陆伟东

环境工程专业《化工原理》课的教学改革与实践

陆伟东

（韶关学院化学与环境工程学院，广东韶关512005）

以环境工程专业《化工原理》理论课为例，结合笔者多年《化工原理》教学与环境污染治理工程实践经验，分别从教学内容、教学方法及教材建设三个方面总结了《化工原理》理论课教学改革思路与实践经验.2009-2012学年课程改革实践结果表明，学生学习《化工原理》理论课的兴趣、工程意识以及解决实际工程问题的能力得以明显提高.

《化工原理》；专业基础课；工科专业；教学改革

应用型地方高校是根据地方区域经济发展需要，培养从事应用和实践工作人才的高等教育机构［1］.其中应用型地方高校的工程类专业人才在保持区域经济可持续发展中具有重要的意义.《化工原理》是环境工程专业重要的基础课程，也是培养工科学生工程思维能力的一个重要课程.目前，韶关学院环境工程专业培养计划中《化工原理》理论课程化工原理课程教学时数为48学时，课程内容繁多且抽象，学生都是从高中直接升入大学，没有相关工程实践经验.因此学生对《化工原理》课往往比较恐惧，教与学的矛盾比较突出.基于应用型人才培养目的及多年教学和环保工程实践经验，笔者从三年前开始对环境工程专业《化工原理》理论课程的教学内容、教学方法和教材建设进行了一系列的改革与实践，经过三年的探索与实践，取得了初步成效.

1 精选教学内容，体现专业特色

《化工原理》是以单元操作为主线来编排教学内容的，包括动量传递、热量传递和质量传递.每一种传递过程又包含多种单元操作.由于课程学时数有限，平均用时来对各单元操作进行讲解显然不太可能也不合理.因此，结合韶关学院环境工程专业主要培养方案要求和笔者在教学和工程实践中的经验体会，认为非常有必要对面向化工专业的《化工原理》教材的内容进行甑选，以充分体现出环境工程专业《化工原理》理论课教学的环境工程特色.

韶关学院环境工程专业侧重于培养污染控制工程设计、环保工程设施管理运行与环境监测方面的应用型人才.因此在教学内容选择和教学重点的确定方面也要服务于这一方向.污染控制原理是将污染物中废水、废气和废渣中分离出来，废水、废气乃至流态化的固体废物均属流体范畴，故流体流动与流体输送机械是单元操作的重要基础，考虑到总学时数，选择用8学时来完成此部分内容的讲授和辅导，重点讲述流体的性质，流体流动遵循的基本规律，如连续性方程、伯努利方程、牛顿粘性定律、流量与压力的测量以及泵和风机的结构、工作原理、操作方法与选型等等.通过深入分析和讲解这些关键问题，使学生基本掌握管路设计、流体重要参数的测量和泵或风机的选型、设备安装等基本操作.第二部分重点内容为热量传递基础，占6学时，重点讲授热传导、保温材料与保温材料厚度的确定、传热总方程、换热器及强化传热的措施；第三部分内容为吸收，占12学时，重点讲授的低浓度气体吸收的设计计算和操作计算，以物质传递速率和物料衡算为主线，以SO2或NH3的吸收为工程实例，以教师讲授辅导，学生练习为主要教学方式，深入学习吸收设备的设计计算和操作计算，此举充分联系了大气污染控制的实例，能极大引起学生的共鸣，激发同学们的学习兴趣，通过对改革实施后的三年六次期末考试成绩统计表明，此部分内容的得分率达83.4%；第四部分内容为气液传质设备，占2学时，重点讲授填料塔和板式塔的结构和操作性能特征及操作过程中应注意的问题；第五部分内容为固体干燥，占8学时，以城市污泥干燥为例，重点讲授固体干燥的原理、速率的计算及干燥设备的选型与简单设计计算等；第六部分为非均相混合物分离，占6学时.包括沉降和过滤，重点讲授降尘室和旋风除尘器的除尘原理和尺寸的设计、常见过滤设备及其过滤原理等.第七部分为生化反应器，占6学时，包括生化反应器简的特点、类型及简单设计计算等.通过对教学内容有针对性的筛选，一方面，保证学生从整体上掌握单元操作的基本概念，另一方面，单元操作技术和环境污染控制技术紧密结合，充分体现学科特色.

