化學反應工程課程教學改革與實踐

摘 要：化學反應工程是化工類專業的核心課程，對于培養學生的化學反應工程基礎、強化工程分析能力都具有十分重要的作用。本文闡述了根據化學反應工程課程的學科特點，通過在課程教學中進行教學內容、教學方法和教學手段等方面的改革，加強教學管理等方法，以提高課程教學質量為目標，為化學反應工程教學改革提供參考。

關鍵詞：化學反應工程；教學改革；實踐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.200

化學反應工程是化工類專業的一門核心課程。該課程以物理化學、化工原理、化工熱力學等化工專業基礎課為先修課程，其主要研究物料從進入反應器到離開為止的全過程，主要解決過程中的反應動力學和反應器分析與設計兩個基本問題?；瘜W反應工程內容涉及多學科，理論較抽象，數學模型多，計算復雜繁瑣，有些方程只能通過數值計算求解。因此有不少學生把化學反應工程認為是大學中最難學的課程之一[1-3]。

重慶三峽學院是一所普通本科院校，學校人才培養目標是培養應用型技術人才。在化學反應工程的教學中，結合學生的實際情況，讓學生能系統掌握本課程的內容，使教學內容達到較為合理的程度，力求把化學反應工程基本觀點與相關基礎知識緊密聯系起來，著重培養寬口徑、厚基礎、應用型化工高級人才。為此，以培養學生綜合運用基礎知識分析、解決實際問題的能力為目標，把課程的理論研究與教學方法、手段等方面研究相結合，積極地進行教學改革探索與實踐[4-6]。

1 教材的選擇和教學內容的精選

優秀的教材是課程教學的基本保證。有關化學反應工程的教材版本很多，體系編排差別較大，所涉及到的內容大都符合教學大綱的規定，因此合理選擇教材對于教學和學習非常重要。根據我校的實際情況，在研究多個版本教材的基礎上，認為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材、由陳甘棠教授主編的《化學反應工程》（第三版）符合教學內容及授課體系，該書定為我?；瘜W反應工程課程教材。該書內容經典系統，覆蓋面大，循序漸進，篇幅較短，易于學生掌握。其它版本的教材當中，朱炳辰教授主編的《化學反應工程》更注重反應工程研究方法介紹，并在相應章節中論述了反應工程學科的新進展，便于讀者深入鉆研。兩本教材各有特色，可互為補充。另外選取優秀的外文版教材譯本作為學生的參考書，讓學生涉獵到化學反應工程學科的前沿知識，開拓視野。

課程教學內容要力求體現本學科的科學性、先進性和適用性。教師只有掌握了該課程的知識結構特點，才能夠抓住教學重、難點，精心選擇教學內容?；瘜W反應工程課程的基本內容包括反應動力學和反應器設計與分析兩個方面，依據化工過程中的化學反應與反應過程中的動量、熱量和質量傳遞關系來講解，并對反應器進行設計與分析，闡明反應動力學基本原理。在實際的教學中，教師應清楚課程各部分知識的結構層次與相互關系，緊緊圍繞反應工程學科的兩個基本問題，把基本觀點與基礎知識聯系起來，從工程分析的角度討論化學反應工程中的重要概念。因此任課教師備課時必須認真鉆研教材，了解本學科發展動態及前沿，精心組織講課內容，合理安排，突出重難點，內容詳實。重點講授氣-固相催化反應本征動力學與宏觀動力學、理想流動反應器、反應器中的混合及對反應的影響等章節，突出工程意識，增強學生分析問題和解決問題的能力。對于氣-液反應及反應器、氣-液-固三相反應工程和多流體相的反應過程等內容，進行適當講解。同時努力拓寬教學內容信息，把學科研究的最新工業化成果向學生介紹，激發他們的創新意識和工程意識。對于本課程與其他學科領域交叉形成的一些新的分支，如聚合反應過程、生物反應工程、電化學等，以學生自學為主，達到開拓學生的視野和培養學生創造力的目的。

2 采用靈活多樣化的課堂教學模式

課堂教學是化學反應工程理論教學的主要環節。本課程涉及較多工程數學知識，且要求有一定的邏輯思維能力，由于學生的數學基礎比較薄弱，專業基礎知識面也不寬，課堂講授的內容和方法必須適當，才能收到較好的教學效果。在化學反應工程課程的教學過程中，采用多種多樣的課堂教學方法，改變完全以教師為中心的講授式教學為多種教學方法并用， 以達到提高學生學習的主動性，提高課堂教學效果。下面介紹主要采用的幾種教學方法。

