高能文，全學(xué)軍，李 軍，黃國文

(重慶理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400054)

分離工程教學(xué)改革探討

高能文，全學(xué)軍，李 軍，黃國文

(重慶理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400054)

《分離工程》課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，根據(jù)分離工程的課程特點及教學(xué)中存在的問題，提出調(diào)節(jié)課程體系的配置、注重知識結(jié)構(gòu)的梳理、注重名詞的講解、注重例題和作業(yè)的講解、采用視頻輔助教學(xué)等方法來提高教學(xué)效果。幾年的教學(xué)實踐表明學(xué)生成績得以提高，提高了教學(xué)的質(zhì)量和效果。

分離工程；教學(xué)改革；核心課程；教學(xué)效果

在大力倡導(dǎo)節(jié)能減排、資源高效利用和過程工業(yè)綠色化的21世紀(jì)，化工分離技術(shù)將在石油化工、資源環(huán)境、能源、材料、生物醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮重要作用。分離工程就是研究化工及其它相關(guān)過程中物質(zhì)的分級、分離、濃縮和純化的一門綜合性、多層次的工程科學(xué)，其內(nèi)容涉及面廣、跨度大、知識點多[1-3]?！斗蛛x工程》課程是為數(shù)不多的帶有鮮明工程特點的課程，是高校化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[4]。在重慶理工大學(xué)，本課程屬于化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案中的核心課程，其重要性不言而喻。但大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中反映該課程理論性強(qiáng)、比較抽象，數(shù)學(xué)公式太多、計算過程復(fù)雜，從而學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)、對知識的理解不深。

在社會對應(yīng)用型工程人才需求日益增加的背景下，如何提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力就顯得十分重要[5]。本文主要結(jié)合筆者自身的教學(xué)實踐，談?wù)勌嵘斗蛛x工程》課程教學(xué)效果的一些體會。

1 調(diào)節(jié)課程體系的配置

分離工程課程是利用物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理等基礎(chǔ)知識中有關(guān)相平衡熱力學(xué)、動力學(xué)，傳熱、傳質(zhì)理論來對化工生產(chǎn)中常見的復(fù)雜物系的分離和提純技術(shù)做進(jìn)一步的研究和探討[6]。以筆者授課經(jīng)驗來看，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程前，最好先學(xué)習(xí)物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理等課程，否則學(xué)習(xí)起來會比較困難。本課程我校選用的是青島科技大學(xué)葉慶國等人編寫的教材[7]。例如在講授第二章中相平衡關(guān)系的計算時，涉及到利用逸度、逸度系數(shù)、活度系數(shù)來表達(dá)相平衡關(guān)系，以及利用各種狀態(tài)方程計算相平衡常數(shù)K時的逸度系數(shù)、活度系數(shù)的詳細(xì)計算。由于有關(guān)逸度、逸度系數(shù)、活度系數(shù)的理論推導(dǎo)在化工熱力學(xué)里面有詳細(xì)的介紹，本課程重點強(qiáng)調(diào)如何應(yīng)用，因此如果學(xué)生沒有學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的相關(guān)知識，那么對本節(jié)內(nèi)容的掌握將是比較吃力的。又如，在講授第三章精餾和第四章氣體吸收和解吸時，涉及到塔、理論板、精餾段、提餾段、回流比、等板高度等概念。這些內(nèi)容在化工原理課程里有詳細(xì)的介紹，如果學(xué)生沒有學(xué)過化工原理課程，而在分離工程課程中直接擴(kuò)展到多組分平衡分離，學(xué)生將覺得本課程非常抽象難懂，老師為了提高教學(xué)效果，也只能重新從這些基本知識講起。在課時有限的前提下，既要完成教學(xué)大綱的內(nèi)容，又要做一些必要的基礎(chǔ)知識的補(bǔ)充講解，這無疑加大了授課的廣度和難度。因此，在本校2015版修訂的人才培養(yǎng)方案中，對課程體系做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將分離工程課程排在物理化學(xué)、化工原理等課程后面，這將有利于該課程的講授和學(xué)生的學(xué)習(xí)。