2 改革教学方法，培养工程意识

化工原理属工程学科，其处理问题的方法与自然科学学科有着较大的差别.《化工原理》是环境专业学生在大学期间学习的第一门工程学科的课程.因此，在讲授化工原理绪论过程中，笔者就特别强调要转变学习方法，并在后续相关章节中通过引入工程案例和采用讨论式教学方式强化学生的工程意识和工程观念的培养.具体的改革措施如下.

2.1引入工程案例，激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师.在教学过程中通过引入环境污染控制工程实际案例，将化工原理基本原理与实际案例进行关联，让学生充分感受到化工原理不单单是大学中的一门课程，而且是一门在整个专业课程体系中起着承上启下作用的课程，是学好专业课程和解决实际工程问题的重要基础，进而激发学生学习的兴趣.比如，在讲授离心泵时，笔者就在课堂上提出如何能将水从低位输送至高位、在污水管网中污水提升泵站的作用等问题，引发学生思考，进而引出具体的授课内容；其中涉及流体在管内的流动形态和速度、管路的阻力损失、流体流动时的能量守恒方程和质量守恒方程，基于能量守恒方程可进行污水提升所需的外加能量并结合污水流量和泵的效率，计算出所需泵的扬程和功率.然后再根据污水流量确定泵的流量，从而确定泵的型号.与此同时，还可以顺势引出离心泵的工作原理、安装高度、气缚、气蚀等问题.在其它章节的讲授中，笔者也尝试相应引入三废处理工程中的实际案例，尽量使问题简单化.同时，在教学过程中还特别注意联系实际工程案例，给学生灌输技术经济评价的思想，引导学生在确定工程方案时除了要从理论上探索其可行性外，还要研究其技术上的可行性，经济上的合理性和生产上的安全性等问题，统筹考虑.实践证明，在教学过程中引入工程案例，能强化学生对理论知识的掌握，提高学生考虑工程问题时的工程思维和工程意识.

2.2 启发式讨论教学，理论联系实际

启发式讨论教学是指教师根据学生的基础、教学要求而采用的一个教学启发手段，以充分调动学生思维的积极性，让学生在教学过程中发挥主体作用.通过经验总结，笔者认为，在环境工程专业化工原理教学中，应通过从实际生活实例中提出问题，分析问题，层层启发，由浅入深，引发学生主动思考，达到理论联系实际的目的.比如，在讲授固体干燥时，以生活垃圾焚烧的例子，指出生活垃圾在焚烧处理之前，水分必然要先汽化，然后使生活垃圾颗粒温度上升至其着火点，才能发生燃烧等等.此外，笔者在讲授传热的三种方式之前，先让同学讨论为什么夏天吹风扇会感觉非常凉快，冬天躲在墙角晒太阳会感觉更暖和.经过同学激烈的讨论后，请1～2位同学为代表指出其中可能的原因，然后才对同学的分析进行点评，并给出正确的解释.实践表明，通过类似的课堂讨论，学生参与度得到了极大的提高，学习的热情也空前高涨.

3 结合专业需求，整合教材资源

环境工程是一个实践性和工程性较强的学科，涉及传递过程原理、能源利用、流体力学、材料力学、生化反应工程、过程的设计和控制以及一些新型过程的开发等［2］.就现有的各种环境污染物控制与治理方法而言，绝大部分都涉及形形色色的化学反应，或为均相反应，或为多相反应，并不可避免地牵涉到有关反应物料传递、本征反应动力学与宏观反应动力学及反应器的设计与分析等一系列化学反应工程问题［3］.

