安全工程專業的化工原理教學探討范文

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摘要：

安全工程專業化工原理課程存在課時數較少、教學內容多、學生學習難度大問題。根據該專業的專業特色和培養目標，本文分別從篩選教學內容、改進教學方法及優化教學手段等角度進行探討和實踐，以期全面提升該專業化工原理的教學質量和效果。

關鍵詞：

化工原理；安全工程；教學改革

化工原理課程是綜合應用數學、物理、化學和物理化學等理論知識來系統介紹石油化工、金屬冶煉、輕化工業等生產過程中具有相同特點的各類操作。[1]其在化學工程與工藝專業中作為核心課程，在制藥工程、安全工程、環境工程等非化工專業中也作為必修課，學校對該課程的重要性有助于更好地培養學生的工程觀念和分析解決實際復雜問題的能力。我校安全工程專業旨在培養具備安全科學與工程專業知識，具備解決工程安全問題的系統性思維與創新性潛質，能夠勝任安全工程技術與管理等相關崗位的工程應用型人才。由于化工生產過程經常涉及到易燃易爆和有毒有害物質，且很多反應需要在高溫、高壓的苛刻條件下進行，因此安全問題至關重要。針對化工而言，安全工程專業涉及的主要內容包括：（1）化工廠的地址選擇、圖紙設計、施工安全；（2）產品生產中涉及的危化品、易燃易爆品等危險化學品以及高溫、高壓等生產工藝的安全性；（3）化工生產過程中所涉及的設備安全，主要包括高壓容器、機電與特種設備等的安全防護技術；（4）產品生產操作以及產品運輸過程中產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安全技術防護措施。[2]學生只有掌握好化工單元操作的基礎理論知識，才可能具備解決相關工程安全問題的能力。然而對于安全工程專業的學生來說，化工原理課程學時少，而涉及的知識面又很廣，各單元操作都自成體系，設備類型多種多樣且結構復雜。因此，如何針對安全工程專業特點調整化工原理課程教學大綱，系統改革教學方式方法，充分調動該專業學生對化工原理課程的興趣，讓學生在較短的學時內掌握課程的基本理論并初步樹立工程觀念，值得思考。在經過充分研究安全工程專業的培養方案以及專業培養特色之后，本文從篩選教學內容和優化教學方法兩方面出發，結合化工原理課程教學過程中的系列實踐活動，對面向安全工程專業的化工原理教學改革進行了初步探討。

一、教學內容的選擇

安全工程專業的化工原理教學內容多但是所安排的課時數較少（48學時），涉及到的部分單元操作包括傳熱、蒸餾、萃取、干燥、吸收等。對于我校化工專業來說，該課程采用多學時（128學時），用一學年來完成教學任務。因此，基于安全工程專業培養方案特點對化工原理教學課程內容進行調整與優化是目前化工原理教學改革的首要任務。理論課教學講解部分。（1）對教學計劃和教學大綱進行修改，同時按照其培養目標和特點，對教材各章節進行精煉并合理分配教學課時。考慮到“三傳”原理（動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞）統一了各單元操作的基本原理，將“三傳原理”作為教學主線，選擇具有代表性的章節如傳熱、吸收、精餾作為主要教學內容詳細講解，而其他章節如過濾與沉降、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學生培養方案與目標，重點講解該單元操作的基本原理和基本概念，實際應用中的潛在危險及相關典型設備的構造、操作原理、安全注意事項，提高教與學的效果和質量。（2）在教學內容中除了給學生講解“三傳”基本理論外，也要適當介紹革新的生產工藝，新型的容器與設備，引導學生運用所學知識對具體案例進行分析和討論，培養提高學生分析、解決問題的能力，同時使教學內容與時俱進，使學生視野和時代同步。化工原理實驗和課程設計方面。化工原理課程是一門與工程實踐緊密結合的教學課程，僅僅從課堂上的教學很難培養學生的工程觀念和提高分析解決實際復雜問題的能力。結合化工原理實驗與課程設計教學可以使學生更好地理解課堂教學中的理論知識并加以運用。對于安全工程專業的學生，我們挑選的化工原理實驗有：離心泵性能測定、換熱器傳熱膜系數測定、精餾等實驗。在實驗教學中首先要讓學生了解實驗相關安全知識，比如防火、防觸電及相應的應急措施；加強關于設備故障，管線和設備布置等相關安全技術知識的介紹。通過實驗中配備的遠程控制軟件和通用監控系統，引導學生來分析和監測相關化工設備，提高其動手能力；并借此機會學習操作過程的危險性分析方法和設備常見故障的判斷、處理方法，培養其安全意識。課程設計方面我們選擇典型的精餾塔作為設計對象，根據給定的設計任務，讓學生進行課程設計的訓練，引導學生綜合運用化工原理、機械制圖等課程中所學的理論知識來訓練學生工程設計以及解決工程安全問題的能力，培養學生的工程觀念。

