研究生课程《化工分离过程》教学方式探讨与实践

摘要：化工分离过程是武汉大学能源动力学科化学工程与工艺专业研究生的主干课程之一，其课程教学内容及教学方法直接影响研究生的教学质量以及人才培养质量。针对“化工分离过程”传统课程教学中存在的问题，本文结合武汉大学能源动力学科化学工程与工艺专业研究生“化工分离过程”的教学方式及实践进行分析阐述，并对教学方式的改革进行了探讨与实践。从教学内容、讲授方法、教材建设、辅助手段等方面进行了创新，取得了一定的效果和成绩。

关键词：研究生课程；化工分离过程；教学方式改革与实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）20-0151-02

一、引言

《化工分离过程》是武汉大学能源动力学科化学工程与工艺专业开设的研究生专业课程。该课程特点是综合性强、内容广泛，包括化工实际生产中多组分物系分离过程的原理、流程、计算、应用以及相关领域的前沿研究。要求学生掌握各主要分离过程的基本原理、特性分析、操作特点、简捷和严格计算法、应用以及研究进展等。虽然学生在本科阶段已经学习了《物理化学》、《化工原理》等基础课程，但由于分离过程所涉及到的化学工程基础知识点较多，经验性知识内容较多，而新的分离技术与分离装置又不断出现[1]，学生学习有一定难度，因此，如何组织好这门课的教学至关重要[2，3]。本文根据研究生课程《化工分离过程》教学的特点，对该课程教学存在的问题进行了总结，结合研究生课程教学实践，深入研究教学方法，并提出了课程教学的改革方案。

二、课程现状及存在的问题

1.课程概况。本课程第一章为单级平衡过程，主要讲述相平衡，多组分物系的泡点和露点计算，闪蒸过程的计算。第二章为多组分多级分离过程分析与简捷计算，涉及设计变量，多组分精馏过程，萃取精馏和共沸精馏，吸收和蒸出过程流程，萃取过程。第三章为多组分多级分离的严格计算，包括平衡级的理论模型、逐级计算法、三对角线矩阵法。第四章为分离设备的处理能力和效率，主要为气液传质设备的处理能力和效率、萃取设备的处理能力和效率、传质设备的选择。第五章为分离过程的节能，分离的最小功和热力学效率，精馏的节能技术，分离顺序的选择。第六章为其他分离技术和分离过程的选择，主要为膜分离技术、吸附分离、反应精馏、分离过程的选择。教材选择为陈洪钫、刘家祺编《化工分离过程》（化学工业出版社，2006年），参考教材选择勒海波等编著《化工分离过程》（中国石化出版社，2008年），贾绍义、柴诚敬主编《化工传质与分离过程》（化学工业出版社，2001年），以及蒋维钧编著《新型传质分离技术》（化学工业出版社，2006年）。

2.教学面临的主要问题。（1）内容多，学时少。“化工分离过程”具有知识点多、复杂例题多、图表公式多等特点，传统的教学以板书为主，重要内容、公式推导以及例题讲解都不便，教学效果不理想。同时随着化工分离过程新技术的出现，要求研究生更加重视新知识、新理论，这些要求与较少的课程学时形成冲突[4]。（2）教学内容落后。随着学科和新技术的发展，化工分离过程理论也应不断完善。当前课程教学内容很多都已落后，而且对于本学科的前沿思想、理念、方法未得到重视。早期的教学大纲和教材不能满足学生目前所学所用[3]。（3）教学评价机制不完善。考核评价单一且不完善，传统的考核方式通常以单一的期末闭卷考试为主，教学效果和学生对课程的掌握程度主要通过期末理论考试成绩来评价。这种单一评价学生成绩的考核方式不适应《国家中长期教育改革和发展规划纲要》的要求，也不利于学生的全面综合发展。（4）教学方法单一。化工分离过程的原理和结构复杂，依靠传统教学方式获得的信息很抽象，学生难以理解，而且教学方式过于单一，学生较难理解工作原理。当前已经跨入网络时代，但专业课的教学远远没有利用先进网络技术，仍然停留在教师讲授、学生习题的状态。学生的创造性和积极性难以被激发出来，导致教学效果欠缺。

三、教学方法改革与实践

1.优化并整合教学内容。合理安排教学内容，在有限的学时数下，尽量保持教学内容的系统性和完整性。化工分离过程仅有36个学时，如何选择教学重点以及教学方法，对提高本课程的教学效果十分重要。目前现有课程内容设置与化工原理、物理化学、化工热力学等课程具有一定的重复性。通过认真比较，教师对教材内容进行了优化与整合。

我们采用的主教材为陈洪钫、刘家祺编《化工分离过程》，由于本专业研究生本科期间未修《化工热力学》，故将第二章作为讲述重点。此外，增加新型化工分离技术，将超离子液体、膜分离、双水相技术等典型工程案例引入教学中，使课堂教学更具有现实性和新意。减少与化工原理内容的重复，对化工原理教材中已涉及到的内容如双组分精馏、吸附和结晶等安排自学，重点讲解多组分体系的工程计算，将有关基础及计算机应用在藕合与集成过程设计中体现出来，培养学生利用化工单元操作的基本原理解决实际复杂体系分离问题的能力。由于每章授课时间只有3～4学时，我们将课程重点放在分离技术合理选择、分离过程优化设计上；且根据具体产品的生产方法，结合化工原理、反应工程、化工热力学，从工程、经济、环保等角度出发，讲授专业知识。