目前环境工程专业化工原理理论课大多数采用的教材是在化工专业使用的《化工原理》基础上简化而成，与“三废”处理工程案例联系不太紧密，缺少反应工程相关内容，特别是生化反应工程内容.为了适应应用型地方高校环境工程专业人才厚基础、重应用的培养目标和专业需求，化工原理课程应该强化传递过程计算基础、重点讲述流体力学基础、传热、传质的基本原理并在分析主要公式时引用环境污染治理工程设备案例，使教材内容更加通俗易懂.同时，增加生化反应工程基础并将其与单元操作有机衔接.在课程内容安排上，适宜采用由简入繁、由具体到抽象、再由抽象到具体、前后关联的编排模式.根据以上设想，笔者采用的讲义大纲安排如下：绪论（介绍课程的研究对象与学习方法、单位与量纲、物料衡算、能量衡算和速率）.流体流动与流体输送机械（第一章，讨论流体流动、流体重要参数测量方法、流体流动的能量衡算、简单管路计算.第二章，泵与风机的选型、安装与操作）.传热（第三章，讨论保温及保温材料、热传导、保温效果、保温材料的适宜厚度、换热器）.传质分离过程及设备（第四章，讨论吸收速率、吸收过程的物料衡算和填料层高度的计算和填料塔的操作计算、传质设备的结构及操作性能）.非均相物系的分离（第五章，讨论固体悬浮物及其运动、集尘、分级基础及降尘室、旋风除尘器的特点）.生化反应器基础（第六章，讨论生化反应速率的表示方法、主要的生化反应器设计）.固体干燥（第七章，讨论干燥过程原理和特点、湿空气性质参数和水分性质）.

4 结语

应用型地方高校工程类人才在服务地方经济发展中具有重要的作用.其中，工程类专业人才培养过程中专业基础课程对于应用型人才工程意识、工程思维能力和解决实际工程问题能力的培养具有重要的指导意义.基于当前应用型地方高校工程类专业基础理论课教学与应用型人才培养要求不太吻合的现状，以《化工原理》理论课为例，笔者从三年前开始对环境工程专业《化工原理》课程进行了系统的改革和创新.以培养应用型人才为目标，通过加强教学观念、完善教学方法，结合专业特点编写教学讲义，加强学生工程意识和工程思维能力培养.经过三年的教学改革，学生的学习兴趣、解决实际工程问题的信心和能力明显提高.

参考文献：

［1］郑锋.本科工程应用型人才的素质要求及培养［J］.南京工程学院学报，2005，5（2）：41-45.

［2］张霞，焦学然.关于环境工程原理教学方法的探讨［J］.广东化工，2010，37（2）：110-111.

［3］陆强.环境工程专业开设化学反应工程课程的必要性与教学实践［J］.化工高等教育，2009（4）：33-36.

Teaching Reform and Practice on Principle of Chemical Engineering for Environmental Engineering Specialty

LU Wei-dong
（School of Chemistry and Environmental Engineering,Shaoguan University, Shaoguan Guangdong,China）

The ideas and experience of teaching reform on theory course of principle of chemical engineering were summarized through teaching content,teaching method,and teaching material construction,based on the experience of principles of chemical engineering course teaching and environmental pollution control engineering practice,using the course of chemical engineering principles of environmental engineering specialty as an example.The course reform results of 2009 to 2012 school curriculum showed that the student’s learning interest in theory course of chemical engineering principles,engineering consciousness and their increasing ability to solve practical engineering problems.

principle of chemical engineering;professional fundamental course;engineering specialty;teaching reform

G642.421

：A

：1007-5348（2015）04-0092-04

（责任编辑：邵晓军）

2014-08-12

韶关学院第十三批教育教学改革研究项目（SYJY20121351）.

陆伟东（1980-），男，广东英德人，韶关学院化学与环境工程学院讲师，硕士；研究方向：化工与环境保护.