《化工原理》课程教学手段改革研究报告

水恒福 张代林 崔平 韩永霞 裴秀中 王德强

安徽工业大学

概 述

目前我校化学工程基础课程包括化工原理、化工热力学、分离工程、传递工程和反应工程等五门课程。传统的化学工程类课程内容交叉较多，界限不明，存在重复教学，并且教学方法陈旧，教学手段落后，因而教学效果不尽人意，已不能适应现在市场经济对工艺类学生的要求。为了提高学生的综合素质和能力，使学生在有限的时间内迅速掌握化学工程课程的基本理论，提高学生的工程实践能力，必须改变现行的化工基础课程的教学方式和内容，以适应经济发展的要求。当前，教育部已着手进行以提高学生的综合素质为目的本科教学改革，要求打破传统的教学模式。化学工程课程改革也应顺应这一趋势，以适应化学工程与工艺这一新的专业设置对课程的要求。国内有关高校如天津大学、华东理工大学等已有对此课程改革的动向，但尚未开展工作。因此我们应该立足于我校的办学指导思想，根据我校的特点和多年来课程教学经验，走出一条具有自己特色的、符合我校办学思想和发展方向的新的化学工程课程的教学模式，培养面向21世纪化学工程与工艺专业的复合型人才。

计算机技术的飞速发展，对高等教育和教学提出了全新的要求和挑战。高等化工教育也应转变教学和教育观念，采取新的教育模式和教学方式。走教育创新之路，实施创新教育工程，是经济社会发展的内在要求，也是新世纪我国教育发展与改革的时代课题和任务。我国教育法明确规定“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学文化，促进社会主义现代化建设”。近年来，为了适应时代发展要求，我国的高等教育从教育管理、专业设置、课程建设等多个方面进行了大胆改革，并已取得了一定成效。当然，教育改革最终应围绕课程建设这一核心展开，因为教育改革的目标、方向最终必须落实在具体的课程中，通过课程的具体实施来实现。因此，如何在具体的课程教学中培养学生的创新素质，包括创新意识、创新精神、创新能力和创新人格等，成为高校教师面临的重大课题。本课题主要围绕五门相关课程，进行课程内容的整合和扩展，同时对课程设计和实践体系进行了改革，取得了一些好的经验，并将这些成功的经验应用于化工工艺专业教学中。

本研究成果主要内容

一、深入研究化学工程五门基础课程（化工热力学、化工原理、分离工程、传递工程和化学

反应工程）内容的相互关系以及同物理化学之间的联系，对课程内容进行整合，确定各门课程的教学内容及适当的课时分配，对课程的设置系列化，形成化学工程课程体系，编制和完善新的课程教学大纲；

二、将分离工程与化工过程模拟内容进行组合成为“分离工程与过程模拟”一门课程，根据

分离工程原理，对重要的几个化工单元，介绍机理模型及模型参数求解的一般方法，建立新的课程大纲，立足于学生能力与素质的培养，为学生打开一扇“天窗”，激发学生的创新能力；

三、跟根专业培养目标要求，加强实践教学环节的训练，改革现行的实验课程与实验项目，

把分散在各课程中的实验抽出来，按知识和技能分解若干系列实验，减少实验重复。同时增加综合实验内容，有针对性设置综合实验，并进行典型的化工单元操作课程实习，以加强学生对理论课程的理解和动手能力；

四、改革现行的课程设计环节，加强课程设计力度。一方面增加设计课时，把原来只有一门

课程仅2周的课程设计，增加到4门共6周。课程设计按一个大纲要求，由不同课程完成，制图课程设计完成绘图训练，化工机械课程设计完成零件和装配图训练，化工原理课程设计进一步加强化工单元操作设备计算和设计训练，化工厂设计重点完成化工生产车间流程设计训练。另一方面在设计环节中引入计算机辅助设计，提高设计质量与效率； 五、改革现行的教学手段。在课堂教学中进行电化教学和多媒体教学，利用一些先进的教学

