雷志剛　代成娜

摘要：《特殊蒸餾與液液萃取》課程課題體系內(nèi)涵豐富，與多門(mén)學(xué)科互相交叉滲透，教學(xué)內(nèi)容與本專(zhuān)業(yè)多數(shù)研究生未來(lái)所從事的科研和工作密切相關(guān)，是攻讀化學(xué)工程方向研究生的一門(mén)核心課程。隨著現(xiàn)代化工分離技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法必須與時(shí)俱進(jìn)、及時(shí)最新，做出相應(yīng)的調(diào)整。期望研究生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)在培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力、提高綜合素質(zhì)方面能夠取得有益的收獲。

關(guān)鍵詞：特殊蒸餾；萃?。徽n程建設(shè)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）27-0146-03

北京化工大學(xué)是一所以化工為主、工科實(shí)力雄厚、富有特色的多科性研究型大學(xué)。近期學(xué)校提出了建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科（“雙一流”）的重大戰(zhàn)略目標(biāo)，核心任務(wù)是培養(yǎng)具有歷史使命感和社會(huì)責(zé)任感、富有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的各類(lèi)創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型優(yōu)秀人才，人才培養(yǎng)質(zhì)量已經(jīng)成為評(píng)價(jià)“雙一流”建設(shè)水平的重要指標(biāo)。研究生是研究型大學(xué)科研的主要力量，人才培養(yǎng)同樣也要強(qiáng)調(diào)研究生教育。研究生教材建設(shè)和教學(xué)方法改革的目標(biāo)是要強(qiáng)化研究生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的提高，為其后續(xù)幾年的實(shí)驗(yàn)室科研工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。眾所周知，化工是北京化工大學(xué)的重點(diǎn)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)。單元操作是化學(xué)工程的基本要素，而在眾多單元操作之中，特殊蒸餾與液液萃取是應(yīng)用最廣、能耗最高的單元操作，其一個(gè)微小的技術(shù)進(jìn)步就有可能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因而在提高化工生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益中起著舉足輕重的作用。因此，作者從2007年起開(kāi)始講授的《特殊蒸餾與液液萃取》課程是攻讀化學(xué)工程方向研究生的一門(mén)核心課程，且與多數(shù)研究生未來(lái)所從事的科研活動(dòng)密切相關(guān)。選修該課程的研究生人數(shù)每年接近100人，一直是一門(mén)深受研究生歡迎的專(zhuān)業(yè)課程。

一、課程建設(shè)與改革的依據(jù)和主要思路

教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法直接反映教學(xué)目的和人才培養(yǎng)的目標(biāo)。[1，2]《特殊蒸餾與液液萃取》課程具有內(nèi)容豐富、理論深刻、實(shí)踐性強(qiáng)、與多門(mén)學(xué)科互相交叉滲透的特點(diǎn)，必須結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色認(rèn)真挑選教材及授課內(nèi)容。但是，作者在多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的教材體系存在如下缺點(diǎn)。

第一，教材內(nèi)容陳舊、重復(fù)，甚至有少量錯(cuò)誤，部分內(nèi)容不符合北京化工大學(xué)化工學(xué)科發(fā)展目標(biāo)和現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外的研究特色。為實(shí)現(xiàn)北京化工大學(xué)成為國(guó)內(nèi)高水平研究型大學(xué)的奮斗目標(biāo)，現(xiàn)有的教材必須改革，以適應(yīng)現(xiàn)代化工科技發(fā)展的要求。

第二，教材文字刻板、可讀性差，缺少一些色彩鮮艷的圖片以及介紹化工新技術(shù)與新理論產(chǎn)生的案例。需要通過(guò)生動(dòng)的案例教學(xué)，激發(fā)研究生的創(chuàng)新意識(shí)。另一方面，教學(xué)方法也存在形式單一的缺點(diǎn)，主要是采用傳統(tǒng)的“以教為主”的“灌輸式”教學(xué)和卷面考試方法，難以體現(xiàn)本課程培養(yǎng)創(chuàng)新型、研究型人才的目標(biāo)。