二、教學方法與手段的改革

傳統的化工原理課教學過程主要采用課堂理論教學的單一模式，即“填鴨式”教學方法，忽視了學生獨立思考的能力和積極參與的熱情，達不到應有的教學目標。因此改進教學方法調整教學手段是提高教學質量的重要途徑。化工原理課程常用的教學方法有啟發式教學和互動教學法等。所謂啟發式教學法，就是教師在教學過程中引導學生積極主動地獲取和掌握知識的一種教學方法。[3]教師啟發是主導，教師通過針對性的點撥、引導來激發學生的積極性，啟迪學生的思維。例如在講流體輸送機械這部分的離心泵時，我們先問學生：離心泵為何采用后彎葉輪？學生給出不同答案后，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，引導學生逐步接近準確答案，加深對教學內容的理解，促進學生積極思考與爭論。而互動教學法是指在教學過程中更側重學生的主體地位，而教師主要起一個引導和總結歸納的作用。例如在教學過程中增加互動討論的部分，甚至部分授課內容直接采用翻轉課堂，讓學生上講臺來授課，教師最后對學生的講解給予鼓勵，并進行點評和總結。這種方式充分調動了學生的積極性，使學生直接參與到教學活動中來，把單邊教學轉變成雙邊教學。在教學手段上，多媒體可以集圖文聲像于一身，具有信息量大，表現形式豐富，節省板書時間等眾多優點。而安全工程專業化工原理授課中最突出的問題就是學時數少與內容多的矛盾。另外安全工程專業側重對化工生產設備的安全技術介紹，如果學生不能直觀地看到設備，教學就很難達到預期的效果。此時多媒體教學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中各種反應和分離設備、機電設備等的構造、操作原理、安全注意事項快速清晰地展示給學生。當然對于一些重要公式的推導，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，推導過程中這些公式容易造成學生視覺疲勞，有時學生還沒有反應過來，就已經翻到下一頁，使學生感到枯燥無味。這些教學內容更適合利用板書邊推導邊講解，讓學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。因此教師應根據教學內容選擇合理的教學方法和采用不同的教學手段，正所謂“教學有法而教無定法”。在運用現有的多媒體教學之外，我們以實驗裝置為基礎，研究開發了包括“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、數據處理于一體，可以使學生靈活利用課余時間通過該虛擬實驗室平臺進行學習，加深對課堂知識的理解。

三、總結

在安全工程專業的化工原理教學中，我們針對其專業特色和培養目標，對教學內容的改進、教學方法和手段的調整進行了系統的探討，并在初期教學實踐中顯著提高了學生對化工原理課程學習興趣，培養增強了學生的工程觀念及創新能力。此外，該教學改革研究對于其他專業化工原理少學時教學改革也具有借鑒和指導作用，具有一定的普適性。我們也在不斷完善和發展針對其他非化工專業的化工原理教學研究，并在本校積極推進相應的教學改革，以期全面提升教與學的質量和效果。

參考文獻：

[1]陳敏恒，潘鶴林，齊鳴齋.化工原理（少學時）第二版[M].上海：華東理工大學出版社，2013．

[2]閆晚霖，黃斌，王克冰．《化工安全工程》課程教學的改革創新[J].教育教學論壇，2015(32)：124-125．

[3]潘鶴林，張輝，齊鳴齋，等.化工原理（少學時）課程啟發式教學方法探索[J].化工高等教育，2015(1)：47-51．

作者:徐榮 韶暉 單位:常州大學石油化工學院