设备，提高课堂教学效果和课堂效率，增强学生学习兴趣；在《化工原理》课程教学中，着重对设备内容采用多媒体先进的教学手段进行讲解，增强了学生对化工设备的认识。对实验室没有开出的部分实验，利用计算机仿真模拟实验，弥补了没有开出实验的不足，提高了课堂教学效果。

六、教师在教改过程中拓宽了知识面，提高了教学水平，积累教改和教学经验，提高了教师

的整体素质，达到教书育人的目的。

几点说明

1. 通过研究，理顺了化工基础课程的课程体系，加强了课程建设。

整个化工基础课程是以化工原理为核心，以化工热力学和化学反应工程为基础，以分离工程和传递工程作为化工原理的进一步拓展为框架的体系。因而对化学工程与工艺本科教育，应在学习物理化学的基础上，学习化工热力学和化学反应工程，以适应专业的调整，加强化工基础教育。在此基础上学习化工原理，并进一步学习分离工程，不再开设传递工程。在学时上突出化工原理的中心地位，对各门课程的内容和学时作适当的调整，满足总学时的要求，同时突出基础和重点。

2. 进行了课程整合，明确各门课程的内容

化工热力学教学中以应用教学为主，重点放在对过程的热力学分析，主要包括能量平衡、熵平衡及单元过程的热力学分析。化学反应工程重点化学反应动力学和流动模型解决常见反应器（管式、釜式）的设计问题。化工原理中特殊精馏则放在分离工程介绍，分离工程重点在多元物系的复杂组分的分离计算方法介绍，而对需要用到的热力学性质作些简单介绍。 3. 拓宽了专业面，开拓了视野，提高了学生的创新能力

分离工程与化工过程模拟内容进行组合成为分离工程与过程模拟一门课程，根据分离工程原理，对重要的几个化工单元，介绍机理模型及模型参数求解的一般方法，建立新的课程大纲，立足于学生能力与素质的培养，为学生打开一扇“天窗”，激发学生的创新能力。此外还着眼于改革现行的课程实验，有针对性地设置一种化工综合实验，加强课程设计力度，着眼于在设计环节引入计算机辅助设计和CAD设计，并有针对性地进行典型的化工单元操作课程实习，开拓了学生的视野，提高了创新能力。

化工原理是化工类专业中一门工程性、实践性很强的重点专业技术基础课，它涉及众多大型化工设备结构、复杂的操作原理及流程、大量的工程计算。采用传统教科书＋黑板的教学模式，教师难讲，学生难学。而以计算机为核心的现代信息技术的迅猛发展，为化工原理的新教学模式研究提供了技术基础。编制化工原理多媒体电子教案，实施课堂教学条件下的新教学方法，是化工原理教学改革面临的新课题。

为此，我们对化工原理教学手段改革做了如下工作： （1）编写了一套多媒体电子课件。

本电子课件实际上是一套系统、完整的课堂教案。电子教案内容涵盖了绪论、流体流动原理、流体输送机械、非均相分离、传热原理、蒸发、传质原理、吸收、精馏、传质塔设备、萃取、干燥及流态化气体输送等内容。在电子教案中也涵盖了课程所涉及的设备图。

电子教案的编排结构应符合教学规律。各单元操作的阐述按如下三段式展开：过程分析—过程描述—过程及设备计算。据课题组成员多年化工原理课程的教学经验，这种编排方式

符合教学规律，深受学生的欢迎。

设备包括如下化工设备（流体流动装置、泵类、沉降与过滤设备、萃取器、干燥器、换热器、蒸发器、精馏塔及填料塔等）。通过兄弟院校交流，所包括的设备几乎包含了课程中所有设备。传统的化工原理设备讲解，由于受教学条件的限制，该内容是教学过程中教师讲解最为费事的部分，课堂上学生收效也不大，有种“纸上谈兵”形式。为了克服该方面的缺憾，利用多媒体对设备进行阐述，达到了图文并茂的效果，增强了学生对设备的感性认识，使学生对知识掌握得更加透彻，更加形象，有利于激发学生的学习兴趣和创新激情。通过学生调查，学生对该种形式讲解设备非常满意，该形式能够活跃课堂气氛，学生对设备认知效果大大增强。

