)中，我們針對其專業(yè)特色和培養(yǎng)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容的改進、教學(xué)方法和手段的調(diào)整進行了系統(tǒng)的探討，并在初期教學(xué)實踐中顯著提高了學(xué)生對化工原理課程學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)增強了學(xué)生的工程觀念及創(chuàng)新能力。此外，該教學(xué)改革研究對于其他專業(yè)化工原理少學(xué)時教學(xué)改革也具有借鑒和指導(dǎo)作用，具有一定的普適性。我們也在不斷完善和發(fā)展針對其他非化工專業(yè)的化工原理教學(xué)研究，并在本校積極推進相應(yīng)的教學(xué)改革，以期全面提升教與學(xué)的質(zhì)量和效果。
參考文獻：
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[2]閆晚霖，黃斌，王克冰．《化工安全工程》課程教學(xué)的改革創(chuàng)新[J].教育教學(xué)論壇，2015(32)：124-125．
[3]潘鶴林，張輝，齊鳴齋，等.化工原理（少學(xué)時）課程啟發(fā)式教學(xué)方法探索[J].化工高等教育，2015(1)：47-51．
作者:徐榮 韶暉 單位:常州大學(xué)石油化工學(xué)院