二、更新、充實(shí)課程內(nèi)容，及時(shí)把最新的專(zhuān)業(yè)知識(shí)傳達(dá)給學(xué)生

在特殊蒸餾與液液萃取領(lǐng)域，與本課程同類(lèi)的國(guó)外經(jīng)典教材是：Seader，J.D.；Henley，E.J.；Roper，D.K.Separation Process Principles （3rd）；Wiley：New York，2010. 但是這本教材的大部分內(nèi)容依然陳舊、沒(méi)有充分考慮本領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)前沿和當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，例如離子液體分離過(guò)程及其預(yù)測(cè)型分子熱力學(xué)理論等。在近10年化工主流國(guó)際期刊發(fā)表的學(xué)術(shù)論文中，與離子液體相關(guān)的論文占比最大。因此，在課堂教學(xué)過(guò)程中，作者還結(jié)合自己的科研實(shí)際情況，穿插介紹離子液體特殊蒸餾與特殊吸收新技術(shù)、用整體式結(jié)構(gòu)化催化劑與反應(yīng)器的反應(yīng)/分離耦合新技術(shù)及其相應(yīng)的預(yù)測(cè)型熱力學(xué)新理論的研究進(jìn)展。如此，學(xué)生在進(jìn)入第二、第三學(xué)年的課題研究階段對(duì)一些新的學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ)不至于感到很陌生。特別地，介紹在化學(xué)工程領(lǐng)域科學(xué)發(fā)現(xiàn)的故事和科學(xué)家（特別是中國(guó)本土科學(xué)家）的科研經(jīng)歷，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)感受科學(xué)家追求真理的精神，感受化工改變?nèi)祟?lèi)生活的巨大力量，熱愛(ài)自己所選擇的化工事業(yè)——化育天工。

作者目前更新的該課程教學(xué)大綱框架如圖1所示。

該課程體系涉及從微觀(guān)尺度到系統(tǒng)尺度，順應(yīng)當(dāng)今“分子化學(xué)工程與過(guò)程強(qiáng)化”的要求。與之相配套的教學(xué)參考書(shū)和重要論文見(jiàn)文獻(xiàn)，[3-8]其中文獻(xiàn)[4]是第1部中國(guó)學(xué)者在Elsevier B.V.出版的化工類(lèi)英文專(zhuān)著。2007年，作者受邀參與編寫(xiě)了“歐洲過(guò)程強(qiáng)化路線(xiàn)圖”（European Roadmap For Process Intensification）技術(shù)報(bào)告之中的“萃取蒸餾”和“吸附蒸餾”2個(gè)特殊蒸餾技術(shù)。10年之后（2017年），作者又對(duì)這些過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行了更新（http：//www.rvo.nl/sites/default/files/bijlagen/European_Roadmap_Process_Intensification.pdf）。將這些最新、實(shí)用的化工技術(shù)及時(shí)傳授給研究生，使其在以后的科研和工作中受益。

三、教學(xué)方法改革

第一，改變傳統(tǒng)由教師講述的滿(mǎn)堂灌的教學(xué)方法。研究生自由提取課堂內(nèi)容的一個(gè)片段（如一種新型分離技術(shù)或新理論）進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，并形成一份PPT形式的專(zhuān)題報(bào)告，自己上臺(tái)講解（5—10min），其他同學(xué)則提問(wèn)互動(dòng)，激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變。

第二，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立班級(jí)微信群，適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，線(xiàn)上線(xiàn)下相互銜接。

第三，邀請(qǐng)校外專(zhuān)家講課并介紹最新的學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)和其自身的實(shí)踐經(jīng)歷，豐富了教學(xué)內(nèi)容。作者曾經(jīng)邀請(qǐng)國(guó)際知名化工專(zhuān)家Prof.Andreas Klamt來(lái)北京化工大學(xué)面對(duì)面地向研究生講授COSMO-RS預(yù)測(cè)型熱力學(xué)模型的基礎(chǔ)理論以及現(xiàn)場(chǎng)演示如何在COSMOtherm軟件上實(shí)現(xiàn)COSMO-RS計(jì)算。研究生自帶筆記本電腦、免費(fèi)安裝軟件，Prof.Andreas Klamt則在現(xiàn)場(chǎng)手把手傳授如何進(jìn)行操作。隨后的反饋意見(jiàn)表明：這堂課在研究生當(dāng)中產(chǎn)生了強(qiáng)烈的共鳴，因?yàn)樗麄兏惺艿搅嗽趯W(xué)術(shù)大師親自指點(diǎn)下在課堂上就學(xué)會(huì)了一門(mén)學(xué)習(xí)和工作技能。