2.1 講授式教學

教師系統地向學生傳授學科知識。教師在講授每一章時都可先用幾分鐘的時間，采用圖示的方法，概括本章主要內容和基本理論結構框架，讓學生領會教學目標，明確教學思路和重、難點以及具體應用實例，特別要聯系實際和知道如何應用到相應的具體計算當中。在每一堂課開始時，都應該有承上啟下的對上一節課的內容相應的總結，使學生能夠將知識有機地結合起來。教師在講授過程中要詳細講解典型內容，并要突出重、難點。如氣-固催化反應和氣-液反應過程，可以根據反應物分子必須接觸碰撞才能進行反應的共同特點入手，講解其最基本的反應步驟。讓學生了解其共性后，能夠舉一反三，推導出相應的液-液、液-固反應過程，既調動了學生學習的積極性，又能使學生牢固掌握基本理論。

2.2 互動式教學

即授課過程中教學雙方經常進行交流互動。教師可以選出教材中較為典型的章節或例題，首先提出問題，由學生自行閱讀課本，讓學生帶著問題自主學習，以學習課程知識為重點，讓學生自行討論閱讀的內容后，全班討論或小組討論，最后教師強調并總結該部分內容中的關鍵概念和原理等。每次課程結束時，教師可以給學生布置總結本次課程內容的任務，下次課上隨機抽出幾位學生對前一次課的內容進行提綱挈領式的回顧，由此達到督促學生課后自主復習，及時消化，保證知識的連貫性，達到溫故而知新的目的?；邮浇虒W方法能夠促使學生自主學習，新問題的提出，又能刺激學生主動想法獲取問題答案，學生上課的積極性很快提高，取得了良好的教學效果。

2.3 歸納對比法教學

化學反應工程教材中的概念抽象，公式繁多，教學推導過程復雜。歸納對比法在化學反應工程的教學過程和指導學生復習鞏固知識過程中起著重要的作用，可以把零散的、不成系統的基本概念知識系統化、理論化。例如，將理想反應器和非理想反應器，連續反應器和間歇反應器，平推流反應器和全混流反應器，等溫恒容反應與等溫變容反應，流化床反應器和固定床反應器等基本概念進行對比。通過比較，找出概念的相同點和不同點，把相近的概念區別開來，從而達到簡化、概括和記憶的目的。除了本學科之內的概念比較外，也可以不同學科進行比較。如把反應器中三傳問題與化工原理中的單元操作相比較，把宏觀動力學與物理化學課程的本征動力學相比較，有意將化學反應工程和已經學過的課程進行聯系，以加深學生對該課程學習的興趣。將復雜的概念用列表、提綱等簡單明了的形式表達出來，使學生在“識同辨異”中增進學習興趣，在“歸納”中滲透，在“對比”中鞏固，最終達到提高學習效率的目的。

2.4 案例教學法[7]

化學反應工程教材中的很多化工案例，內容過于簡略，學生很難從中真正領會到案例的作用。對于教學過程中選用的一些能夠反映技術發展前沿和創新科研的工業實例，可采用案例教學法。從化工實踐中選取合適的案例，進行專題討論，充分調動學生學習的積極性，發揮學生在學習中的主體作用，使他們通過積極的思維后主動獲取知識。在案例教學的討論中要注意教材中前后章節內容的連貫性，不孤立分割每一章節內容，要讓同學意識到，所學的知識不是獨力的而是共同為解決實際問題服務的。例如在講授固定床氣-固相催化反應時，選擇學校實習基地宜化化工集團公司合成氨多段絕熱固定床反應器的案例，結合生產實習認識，對固體催化劑的裝載具體要求，反應器的具體實際類型和操作條件、操作方式等進行詳細講解和討論，讓學生深刻體會氣-固相反應的過程、固定床催化器的特點、使用情況和選型原則等，初步掌握化工生產過程分析問題和解決問題的方法，培養學生理論聯系實際能力。案例教學可以給學生留下深刻的印象，從而激發他們的創造欲，使他們成為推動學科發展與技術進步的新生力量。

3 理論教學與實踐教學充分融合

在教學過程中，化學反應工程課程組教師充分認識到理論教學與化工專業實驗和化工設計的統一性，理論知識能指導實踐，科學實踐又能幫助將感性認識上升為理性認識后，再應用到實踐中去。抓住各實踐教學環節的機會，將本課程中的理論融入實踐教學之中。

由于校院兩級投入的加大，實驗條件和實踐教學條件有了較大的發展。針對本課程所設置的教學實驗有多釜串聯反應器停留時間分布測定實驗、管式反應器烴類裂解反應實驗、苯酐合成實驗、固定床與流化床的流動特性測定實驗和乙苯脫氫制苯乙烯實驗?，F在開設的化工專業實驗中，有很多實驗是和理論課程緊密相連的，只要科學合理安排理論教學和實驗教學，就能使二者有機結合，為本課程的實踐教學提供良好的支撐。進行相關實驗能夠進一步強化學生所學的理論知識，讓學生在實驗過程中認識真正的反應器，并將所學理論知識運用到反應器的操控和數據的處理。改變那種老師“抱著走”的單一教學方法，提高學生學習的積極性和主觀能動性。

