浅谈化工原理教学体会

[摘要] 化工原理具有课程内容抽象、各单元操作间相对独立,概念、公式多等特点,在教与学两方面都有较大的难度。笔者结合自己在化工原理课程中的一些教学体会,总结了理论课程的教学方法和经验,探讨了提高教学质量的方法。

[关键词] 化工原理 总结 比较法 兴趣

化工原理是化工类及相近专业必修的一门技术基础课,在专业教学计划中起到自然科学与应用科学间承上启下、由理及工的桥梁作用。化工原理的主要任务是介绍单元操作的基本原理及典型设备,其内容抽象,涉及面广,物理量多、综合性强,习题量多,计算量大,公式繁杂,尤其是课程中半理论半经验公式和准数、准数关联式令人感到头痛。学起来难度大,公式难记、作题不知从何下手,大多同学有一学就懂、一放就忘、一用就错,上课清楚、解题糊涂的感觉。怎样让学生理解、掌握该课程?如何取得理想的教学效果?长期以来,教学工作者对此做了大量的研究和探索工作,作者根据自身的教学体会,结合化工原理课程本身的特点,认为可从以下几个方面考虑。

一、注重公式的记忆和应用

化工原理公式繁杂,但单元操作的整个计算遵循着自然界的共同规律,其计算公式是质量守恒、能量守恒、动量守恒的具体应用。如在流体流动单元操作中,通过对某一系统的能量衡算导出描述流体流动规律的柏努利方程。传热、蒸发及干燥等单元操作中,通过热量衡算计算冷热流体流量、热空气消耗量等。而流体流动中的连续性方程、吸收的操作线方程及精馏段和提馏段的操作线方程均由物料衡算导出。在每介绍一个重要公式后,立刻通过典型例题的分析讨论来加深公式的理解和记忆,帮助学生了解解题思路、掌握解题方法。讲解例题时强调遇到题要先理清解题思路,然后再动手做题。即从问题推起,要解决它,哪些是已知条件?哪些是未知条件?应根据哪些公式求解?列出有关公式,直至求出未知量。每堂课后还要布置两三道作业习题,检测同学对课堂内容的掌握情况,针对作业中普遍存在的问题,进行分析、讨论、归纳总结,让学生弄清问题出现在哪里,为什么会出现,什么地方容易出错等,这样可使课堂教学更有针对性。通过解题练习可培养学生严谨的逻辑思维方式,使学生能够加深对基本概念、基本方法、基本工艺计算的理解,巩固课堂理论知识。

二、善于总结

化工原理内容较多,每一个单元操作都要分几次课来讲,同学往往学了后面,忘了前面,因此,在新知识传授之前,要激发学生对旧知识的回忆,每堂课前几分钟对上堂课讲过的内容进行总结,重要的公式在黑板上列出。

每讲完一章,做一次本章小结。而后,从思路上回顾一下。这样不仅使学生容易掌握该章的内容,而且还能够学到解决工程实际问题的思维方法。如流体流动单元操作:

只要涉及流体流动的问题,基本上都要用到柏努力方程,在柏努力方程中∑hf的求算既是关键也是难点,要求∑hf,根据阻力计算公式,就要先求出摩擦系数λ:层流时λ=64/Re;湍流时,λ不仅与雷诺数Re有关,还和相对粗糙度(/d有关,算出Re和(/d即可通过查图找到λ。又因Re=duρ/μ,要求Re必须求出流速u(d、ρ、μ为参数,往往已知),而Vs=πd2u/4,由Vs即可求出u。上述分析总结如下:

∑hf求出后,代入柏努力方程即可求出其他未知量。通过每章小结,有利于对知识点和知识片断的融合,形成知识链条,学生在学习过程中就不会感觉每一章知识太零碎、难掌握,从而提高教学质量。

课程结束后进行期末总复习,以起到画龙点睛的作用,通过对内容进行整理归纳,使之条理化,系统化,使知识点之间的关系更为清晰。

三、把握章节间的联系和区别

化工原理涉及的单元操作有流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离和固体流态化、传热、蒸发、蒸馏、干燥、液液萃取等,教学中是按章节逐一介绍各单元操作。为便于学生更好地学习,教师要帮助学生充分理解各单元操作之间的相互关系及区别,做到举一反三,融会贯通。

在各单元操作之间存在着许多相互连贯和衔接的知识点。如在流体输送机械单元操作中,在求离心泵的特性曲线或工作曲线时,要用到流体流动单元操作中的柏努力方程;在蒸发单元操作中求算蒸发设备的面积时,要用到传热单元操作中总传热速率方程。因此,讲完流体流动才能讲流体输送机械,讲完传热才能讲蒸发。在教学中,如果善于抓住和利用这些相关衔接点,就可以帮助学生更好地理解和掌握知识。