2 注重知識結(jié)構(gòu)的梳理

分離工程課程理論性強(qiáng)、比較抽象，合理的組織課程內(nèi)容，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對知識的掌握程度是有利的?？傮w上，分離工程課程內(nèi)容可以分為四大塊，包括：多組分分離基礎(chǔ)、多組分平衡分離、分離過程的節(jié)能、新分離方法[7]。課程內(nèi)容可以采用直線式結(jié)構(gòu)展開，先講授多組分分離基礎(chǔ)，再依次講授多組分平衡分離和分離過程的節(jié)能，最后介紹新分離方法。后學(xué)習(xí)的內(nèi)容都建立在前面學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)之上，從簡單到復(fù)雜，環(huán)環(huán)相扣，逐步深入。例如，多組分分離基礎(chǔ)中介紹的設(shè)計變量的確定方法可以應(yīng)用到后續(xù)泡露點的計算，等溫閃蒸、絕熱閃蒸的計算中。泡露點計算中的設(shè)計變量數(shù)為0，等溫閃蒸、絕熱閃蒸過程中的設(shè)計變量數(shù)為2，內(nèi)容也是逐步深入的。在第二大塊多組分精餾的計算中，精餾塔塔頂、塔釜的溫度、組成，需要用到泡露點的計算方法，進(jìn)而求相對揮發(fā)度，并計算塔板數(shù)和進(jìn)料位置。在多組分吸收過程的計算中，也需要由簡單平衡級推導(dǎo)克雷姆塞爾方程，進(jìn)而計算吸收塔板數(shù)和吸收液、尾氣組成。在分離過程的節(jié)能中，只有在對多組分平衡分離過程中的傳質(zhì)、傳熱規(guī)律充分學(xué)習(xí)了解的基礎(chǔ)上，才能找到措施提高分離效率、減小能耗。最后再介紹除平衡分離方法外，更高效、更簡單的新分離方法，如超臨界萃取、膜分離技術(shù)等。

每次講課，老師都應(yīng)注重整個知識邏輯的梳理，引導(dǎo)學(xué)生從全局的角度來細(xì)看當(dāng)天所學(xué)的內(nèi)容。從而一方面可以讓學(xué)生有清晰的知識脈絡(luò)，另一方面也有利于學(xué)生對學(xué)過知識的重復(fù)思考，增加對抽象概念的感悟和掌握。筆者在講授多組分精餾和吸收過程時，采用該方法，從而將前面內(nèi)容融合進(jìn)來，讓課程不再抽象而是充滿邏輯性、趣味性。

3 注重名詞的講解

分離工程大量的專業(yè)理論和專業(yè)術(shù)語極其抽象難懂，是該課程的教學(xué)重點，也是該課程的教學(xué)難點。條理清晰地對這些專業(yè)術(shù)語進(jìn)行區(qū)分和講解，有利于學(xué)生對課程內(nèi)容的理解和掌握。例如在緒論中，要對比講解“分離過程”和“分離工程”、“理論分離因子”和“實際分離因子”、“平衡分離過程”和“速率分離過程”、“能量分離劑”和“物質(zhì)分離劑”。在多組分分離基礎(chǔ)中，要對比講清楚以下專業(yè)術(shù)語的區(qū)別和聯(lián)系：“變量”和“獨立變量”、“約束數(shù)”和“設(shè)計變量數(shù)”、“單一物流”和“相平衡物流”、“單元”和“裝置”、“固定設(shè)計變量”和“可調(diào)設(shè)計變量”、“逸度系數(shù)”和“活度系數(shù)”、“理想氣體的混合物”和“理想的氣體混合物”、“泡點”和“露點”、“等溫閃蒸”和“絕熱閃蒸”。在精餾中，要對比講清楚以下專業(yè)術(shù)語的區(qū)別和聯(lián)系：“關(guān)鍵組分”和“非關(guān)鍵組分”、“輕組分”和“重組分“、“分配組分”和“非分配組分”、“清晰分割”和“非清晰分割”、“最少理論板”和“實際理論板”、“最小回流比”和“操作回流比”、“最高恒沸物”和“最低恒沸物”、“均相恒沸物”和“非均相恒沸物”、“恒沸精餾”和“萃取精餾”等。在氣體吸收和解吸中，要對比講清楚以下專業(yè)術(shù)語的區(qū)別和聯(lián)系：“吸收”和“精餾”、“單向傳質(zhì)”和“雙向傳質(zhì)”、“吸收率”和“吸收因子”、“平均吸收因子”和“平均有效吸收因子”。在分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能中，要對比講清楚以下專業(yè)術(shù)語的區(qū)別和聯(lián)系：“理論板”和“實際板”、“點效率”和“板效率”、“凈功”和“最小功”等。