課程設計是完成課程教學后對該課程基本知識和技能進行綜合應用的一個教學環節，通過課程設計培養學生解決生產實際問題的能力和知識的綜合應用能力。為了進一步深化學生對化工反應器的認識，建成了仿真計算實驗室，仿真實驗室安裝有化工設計模擬軟件，為學生化工設計實踐提供了良好條件?；瘜W反應工程課程的主講教師也是化工設計指導老師，學生以小組為單位，教師提出設計課題，學生查閱工程手冊等資料，采用CAD 繪制設計圖紙，并通過答辯完成課題設計。通過反應工程的課程設計，初步培養學生的工程理念。

化學工程與工藝專業的學生都必須要經歷認識實習和生產實習等實踐環節?；瘜W反應工程課程組教師充分利用這些實踐教學環節，引導學生把課程理論知識與現場生產實踐相結合。例如在實習中，給學生下達任務，了解相關工業反應器的形式和特點，其中所發生反應的類型和特點，記錄反應器進出物料組成和流量等數據，利用該數據進行物料衡算，計算主產物的收率、選擇性等，使學生利用所學知識，體會到所學知識在實際工作中的作用，激發學生學習興趣，實現理論與工程實際的緊密結合。

4 改革考核方式

考試具有測評教師教學水平和學生學習效果的功能，還有引導學生積極學習的“無形指揮棒”作用?？荚囍贫鹊母母锟梢酝瑫r有效促進教學內容、方法和手段的改革?？荚囃ǔＳ虚_卷和閉卷兩種，各有特點。本課程采用平時成績（占20 %）和期末考試成績（占80 %）相結合的考核方法?；瘜W反應工程課程試題多年來一直堅持教考分離，每次考試試卷由其他教師按基本要求從試題庫出70%的考題，主講教師根據各自的講課特點出30%的考題組合而成。這種命題方式既考慮了課程的基本要求，實施教考分離，又能充分發揮各主講教師自己的講課特色，要求學生體會課堂教學的內容。

平時成績按照學生平時出勤、作業、課堂回答問題及課堂練習考核、寫小論文、寫專題報告等情況綜合評定給出。平時學生可以上學?；瘜W反應工程精品課程網站，自主學習，使學生的綜合素質得以提高。

期末筆試考核學生必須掌握和熟記的基本理論、數學模型與計算方法等，按照期末筆試答題情況給出期末成績。這種綜合評定成績方式督促學生注重綜合素質的提高，對學生良好的學風建設起到了促進作用。任課教師在每次考試后，要求必須對試卷進行詳細分析和課程總結，找出試卷中學生存在的共性問題和薄弱環節，為下一輪教學起到借鑒和促進作用，并注意在教學過程中不斷改進和完善，實現教與學兩方面共同提高。

5 結束語

在當今實施素質教育、培養創新型人才的社會大背景下，化學反應工程作為一門工程學科，要求學生系統掌握反應工程課程的內容，能夠把反應工程基本觀點與工程知識緊密聯系起來，從工程應用分析的角度來討論重要的工程概念。通過課堂教學與專業實驗、生產實習相結合以及創建課外實踐教學活動平臺和考試形式等多方面的教學改革，并比較了改進前后的教學方法對教學效果的影響進行，發現不同的內容采取相應的教學方法，學生更便于理解掌握教學內容，收到了良好的教學效果?；瘜W反應工程的教學改革還只做了初步的改革探索與實踐，每個學校具體情況都不一樣，應根據自己的專業方向和辦學特色做進一步的探討。

參考文獻：

[1]范明霞，袁頌東.化學反應工程重點課程建設探索與實踐[J].廣州化工，2009，36（2）：111-112，115.

[2]丁剛，吳元欣，程健等.化學反應工程課程體系與實踐教學模式的探討[J].化工高等教育，2008，103（5）：49-52，79.

[3]傅楊武，祁俊生，梁克中.論《化學反應工程》教學改革與實踐-從“3T”人才培養模式視角[J].重慶三峽學院學報，2011，27（3）：131-134.

[4]李望，朱曉波.《化學反應工程》課程教學方法初探[J].教育教學論壇，2015，43（10）：156-157.

[5]王琳琳，陳小鵬，梁杰珍等.改革地方院校課程教學模式和內容，培養學生工程與創新能力-以廣西大學化學反應工程教學為例 [J].實驗技術與管理，2012，29（8）：10-14.

[6]劉會娥，丁傳芹，劉欣梅.結合卓越工程師培養，提高化學反應工程課程的教學實效[J]. 化工高等教育，2012，123（1）：80-83.

[7]張耀霞，曹振恒，付峰等.《化學反應工程》理論課教學方法探索[J].化學工程與裝備，2012，22（3）：163-165.