浅论环境工程专业化工原理课程教学改革与创新

俞慧芳 徐玉欣 章慧芳

(1、景德镇学院生化系，江西 景德镇 333000;2、景德镇陶瓷学院材料学院，江西 景德镇 333001)

化工原理是化学工程、环境工程、生物工程等专业必修的一门专业基础课。化工原理课程涉及的知识面广，与各学科领域相互渗透，且各学科领域对化工原理知识的需求也不尽相同。为使这门课程更贴近专业教学，需根据不同专业特点，有选择、有针对性地安排化工原理教学内容，从而调动学生的学习积极性，也为今后的专业发展打好基础。本文针对环境工程专业的培养目标和特点，就化工原理课程教学内容、教学方法和实验教学的改革与创新笔者谈了自己的一些见解。

1 化工原理教学内容的改革

1.1 根据专业培养目标和特点，对化工原理内容进行改革

化工原理最初用于指导化工生产过程，也即对原料进行化学加工以获得有用产品的生产过程。由于使用原料和生产产品的多样性、生产过程的复杂性，形成了多种多样的生产工艺。化工原理教材的内容一般包括化工过程中的所有单元操作，如流体流动过程、传质过程、传热过程。环境工程是环境科学和工程学的交叉学科，主要研究大气、水、固体废物、环境噪声等污染的处理和防治［1，2］。在解决环境污染问题的过程中，往往要使用化工设备来进行操作。环境工程专业的化工原理课程主要内容包括流体流动与输送、沉降与过滤、吸收与吸附、蒸馏与萃取、干燥、传热等单元操作，根据环境工程专业对于化工原理更注重应用的特点，教学过程中某些章节的教学内容可适当删减。例如，吸收部分只简要介绍菲克扩散定律，简化分子扩散的微观机理和数学推导;传热部分，可简化对流传热系数经验关联式和辐射传热的教学。

1.2 化工原理教学内容中可适当增加可持续发展观念

化工原理主要讲述各单元操作基本原理、过程操作和设备等，属于传统学科的范畴。但在实际生产中，各单元操作又是具体的，且与当今科技发展和工业生产紧密相关。在大学教学中，有时教材可认为是主要的参考书，教师在讲授教材中的主要知识时，还应适应新世纪工业生产可持续发展的需求，介绍一些新的科技发展动向，使教学具有一定的开放性和时代性，让学生接触到一些学科发展的前沿知识，有利于激发学生的学习兴趣和创新欲望。

现今环境污染问题已严重威胁到了人类的生存环境，而传统的化工生产模式会导致资源、能源的利用不合理，大量的“废物”排入环境之中，造成严重的环境污染。因此在化工领域提出要清洁生产，实现可持续发展。主要内容包括污染预防，消减有毒品的使用，为环境而设计等。也即通过采取产品改进、原料替代、技术革新、内部管理优化等途径，从源头上避免和消减污染物的产生和排放，消减有毒品的使用，在产品的设计阶段就要考虑生产的安全性与环境的兼容性。

那么在讲述传热过程，传统方法只是介绍设备及传热原理，如果结合清洁生产，可叙述通过工艺设备改造来提高生产效率，减少废物量。如北京某石油化工厂乙二醇生产中的环氧乙烷精馏塔，原设计采用直接蒸汽加热，使排放废水中COD负荷大幅度增加，后来该厂对设备进行了改造，由直接蒸汽加热改为间接蒸汽加热，不但减少了废水量和COD负荷，而且还降低了产品的单位能耗，提高了产品的收率，经济环境效益十分显著。在讲述精馏时，确定回流比的过程通常会叙述为:从精馏过程的设备费用与操作费用两方面考虑来确定，设备费和操作费用之和为最低时的回流比为适宜回流比。为贯彻可持续发展战略，从源头消减污染物排放，则可叙述混合物的分离过程除考虑费用外，还必须考虑环境因素，使分离过程对环境的影响最小化。这些内容的拓展虽然会占用一些课时，但能够给学生传授新的知识点，激发学生的学习欲望。

2 灵活采用启发式教学法和互动式教学法

2.1 启发式教学法

启发式教学法指教师从学生的实际情况出发，把学生当成学习的主体，应用各种方法调动学生学习的积极性、独立性、主动性和能动性，引导学生通过自己积极的学习活动掌握知识、形成技能、发展能力和促进个性健康发展。传统的教学方式一般以教师为中心，忽视学生学习的心理、学习活动规律，学生处于被动学习状态。而通过启发式教学，能很好地培养学生主动思维和想像力，这是一种科学民主的教学方法。

要搞好启发式教学，就要善于提出问题，调动学生的学习兴趣。在讲授流体静力学基本方程式应用时，可引导:卫生间的下水管为什么要有一段存水弯管呢?是不是所有气体管道都可以用切断水封呢?在讲到流体流动伯努利方程时，可引导:为什么多层居民楼中，有时会出现低层有自来水而高层没有自来水用呢?遇到这样的情况应该如何解决呢?当讲解导热时，可问为什么对金属棒的一端进行加热时，另一端也会觉得热?为什么冬天在木凳上要垫棉坐垫?此时学生的思维会因此活跃起来，会思考和质疑，表现出较强的求知欲望，之后教师可进一步引导学生学习理论知识，提高学生对问题分析判断的能力。通过对实际问题的解答，学生会感到知识和生活是密切相连的、知识是有用的，从而产生学习兴趣。