筆者在講授“分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定”這節(jié)內(nèi)容時，為了加深學(xué)生對單股物流、單元、裝置的設(shè)計變量之間關(guān)系的理解，將變量數(shù)、獨立變量數(shù)、約束數(shù)、設(shè)計變量數(shù)的表達(dá)式匯總到一個表格中(如表1所示)，從而直觀的顯示了各專業(yè)術(shù)語的區(qū)別和聯(lián)系，收到了較好的教學(xué)效果。

表1 單股物流、單元、裝置的設(shè)計變量表達(dá)式

4 注重例題和作業(yè)的講解

分離工程作為一門工程科學(xué)，習(xí)題在很大程度上成為了銜接教與學(xué)、導(dǎo)與練、學(xué)與用的主要方式。習(xí)題的教學(xué)及解題過程的訓(xùn)練，利于學(xué)生消化和鞏固所學(xué)理論知識，檢查對所學(xué)內(nèi)容的掌握程度，發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)中的薄弱環(huán)節(jié)，提高運(yùn)用所學(xué)知識分析、解決問題的能力。

筆者在講授課程例題時，除了講授課本上的解題方法外，也注意從不同的角度來求解例題。例如在講解例2-1時，引導(dǎo)學(xué)生采用比較簡潔的郭氏法來進(jìn)行設(shè)計變量的分析。在講解例2-4時，除了用范德華方程計算汽液相平衡常數(shù)，也引導(dǎo)學(xué)生采用查p-T-K圖的方法，更便捷地得到了較精確的結(jié)果。

課后習(xí)題主要選用一些綜合性、啟發(fā)性比較強(qiáng)的題目，平均每4學(xué)時，學(xué)生需完成一次作業(yè)。對一些代表性課后習(xí)題，需要專門安排時間來講解，以便于學(xué)生鞏固和靈活應(yīng)用所學(xué)知識，例如：習(xí)題2.2、2.5、2.7、2.10、2.16、2.17、2.21、2.23，習(xí)題3.1、3.4、3.9、3.10、3.15、3.17，習(xí)題4.3、4.5，習(xí)題6.1、6.5、6.8。講解課后習(xí)題的時間，安排在每章課程結(jié)束時，詳細(xì)介紹題目的解題思路，并做成PPT分享給學(xué)生。筆者在備課時，已經(jīng)將課后的習(xí)題全部演算一遍，并對一些習(xí)題給出多種解題思路。例如習(xí)題2.17，也可將混合物溫度和露點溫度比較，當(dāng)混合物溫度小于露點溫度時，混合物中一定有液相存在。

5 視頻輔助教學(xué)

多媒體技術(shù)的發(fā)展，為我們的教學(xué)提供了更多的方法和手段[8]。筆者在分離工程的教學(xué)中，利用“屏幕錄像專家”對重點內(nèi)容和難點內(nèi)容進(jìn)行錄制，制作成小視頻分享給學(xué)生，方便學(xué)生的學(xué)習(xí)。曾經(jīng)錄制過的章節(jié)有：分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定、相平衡關(guān)系、汽液相平衡常數(shù)的計算、泡點溫度和壓力的計算、等溫閃蒸、多組分精餾的簡捷算法、平均吸收因子法、分離過程的最小功等。