（2）在教学实践中潜心探索教学方法，逐步形成课堂教学新模式。

传统的粉笔＋黑板的课堂教学模式经过了漫长时间的应用，现在要采用计算机、大屏幕投影仪及电子教案等授课，需要探索在新的教学环境下，提高教学效率和教学效果的新教学方法。这种崭新的教学模式的形成、成熟，绝不是一朝一夕就一蹴而成的，需要在教学实践中潜心探索，不断调整。课题组成员经过两届学生的课堂教学，体会到使用多媒体电子教案辅助课堂教学必须做到：备课要充分、节奏要适当、课堂有交互、课件内容要更新。 采用现代化教学手段辅助课堂教学，使教学内容图文并茂，静、动结合，教学形式生动活泼。但是，如果讲授方式不得当，则会出现解释性授课，出现“照屏宣科”。这种教学方式对教师提出了更高的教学要求，尤其对备课的要求比采用传统教学方式更高。课题组成员在教学实践中感到，好的教学效果往往是屏幕出字、出图的同时，教师熟练地授课。教师授课是启发、是诱导，屏幕是清晰的结论，是设备结构、操作原理及流程模拟的演示。不是出字、出图在先，教师讲授在后。

由于节省了课堂板书时间，采用现代化教学手段辅助课堂教学的优势之一，能提高课堂教学效率，加大授课信息量。但节省下来的时间不能大量增加新知识，如果这样会使教学节奏过快，学生很难适应，以至于消化不良，影响课堂教学效果。节省下来的课时应主要放在充实教学大纲规定的基本教学内容，并依此为基础，加大课堂练习，强化应用。学生感到这种安排内容充实，基础扎实，学习效果好。

成果创新点

1. 对化工基础课程进行整合和学时重新调整，确定了五门基础课程（化工热力学、化工原理、分离工程、传递工程和化学反应工程）的教学内容及适当的课时分配，对课程的设置系列化，形成化学工程课程体系；

2. 把分离工程与过程模拟相结合，整合为分离工程与过程模一门课程，建立新的课程大纲，立足于学生能力与素质的培养，激发学生的创新能力；

3. 课程设计力度的加强，课程设计按一个大纲要求，由不同课程完成，形成由零件至化工生产车间的系列课程设计。在设计环节中引入计算机辅助设计，提高设计质量与效率。

4. 利用多媒体动画对化工设备进行讲述，增强了学生对化工设备的认识，利用计算机仿真模拟实验，弥补了没有开出实验的不足，提高了课堂教学效果。

推广应用

通过课程教学改革，适应新的专业调整要求，加强专业基础教育，加强学生的工程设计能力，激发学生的学习兴趣，注重学生综合能力的训练与提高，提高学生的整体素质，以适应21世纪人才市场的要求。课程的整合，避免的五门化工基础课程之间以及同物理化学课程的简单重复，压缩了理论教学时数，提高了教学效果。通过运用多媒体对《化工原理》教学，大大增多该课程的教学信息量，增强了学生对化工设备（流体流动装置、泵类、

沉降与过滤设备、萃取器、干燥器、换热器、蒸发器、精馏塔及填料塔等）感性认识。使学生对知识掌握得更加透彻，更加形象，有利于激发学生的学习兴趣和创新激情。为后续课程（化工原理课程设计、化工厂设计及毕业设计）的学习，打下了坚实的基础。

按教改课题内容要求，在化工97级试点的基础上，已固化并实施在化工98级、化工99级、及以后各届化工工艺专业的教学计划中。在今后化工工艺专业教学计划中，将一直推行，并根据专业方向培养要求，进一步调整和更新。相关专业也可参照实行。多媒体应用于我校《化工原理》的课程教学，其他化工类相关课程可参考其方法进行教学。也可推广其他高校的《化工原理》的课程教学。