此外,运用比较法指出它们的异同,可避免混淆。如蒸发与蒸馏在形式上均为加热、部分气化,但实质上却有区别:蒸发所处理的溶液由不挥发性溶质和挥发性溶剂组成(如NaCl水溶液),而蒸馏所处理的混合液由挥发度有差异的组分组成(如乙醇-水溶液)。再如,传热单元操作中涉及的计算是变温传热(换热器中热流体的温度不断下降,冷流体的温度不断上升),蒸发单元操作中涉及的计算是恒温传热(换热器一侧蒸汽冷却,一侧液体沸腾),在用总传热速率方程Q=KStm处理问题时要注意。如果是传热问题,tm为平均温度差,它等于换热器两端温度差的对数平均值;如果是蒸发问题,tm等于加热蒸汽的温度减去溶液的沸点。通过比较,可使学生概念清晰,加深对过程的理解,掌握过程的本质,更利于提高学生分析和解决问题的能力。

经过衔接学习,学生对课本的知识不再局限于“点”,通过把握各章节之间的联系,学生有了全局感,而运用比较法可加强学生的理解和应用能力。

四、分清内容主次,理清思路,突出重点

教学内容的优化是提高教学质量的关键,要处理好教学内容首先做到重点突出,详略得当,切忌面面俱到,泛泛而过。因此,教师要精心组织讲课内容,思路清晰、线条清楚,由浅入深、重点、难点突出,一些无关大局的杂乱内容可简要说明,让学生在把握该章的逻辑关系以后自己看书,消化这些细枝末节。要做到“主线明确,重点突出”,教师必须吃透全部传授内容,对教材进行精心处理,对教学内容反复推敲,认真备好每节课,哪点该细讲哪点该略讲应做到心中有数,不断提高教学水平。

五、联系生活,引起兴趣

兴趣对学生集中精力涉猎新知识具有重要的促进作用,激发学生的求知兴趣直接影响学习效果。在讲解内容较抽象或枯燥章节时,举些有趣的工程实例,活跃课堂气氛,激发学习兴趣,可起到事半功倍的效果。例如,在讲流体流动基本方程时,首先展示小区供水示意动画,并且设问:为保证一、二、三楼有水,要维持楼底水管中有一定的水压(60kPa表压),为维持这个表压,水塔应建多高?保持楼底水压为60kPa表压,那么一、二、三楼出水均等吗?这样的工程问题如何解答?这时学生的注意力很快集中,对上课的内容也产生了兴趣。又如,在讲沸腾传热时,让学生解释烧开水过程中的“响水不开,开水不响”这一现象。在讲导热系数时,提出在寒冷的冬季,我们把保暖性能好的衣服穿在里面好,还是穿在外面好?学习蒸发原理联想到粗食盐的提纯实验等,这些直观实例,都能大大帮助学生提高学习效率。

六、控制授课节奏,适当板书

多媒体教学可将化工原理素材库中丰富的图片、逼真的动画演示和直观的教学模型展现给学生,教学内容充实,信息量大,视野开阔,既提高了学生的学习兴趣,又活跃了课堂气氛。但鉴于化工原理难学,必须控制好节奏,否则极易使教学进程过快,学生应接不暇,对基本概念和基本知识来不及理解和消化,而适当板书可有效控制授课节奏。尤其是在公式的推导或例题讲解过程中,教师在黑板上边写边讲解边提问,可诱导学生进入动态思维过程,调动学生学习的能动性,从而让学生跟着教师的思路走。在讲授过程中,还可以根据学生的反馈,对学生难以理解的地方,可以停下来,及时灵活地调整讲解思路和方式,做到随机应变,最大限度的发挥教师和学生的互动。

此外,化工原理课程需要用到很多支撑学科的内容,如物理化学、化工热力学等专业基础课,还有高等数学、大学物理等基础课,要求学生能够灵活运用前面学过的知识。但在实际教学中发现,学生对课程的继承性很差,不能与学过的知识衔接,学习效率很低。因此,在课堂上,教师要随时注意学生的表情,学生未听懂时神情迷茫,教师要放慢速度。例如,流体流动单元操作中柏努力方程的推导过程中用到热力学第一定律,不少同学忘了其内容,这时,教师要帮助同学回顾以往知识,而后再引申到主题上。

总之,化工原理教学过程中注意采用灵活多样的教学方法,发挥各教学手段的积极作用,不断激发学生的兴趣,提高教学效果。

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