視頻教學(xué)可以作為課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充，可以多次、重復(fù)觀看和學(xué)習(xí)。一方面有利于學(xué)生對抽象概念的理解和掌握，另一方面也可以解決學(xué)生做題過程中遇到的典型問題，起到畫龍點睛的作用。

6 結(jié)語

筆者結(jié)合分離工程教學(xué)中存在的問題，指出了調(diào)節(jié)課程體系的配置、注重知識結(jié)構(gòu)的梳理、注重名詞的講解、注重例題和作業(yè)的講解、采用視頻輔助教學(xué)等方法來提高教學(xué)效果。通過最近幾年的教學(xué)實踐和改革，學(xué)生成績得以明顯提高，取得了較好的效果。但是由于分離工程屬于專業(yè)核心課程，因此在教學(xué)方法上還需要長期積累和不斷改革創(chuàng)新。在教學(xué)內(nèi)容上，如實驗教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)、教材建設(shè)等方面，也需要進(jìn)一步推進(jìn)，以完善課程建設(shè)內(nèi)容[2]。

致謝：感謝重慶理工大學(xué)《分離工程》和《過程裝備腐蝕與防護(hù)》核心課程的支持。

[1] 曹 平,李 軍,全學(xué)軍. 化工分離工程教學(xué)改革探索[J]. 廣東化工,2012,39 (11): 199-199.

[2] 葉慶國,徐東彥,王英龍,等. 分離工程精品課程的建設(shè)與實踐[J]. 化工高等教育,2011,28 (3): 23-25.

[3] 徐東彥,葉慶國,陶旭梅. 分離工程雙語教學(xué)的探索與實踐[J]. 化工高等教育,2013,30 (4): 62-65.

[4] 徐東彥,葉慶國,陶旭梅. 化工專業(yè)多層次分離工程課程體系構(gòu)建的研究與實踐[J]. 廣州化工,2015,43 (7): 168-169.

[5] 高能文,王 洪,李 軍,等. “雙導(dǎo)師制“提升過控專業(yè)畢業(yè)設(shè)計工程應(yīng)用能力的探索[J]. 廣東化工,2015,42 (16): 234-235.

[6] 黃國文,魏丹丹,高煥方,等. 拓展汽液平衡計算提高分離工程教學(xué)質(zhì)量[J]. 廣東化工,2011,38 (7): 191-192.

[7] 葉慶國.分離工程[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[8] 葉慶國,徐東彥,鐘立梅. 多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)在分離工程教學(xué)中的結(jié)合[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù),2009(S1): 52-54.

(本文文獻(xiàn)格式：高能文，全學(xué)軍，李 軍，等.分離工程教學(xué)改革探討[J].山東化工,2017,46(13):122-123,125.)

Discussion on Teaching Reform of Separation Engineering

GaoNengwen,QuanXuejun,LiJun,HuangGuowen

(School of Chemical Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054,China)

Separation Engineering is one of the core courses in Chemical Engineering and Technology. According to the characteristics and questions existed in teaching process,some new attempts to improve the teaching quality were provided,such as adjustment of the course construction of chemical engineering,illustrate the logical relationship of knowledge point,better explanation of professional terms,demonstrating the solution of examples and assignments,and short video assisted teaching. Teaching practices showed that students' test scores improved. In this way,the teaching effects become better.

separation engineering;teaching reform;core courses;teaching effect

2017-05-02

重慶理工大學(xué)專業(yè)核心課程建設(shè)項目；重慶市教委科學(xué)基金資助項目(KJ1500932)；重慶理工大學(xué)科研啟動基金項目(2012ZD23)

高能文(1982—)，男，重慶人，講師，博士，研究方向：膜分離技術(shù)。

G642

B

1008-021X(2017)13-0122-02