賈志謙

(北京師范大學化學學院 北京 100875)

化學與化學工程學是相互依存、相互促進、共同發(fā)展的兩個學科。理科化學專業(yè)的學生，可以通過學習化學工程學掌握過程研究的知識、方法和技能，使知識結(jié)構更加完整，素質(zhì)和能力更加全面。所以，化學工程學是理科化學專業(yè)的必修課，而化學工程實驗研究是化學工程研究的主要方法，它明顯有別于化學基礎實驗，屬于工程實驗范疇。

1 化學工程實驗課程的內(nèi)容

我院的化學工程實驗包括化工基礎實驗和化工綜合實驗兩部分。化工基礎實驗內(nèi)容的實質(zhì)是測量化工參數(shù)[1]，如流動阻力系數(shù)、差壓式流量計流量系數(shù)、對流傳熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)、理論塔板數(shù)、反應速率常數(shù)、停留時間分布等，要求學生掌握離心泵、熱交換器、吸收塔、精餾塔、反應器、流量計等設備和儀表的使用方法。我院將化工基礎實驗、儀器分析實驗、物理化學實驗和結(jié)構化學實驗合并，稱為化學測量與計算實驗，屬于化學專業(yè)的必修課?；ぞC合實驗具有綜合型和研究型的特點，我院將化工綜合實驗與其他化學綜合實驗合并，稱為化學綜合與設計實驗，也是化學專業(yè)的必修課，要求學生選作其中2個實驗。

2 化學工程實驗課程的改革

近年來，我們在化學工程實驗教學中進行了一些改革，主要包括：

(1) 完善和更新了化工基礎實驗內(nèi)容。

化工基礎實驗共包括7個實驗(表1)，每個實驗為4學時，涵蓋了動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和反應工程4個部分；另外，在傳熱實驗中還增加了強化傳熱的內(nèi)容，在吸收實驗中增加了解吸操作。

在實驗設備上，采用了國內(nèi)先進的化工實驗裝置(天津大學化工系研制)，實驗硬件在綜合大學理科化學中處于先進水平。所有實驗均采用了多種測量技術(差壓式流量計、渦輪流量計、濕式流量計、壓力傳感器、溫度傳感器等)，精餾實驗采用計算機進行數(shù)據(jù)采集和過程控制，力求能反映現(xiàn)代化工生產(chǎn)和科學研究的最新進展，拓寬學生知識面，提高學生適應現(xiàn)代社會發(fā)展的能力，并提高他們的綜合素質(zhì)和技能。

(2) 增加了化工綜合實驗內(nèi)容。

根據(jù)教師的科研成果，開發(fā)了若干設計和研究型化工綜合實驗(表1)，包括孔板流量計的設計和制作、超濾分離聚乙二醇、膜吸收制備納米材料、反應精餾等，涉及膜技術、過程耦合、催化等領域，每個實驗約20學時。

在孔板流量計的設計和制作實驗中，要求學生根據(jù)實驗任務設計和制作孔板流量計，以加深對差壓式流量計原理的理解，提高實驗設計能力；同時學習小型機床的使用，提高動手能力。在超濾分離聚乙二醇實驗中，改進了文獻[2]中的用Dragendorff試劑測定聚乙二醇濃度的方法[3-4]。在膜吸收制備納米材料實驗中[5-6]，使氣液兩相分別在微孔膜兩側(cè)流動，互不分散，膜提供了穩(wěn)定而巨大的氣液界面面積，易于實現(xiàn)線性放大，氣體可被完全吸收，過程能耗低，克服了傳統(tǒng)的鼓泡攪拌釜反應器的缺點，是一種綠色、高效的氣液反應器形式。根據(jù)氣液反應理論，引導學生建立連續(xù)操作和半間歇操作的數(shù)學模型，預測液相濃度、氣相分壓、液相流速等對吸收速率的影響，并與實驗結(jié)果相比較；同時研究操作條件對粒子形貌和膜污染的影響規(guī)律。上述綜合實驗反映了化學工程研究的最新進展，通過實驗可培養(yǎng)學生的科研能力和創(chuàng)新精神，使學生知識、能力和素質(zhì)得到協(xié)調(diào)發(fā)展。

表1 化學工程實驗教學內(nèi)容

(3) 修訂了實驗講義和改進教學方法。

在編寫的化學工程實驗講義中，首先概括介紹化工實驗的研究方法、數(shù)據(jù)處理方法和實驗設計方法(正交實驗法)，旨在使學生掌握化工實驗研究的方法，提高實驗設計和數(shù)據(jù)分析能力。在實驗編寫中設計了若干思考題，以幫助學生深入掌握教學內(nèi)容。另外，將與每個實驗相關的補充資料以附錄形式附于各實驗后面，以反映實驗的有關知識背景，增加可讀性，擴大學生知識面。

化工實驗數(shù)據(jù)處理和實驗設計等內(nèi)容較為枯燥，集中講授往往效果不佳。我們將該部分內(nèi)容分散在各實驗中，結(jié)合具體實驗講授，取得了較好效果。另外，在教學中注意創(chuàng)設情境，引導學生積極思考，提高實驗設計能力。例如，在流體流動阻力測定實驗中，提出以下問題： “在化工設計中，需要計算管路流動阻力，這就需要知道直管阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關系曲線，以及閥門、彎頭等的局部阻力系數(shù)。如何設計實驗測定這些阻力系數(shù)呢？”在離心泵特性曲線測定實驗中，提出“如何設計實驗測定離心泵特性曲線？如何根據(jù)特性曲線選泵呢？”在利用內(nèi)循環(huán)無梯度反應器測定反應動力學實驗中，提出“如果你研制出了新的固相催化劑，如何測定反應的本征動力學以表征催化活性呢？”在超濾分離聚乙二醇實驗中，提出“在分離回收溶液中的聚乙二醇時，可以采用蒸發(fā)、萃取等方法，但能耗較高，還有沒有其他更好方法呢？”這些問題可以啟發(fā)并引導學生思考實驗的意義、目的和原理，增加學生的學習興趣。

(4) 改進教學評價方法。

實驗成績包括預習、操作、實驗報告、考試等，在課程結(jié)束后進行閉卷考試，以考察學生對實驗原理和技能的掌握情況，使學生更加重視化工實驗課程的學習。

通過上述改革措施，進一步提高了化學工程實驗課程的教學質(zhì)量，使我院化學工程實驗教學在國家化學實驗示范中心建設中發(fā)揮了積極作用。

[1] 教育部理科化學教學指導委員會.大學化學,1999,14(2):9

[2] 時鈞,袁權,高從堵.膜技術手冊.北京:化學工業(yè)出版社,2001

[3] Jia Z Q,Tian C.Desalination,2009,247:423

[4] 賈志謙.大學化學,2007,22(5):33

[5] Jia Z Q,Chang Q,Qin J,etal.JMembrSci,2009,342:1

[6] Jia Z Q,Chang Q,Qin J,etal.JMembrSci,2010,352:50