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安全工程专业的化工原理教学探讨

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摘要:

安全工程专业化工原理课程存在课时数较少、教学内容多、学生学习难度大问题。根据该专业的专业特色和培养目标,本文分别从筛选教学内容、改进教学方法及优化教学手段等角度进行探讨和实践,以期全面提升该专业化工原理的教学质量和效果。

关键词:

化工原理;安全工程;教学改革

化工原理课程是综合应用数学、物理、化学和物理化学等理论知识来系统介绍石油化工、金属冶炼、轻化工业等生产过程中具有相同特点的各类操作。[1]其在化学工程与工艺专业中作为核心课程,在制药工程、安全工程、环境工程等非化工专业中也作为必修课,学校对该课程的重要性有助于更好地培养学生的工程观念和分析解决实际复杂问题的能力。我校安全工程专业旨在培养具备安全科学与工程专业知识,具备解决工程安全问题的系统性思维与创新性潜质,能够胜任安全工程技术与管理等相关岗位的工程应用型人才。由于化工生产过程经常涉及到易燃易爆和有毒有害物质,且很多反应需要在高温、高压的苛刻条件下进行,因此安全问题至关重要。针对化工而言,安全工程专业涉及的主要内容包括:(1)化工厂的地址选择、图纸设计、施工安全;(2)产品生产中涉及的危化品、易燃易爆品等危险化学品以及高温、高压等生产工艺的安全性;(3)化工生产过程中所涉及的设备安全,主要包括高压容器、机电与特种设备等的安全防护技术;(4)产品生产操作以及产品运输过程中产生的各类安全防护如防火防爆、防雷防静电等以及特种作业安全技术防护措施。[2]学生只有掌握好化工单元操作的基础理论知识,才可能具备解决相关工程安全问题的能力。然而对于安全工程专业的学生来说,化工原理课程学时少,而涉及的知识面又很广,各单元操作都自成体系,设备类型多种多样且结构复杂。因此,如何针对安全工程专业特点调整化工原理课程教学大纲,系统改革教学方式方法,充分调动该专业学生对化工原理课程的兴趣,让学生在较短的学时内掌握课程的基本理论并初步树立工程观念,值得思考。在经过充分研究安全工程专业的培养方案以及专业培养特色之后,本文从筛选教学内容和优化教学方法两方面出发,结合化工原理课程教学过程中的系列实践活动,对面向安全工程专业的化工原理教学改革进行了初步探讨。

一、教学内容的选择

安全工程专业的化工原理教学内容多但是所安排的课时数较少(48学时),涉及到的部分单元操作包括传热、蒸馏、萃取、干燥、吸收等。对于我校化工专业来说,该课程采用多学时(128学时),用一学年来完成教学任务。因此,基于安全工程专业培养方案特点对化工原理教学课程内容进行调整与优化是目前化工原理教学改革的首要任务。理论课教学讲解部分。(1)对教学计划和教学大纲进行修改,同时按照其培养目标和特点,对教材各章节进行精炼并合理分配教学课时。考虑到“三传”原理(动量传递、热量传递和质量传递)统一了各单元操作的基本原理,将“三传原理”作为教学主线,选择具有代表性的章节如传热、吸收、精馏作为主要教学内容详细讲解,而其他章节如过滤与沉降、干燥等仅做简单的介绍。同时在讲解过程中针对安全工程专业学生培养方案与目标,重点讲解该单元操作的基本原理和基本概念,实际应用中的潜在危险及相关典型设备的构造、操作原理、安全注意事项,提高教与学的效果和质量。(2)在教学内容中除了给学生讲解“三传”基本理论外,也要适当介绍革新的生产工艺,新型的容器与设备,引导学生运用所学知识对具体案例进行分析和讨论,培养提高学生分析、解决问题的能力,同时使教学内容与时俱进,使学生视野和时代同步。化工原理实验和课程设计方面。化工原理课程是一门与工程实践紧密结合的教学课程,仅仅从课堂上的教学很难培养学生的工程观念和提高分析解决实际复杂问题的能力。结合化工原理实验与课程设计教学可以使学生更好地理解课堂教学中的理论知识并加以运用。对于安全工程专业的学生,我们挑选的化工原理实验有:离心泵性能测定、换热器传热膜系数测定、精馏等实验。在实验教学中首先要让学生了解实验相关安全知识,比如防火、防触电及相应的应急措施;加强关于设备故障,管线和设备布置等相关安全技术知识的介绍。通过实验中配备的远程控制软件和通用监控系统,引导学生来分析和监测相关化工设备,提高其动手能力;并借此机会学习操作过程的危险性分析方法和设备常见故障的判断、处理方法,培养其安全意识。课程设计方面我们选择典型的精馏塔作为设计对象,根据给定的设计任务,让学生进行课程设计的训练,引导学生综合运用化工原理、机械制图等课程中所学的理论知识来训练学生工程设计以及解决工程安全问题的能力,培养学生的工程观念。