2.多元化教学方式相结合。化工分离过程涉及大量单元过程及分离设备，需要较多的图表表述，传统的教学方法中，图形的表述形式和内容受到局限。因此通过多媒体课件、板书及视频相结合改进教学效果。

一方面，采用多媒体教学可充分利用电子课件、动画、视频等将其知识直观表述，为学生提供真实的情景教学环境，把化工分离过程中复杂内容简单化，抽象内容具体化，枯燥内容形象化，不仅激发了学生的学习兴趣，同时也丰富了课堂教学内容，提高了教学效率和效果[2]。充分利用网络资源如动画和录像，改善了教学媒体的表现力和交互性，促进了课堂教学内容、教学方法、教学过程的全面优化，从而提高了教学效果[1]。例如讲解甲醇生产装置工艺设计等。另一方面，传统板书在教学中也起着至关重要的作用。公式推导、逻辑计算与微观原理的分析，需要板书与PPT结合，引导学生的思维。此外，在教学过程中还采用了对比式教学方法，例如，双组分精馏和多组分精馏，简捷计算法和严格计算法，共沸精馏和萃取精馏，操作型计算和设计型计算等。

3.课堂讨论教学。研究生课程的教学应更加深入地采用师生互动的方式而非传统的本科生课程教学方式。讨论课的一种方式是当讲授到课程的重难点时，加入讨论环节，把重要问题提出来，先让学生分组讨论，然后教师再针对重点和难点进行细致讲解。这样可充分调动学生的积极性，加深了学生对知识的理解，也加强了学生知识体系的完整性。例如在讲多组分精馏时，教师在介绍完两个极限条件及进料位置的选取后，让学生讨论简捷计算方法的步骤和应用，并与二组分精馏进行对比分析。另一种方式是教师根据每章主要内容，列出讨论选题提前发给学生。本课程的讨论课设置了不同专题，例如超临界流体萃取、反胶团萃取及双水相萃取，液膜分离技术，特殊精馏过程分析，新型吸附技术、新型膜分离等。每人自选一题，要求学生查阅国内外最新文献并制作PPT。每人陈述20分钟，其他同学和教师对其论题进行提问，由该同学负责回答。讨论结束后，教师评价该同学的陈述情况，并提出建议。教师从学生的讲述中可基本了解其掌握知识的程度，查阅资料的多少，其他学生通过该生的陈述，也扩展了知识面。通过开展讨论式课堂教学，极大调动了学生的主观能动性，取得了很好的效果。

4.课堂教学与课题研究相结合。如何提高研究生的学术研究能力是研究生培养的关键。武汉大学能源动力学科化学工程与技术专业是由电厂化学专业发展而来的，主要培养面向电力能源行业尤其在电力生产用水处理方面的从业人员，因此在教学过程中如何提高研究生解决问题的能力显得尤为重要。在加强学习理论知识的基础上，教学中要求研究生对学科前沿加以关注，根据导师的研究方向，了解化工分离过程在该研究方向上的发展及应用近况，撰写文献综述，同时通过查阅大量文献资料，获取化工分离过程最前沿的知识，不断提高理论水平。

5.改革考核评价方法。建立多元化、规范化的研究生专业课程评价体系。本课程有针对性地改革了考核方式，重点考察研究生掌握知识的能力，如：采用开卷考试、专题研讨和课程论文相结合等方式，注重考核研究生将所学知识融会贯通，应用于解决实际问题的能力；指导研究生撰写课程论文，促使其查阅大量文献资料，了解学科发展前沿，拓宽知识面。通过考核力求提高研究生分析问题和解决问题的能力，激励学生重视和积极参与学习的全过程，把能力培养、知识传授和素质教育融为一体。本课程将考核进行细化，分成以下四部分：期末开卷笔试成绩占40%，专题汇报占25%，课程论文占25%，平时表现10%。

四、结语

工科研究生专业课程的教学目的在于学以致用，需要通过有效的教学环节保证学生掌握必要的课程知识要点，并学会将之运用于分析解决实际问题。本文作者经过近几年对研究生课程《化工分离过程》教学方式的探索与实践，通过优化整合课程内容，采取多元化教学方式，能够有效改善传统教学方法上存在的诸多问题，调动学生的学习兴趣和主动性，从而提高课程的教学效果，并且能使学生在其他方面得到提高，全面提升专业素养。

参考文献：

[1]曾涛.《化工分离过程》教学中提高学生工程能力的探索研究[J].广州化工，2014，13（42）：216-217.

[2]孙晨.化工分离过程教学方法探讨[J].广东化工，2014，41（16）：192-193.

[3]李洪伟，刘文超.研讨式教学方法在研究生课程教学中的应用――以《算法设计与分析》为例[J].中国校外教育，2014，（11）：65-66.

[4]王俊杰，杨洋.“地基处理新技术”研究生课程教学方法改革与实践[J].大学教育，2015，（5）：127-128.