第四，利用作者主持召開(kāi)本領(lǐng)域國(guó)際、國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議的機(jī)會(huì)，組織研究生參加或旁聽(tīng)這些會(huì)議，與專(zhuān)家面對(duì)面交流，激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)熱情。2016年5月，作者主持召開(kāi)了第5屆國(guó)際化工分離技術(shù)大會(huì)（ICSTC-5）。參加本次大會(huì)的代表有中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)際高校、研究機(jī)構(gòu)以及化工企業(yè)的70多名學(xué)者和技術(shù)人員，同時(shí)作者還要求選修《特殊蒸餾與液液萃取》課程的研究生也參與其中（免交會(huì)議注冊(cè)費(fèi)）。來(lái)自國(guó)際上的專(zhuān)家及學(xué)者針對(duì)科學(xué)技術(shù)的重大課題或前沿領(lǐng)域提出了最新的綠色分離技術(shù)，展示了當(dāng)前國(guó)際及國(guó)內(nèi)的分離技術(shù)發(fā)展最新研究成果。作者藉此機(jī)會(huì)開(kāi)辟第二課堂，以最低成本實(shí)現(xiàn)了研究生參與國(guó)際學(xué)術(shù)交流，提升了研究生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

第五，不僅在課堂上講解特殊蒸餾與液液萃取的基本原理與新技術(shù)，而且還帶領(lǐng)研究生參觀(guān)申請(qǐng)人團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室，從抽象到具體，認(rèn)識(shí)和使用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，使他們盡快地熟悉科研工作。2015年，作者研發(fā)了一種新型的、短平快的離子液體氣體干燥實(shí)驗(yàn)裝置（ZL 201510191695.0）。本學(xué)科的研究生和本科生均可自由安排時(shí)間來(lái)實(shí)驗(yàn)室操作，體驗(yàn)新型分離技術(shù)在實(shí)現(xiàn)過(guò)程強(qiáng)化和節(jié)能減排方面所發(fā)揮出的巨大作用。

四、考核評(píng)定方法改革

改變“一考定終身”的單一考評(píng)方式，加大平時(shí)成績(jī)的權(quán)重，平時(shí)成績(jī)根據(jù)課堂出勤率、在課堂上的表現(xiàn)情況（回答問(wèn)題等）、平時(shí)作業(yè)完成情況、國(guó)際和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議的參與程度而定，最終考核成績(jī)的評(píng)定是由平時(shí)成績(jī)+課程報(bào)告+卷面理論考試三方面成績(jī)的加權(quán)平均。在課程報(bào)告方面，不僅可選擇追蹤一種自己感興趣的特殊蒸餾、液液萃取、超臨界萃取或其他化工過(guò)程強(qiáng)化新理論、新技術(shù)和新裝備，而且還可選擇編寫(xiě)平衡分離過(guò)程的計(jì)算程序（計(jì)算機(jī)語(yǔ)言不限，但應(yīng)包括題目、每行解釋語(yǔ)句、每步計(jì)算結(jié)果和說(shuō)明等），這樣有助于研究生深刻地理解各類(lèi)化工流程模擬軟件的求解過(guò)程。在卷面理論考試方面，經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)于采用夾點(diǎn)技術(shù)計(jì)算換熱網(wǎng)絡(luò)的最小加熱公用工程和最小冷卻公用工程的計(jì)算題目。目的是使研究生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)至少掌握一種實(shí)用的化工節(jié)能減排技術(shù)，未來(lái)具有獨(dú)立從事相關(guān)工作的能力。此外，還側(cè)重考察研究生分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)采用特殊蒸餾方法分離工業(yè)C4混合物（包括丁烷、丁烯和丁二烯等）的工藝流程。

五、結(jié)論

蒸餾、吸收和萃取依然是現(xiàn)代化學(xué)工程單元操作的主體。從平衡分離過(guò)程的本質(zhì)來(lái)看，狹義的特殊蒸餾是指針對(duì)相對(duì)揮發(fā)度α<1.2的液體混合物需通過(guò)添加第三組分（溶劑或分離劑）以提高被分離組分相對(duì)揮發(fā)度的蒸餾過(guò)程（如萃取蒸餾、恒沸蒸餾等）；而廣義的特殊蒸餾是指添加的第三組分不局限于液體溶劑，也可以是催化劑（如催化蒸餾）、吸附劑（如吸附蒸餾）或特殊裝備（如分子蒸餾、熱泵蒸餾）等。該課題體系內(nèi)涵豐富，從如下幾方面進(jìn)行了課程建設(shè)和教學(xué)新模式的探索。

第一，更新、充實(shí)課程內(nèi)容，把最新的專(zhuān)業(yè)知識(shí)及時(shí)傳達(dá)給學(xué)生。

第二，教學(xué)方法多樣化，即二個(gè)轉(zhuǎn)變：“以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)變、“課堂為主”向“課內(nèi)外結(jié)合”轉(zhuǎn)變。

第三，考核評(píng)定方法多樣化，即一個(gè)轉(zhuǎn)變：“結(jié)果評(píng)價(jià)為主”向“結(jié)果和過(guò)程評(píng)價(jià)結(jié)合”轉(zhuǎn)變，加大平時(shí)成績(jī)的權(quán)重。

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