2.2 互动式教学法

教学改革的主要目标包括改进传统教学方法，要改变以教师为中心的教学模式，构建一种既能发挥教师的主导作用又能体现学生认知主体作用的新型教学模式。而互动式教学法，就是在教学活动过程中，营造多边互动的教学环境，坚持“以学生为本”，在发挥教师主导作用的同时，通过启发和诱导学生思维，调动学生学习积极性和参与意识，进而激发学生学习的主动性和探索性，把“单边”教学转变为“双边”教学，达到提高教学效果的一种教学方式［3］。

教学过程中可进行老师和学生互动、学生和学生互动以及学生和资源的互动。为了使学生更好地掌握各知识点，在每一单元操作讲解之后，教师对单元操作的基本原理、基本概念、计算公式及其应用进行归纳和总结，并组织学生进行课堂讨论。例如在讲解通风设备后，可组织讨论:家用电器中有没有流体输送设备?学生通过思考后回答有电风扇和排气扇，教师进一步提问:这些设备是属于离心式还是属于轴流式?当发觉学生回答问题有迟疑时，教师可进一步提示:离心机叶片与轴流机叶片的区别。那么学生会立刻联想到离心机和轴流机的原理并主动回答。

化工原理的各单元操作计算公式多，学生有时会感觉理解记忆困难，学习枯燥无味，失去学习兴趣。教师会通过对例题的讲解和习题的练习解答，使学生加深对知识点的条理化和系统化的认知，牢固掌握所学内容。并且可以通过习题课，请学生上台对典型习题进行讲解，之后请学生评价，最后教师总结。通过这样的师生互动和生生互动，可取得良好的教学效果。

在化工原理课程实现多媒体教学是很有必要的。化工原理课程内容繁多，单元操作及设备的结构单纯依靠教材的图示和教师的讲解是很难让学生理解透彻的。教师可精心进行课件制作，按一定逻辑顺序将教学内容一步步呈现出来，对于重点和难理解的内容还可通过课件的演示直观地展示。

3 化工原理实验实践教学的改革

化工原理是一门工程性很强的课程，单纯的理论分析只能增加学生对单元操作的感性认识，只有通过化工原理实验和工程实践，才能使学生加深对单元操作中基本规律和基本理论的理性认识，培养学生的工程实践意识和能力，增强工程观念，为今后专业课学习及从事相关工作奠定基础。

在化工原理实验教学的实际过程中会存在许多问题，主要表现为学生对化工原理实验教学不够重视，实验室设备有限，实验分组人数多，操作实验的人数少，部分学生不能亲自动手操作仪器，而引发学生学习兴趣下降;实验过程中，缺乏严谨的科学态度，记录数据，草草了事，实验效果较差。

化工原理实验包括验证性实验和创新性实验。验证性实验属于基础性实验，为顺利完成实验教学任务，会要求学生做好预习准备，在实验过程中对实验现象进行认真观察与分析，对实验数据测取和整理计算，获得实验结论，编写实验报告。在这一系列过程中，使学生了解科研的基本过程，培养其严谨的科学态度，巩固和拓宽课堂学习内容，提高教学质量。开设创新性实验时，教师可以给定一个实验任务即“项目”，或是工程实际需要解决的问题。例如，对流体输送管路的设计与布置，或对某混合液体进行分离等，学生为了完成这个项目，会主动查阅资料，制定实验过程，数据测量和计算方法，写出步骤等，并在教师的指导下完成实验。在这个过程中学生逐步建立工程概念，运用已有知识解决问题，并对未知领域进行探索。当然学生个体知识和思维不同，提出的实验计划和实验步骤不同，这样就对指导老师的专业素质和综合能力提出了更高的要求，同时师生可以相互学习和互动，做到教学相长。另外，教师可带领学生到工厂去参观学习，或进行仿真实验，使学生充分了解单元操作在实际生产过程中的具体应用，理论与实际联系起来，把抽象的东西具体化，便于学生学习和理解，实践教学是理论教学的有益补充。

总之，化工原理课程教学改革是个长期的过程，需要与时俱进，不断地改革课程教学内容、教学方法和实验教学，培养出具有新知识、适应能力强的高素质工程人才。

［1］张春勇，郑纯智，文颖频.环境工程专业化工原理课程教学改革探索［J］.江苏技术师范学院学报(自然科学版)，2008，14(1).

［2］马四朋，钟理.化工原理课程设计的深层改革探索［J］.化工高等教育，2006，88(2).

［3］蔡明招，古国榜.“双向互动式教学法”在本科基础化学教学中培养学生创新意识与创新能力的实践［J］.化工高等教育，2003，(2).