化学反应工程实验教学初探

地方本科院校是我国高等学校的重要组成部分，以应用型人才为主要培养目标，其工科专业的毕业生大多面向本地区的经济建设，为区域经济和社会发展做出了重要贡献，因此需要有很强的实践能力和工程意识［1］。化学反应工程是化学工程与工艺类专业的核心课程，被教育部颁发的《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》确定为宽口径化学工程与工艺专业的4门主干课程之一［2］。化学反应工程学是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以化学反应作为研究对象，又以工程问题为研究对象，把二者结合起来的学科体系［3］。“三传一反”是化学反应工程的基础，而反应器的设计与优化是化学反应工程学科的主要任务。因此需要学生拥有扎实的专业理论基础以及将理论转化为实践并能指导实践的工程能力，化学反应工程实验课便应用而生了。结合教学实践，提出以下观点:

1理论教学与实践教学紧密结合，巩固专业知识

化学反应工程作为化工专业的主干课程，理论课、实验课在第6学期同步开设，在课程衔接方面起着承上启下的作用。理论课共42学时，重在培养学生熟悉反应动力学基本理论和树立反应器设计中的工程观念;实验课共24学时，其目的在于培养学生动手能力、操作能力以及解决工程问题的能力，同时也可加深学生对所学理论知识的认知程度［4］。化学反应工程实验中心于2015年建成并投入使用，在2012级化工专业学生中开设。实验内容包括流动性能测定、气固催化反应、液固催化反应动力学、气相扩散系数等。由于化学反应工程学科体系十分复杂，且与高等数学、物理化学等基础学科密切相关，并与化学热力学、反应动力学、传递工程等存在交叉关系，教学难度较大，普通抽象的讲授很难达到预期的教学效果，必须科学地选择和应用适宜的教学方法，将抽象的内容具体化，因此可通过开设实验课解决这一难题［5］。如学生在理论课接触到流动性能测试方法为物理示踪法，示踪剂的输入方式有脉冲法，阶跃法，但理解起来还是有些囫囵吞枣，云里雾里的感觉，通过实验过程，学生亲自使用注射器加注示踪剂，体会到脉冲示踪的真正含义;通过阀门及仪表控制电磁阀切换流体，加入示踪剂，也深刻领悟了阶跃示踪法的特点，在此基础上，学生能够对流体流动性能测试实验有清晰的认识，也能够结合概率知识密度函数及分布函数去处理反应工程中的具体问题。

2启发式教学，培养学生树立工程意识

启发式教学，就是根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律，运用各种教学手段，采用启发诱导办法传授知识、培养能力，使学生积极主动地学习，以促进身心发展。启发既是一种方法，更是一种教学指导思想，是相对于灌注式而言的。由于实验课的特殊性质，决定了师生之间可采用一种较为灵活的启发式互动教学法。目前实验设备按类型分为验证型，综合型实验。实验课提前分组，确定每次实验内容，要求学生分组合理，每组成员分工合理，每个参加实验的同学都要提前预习，了解实验原理及相关注意事项，在接触到具体实验设备时，要求学生对照实验指导书所示流程图，分清所有仪表、阀门、管路的具体作用，教师不讲或少讲实验原理，随机抽查学生去讲解实验过程及实验整体安排、预习程度、查阅文献情况、实验设计思路，从而能够激发学生去思考，去摸索。从理论课被动接受相关反应器知识，到实验室亲自操作仪器，合成反应，在此过程中，学生根据自己设计的最佳方案来安排实验，完成药品的配制、仪器的准备和仪器的安装与调试;根据拟定的实验步骤进行实验操作，观察实验现象，准确无误地记录实验数据。教师应全程跟踪学生的实验过程，以便及时发现和解决实验过程中遇到的各种问题，正确引导学生顺利完成实验。这既锻炼了学生思考问题的能力，也对教师专业知识的储备提出更高的要求，因此能够体现教学相长［6］。实验结束之后，要求学生会用专业软件去处理实验数据，并将实验报告按照预习报告－实验过程报告及数据处理结果－实验原始记录顺序整理成册，统一上交，集中批改，并结合学生在实验过程中的操作情况给出最终成绩。

3先实验再实践，提高工程实践能力

作为化工专业的本科生，从第6学期第1周开始进行化学反应工程理论课的学习，通过初次学习已明确了“三传一反”是化学反应工程的理论基础，以及以“反应器”作为研究对象的客观事实。因此，从第7周进入反应工程实验室，分别接触到反应器流动性能测定，气固相催化反应，液固催化反应动力学测定等实验，由反应装置完成“邻二甲苯气相氧化制取邻苯二甲酸酐”、“以苯为原料，镍为催化剂在固定床反应器中合成环己烷”的合成实验，并由气相色谱法进行定性分析。通过实验，学生对基本的反应器及反应过程有了直观的认识。第10周开始，学生进行为期1周的企业见习，从实验室小试到企业放大，学生接触了更实际的从原料到产品的完整的化工生产过程。因此，从实验到见习的完美结合，使学生对反应设备的认识由小及大，由简单到复杂，树立了感性认识，激发了思考动力，提高了工程实践能力。

4以实验室为起点，参加化工设计大赛，增强学生工程应用能力

应用型人才是指能将所学专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践的一种专门型人才，是能够熟练掌握工业生产第一手基础知识和基本技能，主要从事具体岗位操作的技术或专业人才［7］。榆林作为国家级能源化工城市，周边化工企业众多，也是我校化工专业学生就业的主要去向。随着社会与科技的飞速发展，化工行业对工程技术人才的要求越来越高。而工程技术人才的创新能力集中体现在工程实践活动中创造新的技术成果的能力，包括新产品和新技术的研发，新流程和新装置的设计，新的工厂生产过程操作运行方案等等。于是，应用型工程技术人才的培养也是高校的主要教学任务，可通过制定合适的教学方法，按照理论教学－实践验证－综合训练的产学研教学模式来实现。化学反应工程研究的对象是各种类型的反应器，以质量传递、热量传递、动量传递以及反应动力学为基础，从研究均相理想反应器出发，到认识工业生产当中实际使用的固定床、流化床、浆态床等反应器。学生在接触理论之后辅助以实验操作以及见习实习环节，能够大大提高学生的学习兴趣和培养理论联系实际的能力［8］。任何化工生产过程都离不开核心设备反应器的使用，因此，学生在学习相关专业课的同时，以课程设计、专业实验为基础，进行化工厂综合设计，为参加化工设计比赛奠定基础，真正做到“学以致用”。总之，化学反应工程实验是化学反应工程理论课的延伸，旨在强化理论知识，培养动手能力，增强设计理念与全局观念，为陕北地方经济发展培养接地气的应用型人才做出应有的贡献。

作者：白妮 王爱民 单位：榆林学院 化学与化工学院