二、教学方法与手段的改革

传统的化工原理课教学过程主要采用课堂理论教学的单一模式,即“填鸭式”教学方法,忽视了学生独立思考的能力和积极参与的热情,达不到应有的教学目标。因此改进教学方法调整教学手段是提高教学质量的重要途径。化工原理课程常用的教学方法有启发式教学和互动教学法等。所谓启发式教学法,就是教师在教学过程中引导学生积极主动地获取和掌握知识的一种教学方法。[3]教师启发是主导,教师通过针对性的点拨、引导来激发学生的积极性,启迪学生的思维。例如在讲流体输送机械这部分的离心泵时,我们先问学生:离心泵为何采用后弯叶轮?学生给出不同答案后,我们可以进一步追问:为何不用扬程大于后弯叶轮的径向叶轮或前弯叶轮?通过一步一步追问,引导学生逐步接近准确答案,加深对教学内容的理解,促进学生积极思考与争论。而互动教学法是指在教学过程中更侧重学生的主体地位,而教师主要起一个引导和总结归纳的作用。例如在教学过程中增加互动讨论的部分,甚至部分授课内容直接采用翻转课堂,让学生上讲台来授课,教师最后对学生的讲解给予鼓励,并进行点评和总结。这种方式充分调动了学生的积极性,使学生直接参与到教学活动中来,把单边教学转变成双边教学。在教学手段上,多媒体可以集图文声像于一身,具有信息量大,表现形式丰富,节省板书时间等众多优点。而安全工程专业化工原理授课中最突出的问题就是学时数少与内容多的矛盾。另外安全工程专业侧重对化工生产设备的安全技术介绍,如果学生不能直观地看到设备,教学就很难达到预期的效果。此时多媒体教学可以有效缓解这些矛盾。它通过图片或动画的形式将化工生产中各种反应和分离设备、机电设备等的构造、操作原理、安全注意事项快速清晰地展示给学生。当然对于一些重要公式的推导,例如流体流动中的柏努利方程、精馏中的操作线方程,若只采用多媒体课件来展示,推导过程中这些公式容易造成学生视觉疲劳,有时学生还没有反应过来,就已经翻到下一页,使学生感到枯燥无味。这些教学内容更适合利用板书边推导边讲解,让学生一步一步跟着教师的思路走,从而加深对传递过程的理解和重要公式的记忆。因此教师应根据教学内容选择合理的教学方法和采用不同的教学手段,正所谓“教学有法而教无定法”。在运用现有的多媒体教学之外,我们以实验装置为基础,研究开发了包括“离心泵”、板框“精馏”、“过滤”、“吸收”、“传热”、“干燥”、“流体流动阻力”等多套装置的3D虚拟实验室平台。该实验室集3D展示、多媒体授课、数据处理于一体,可以使学生灵活利用课余时间通过该虚拟实验室平台进行学习,加深对课堂知识的理解。

三、总结

在安全工程专业的化工原理教学中,我们针对其专业特色和培养目标,对教学内容的改进、教学方法和手段的调整进行了系统的探讨,并在初期教学实践中显著提高了学生对化工原理课程学习兴趣,培养增强了学生的工程观念及创新能力。此外,该教学改革研究对于其他专业化工原理少学时教学改革也具有借鉴和指导作用,具有一定的普适性。我们也在不断完善和发展针对其他非化工专业的化工原理教学研究,并在本校积极推进相应的教学改革,以期全面提升教与学的质量和效果。

参考文献:

[1]陈敏恒,潘鹤林,齐鸣斋.化工原理(少学时)第二版[M].上海:华东理工大学出版社,2013.

[2]闫晚霖,黄斌,王克冰.《化工安全工程》课程教学的改革创新[J].教育教学论坛,2015(32):124-125.

[3]潘鹤林,张辉,齐鸣斋,等.化工原理(少学时)课程启发式教学方法探索[J].化工高等教育,2015(1):47-51.

作者:徐荣 韶晖 单位:常州大学石油化工学院

安全工程专业的化工原理教学探讨责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次