趙蘇亞，梁鵬舉，陳亞輝，呂喜風

（1.新疆兵團南疆化工資源利用工程實驗室，新疆阿拉爾 843300；2.塔里木大學化學化工學院，新疆阿拉爾 843300）

化工工藝課程具有內(nèi)容豐富、多學科相互交叉、實踐性和理論性強等特點，對一個化工工藝的設(shè)計和分析，在考慮環(huán)保、安全、經(jīng)濟的情況下結(jié)合熱力學和動力學兩方面的影響因素來完成[1]?；すに噷W課程主要是在化工設(shè)備、化工原理、分離工程等課程方面的延伸，從而形成的一門學科，化工工藝學課程主要的內(nèi)容關(guān)系到分離與反應(yīng)過程的設(shè)備與方法選擇等，這門學科是將實踐與理論進行了有機融合，可以為學生畢業(yè)之后從事科研與化工相關(guān)的工作奠定基礎(chǔ)[2-3]。但在實際的教與學的過程中對于化工專業(yè)學生來說，由于物理和工程力學基礎(chǔ)普遍相對薄弱，學習難度大，因而教學效果不夠理想且容易與實際脫離。此外，化工工藝學介紹了幾個比較典型的工藝過程，而這些工藝過程的分析其實遵循著同樣的原理，如操作參數(shù)的選擇，都是結(jié)合動力學和熱力學兩方面的影響進行取舍[4-5]。而在講授型課堂中，老師通常會對每一個工藝都進行一遍同樣的分析，容易使課堂變得重復(fù)無聊，學生的學習興趣會極大降低。為了提高學生的學習興趣，就需要對現(xiàn)有的教學方法進行改進提升，現(xiàn)有的教學手段大多是基于課堂的講授式教學，對于激發(fā)學生的學習興趣方面還有不足之處。同時，化工工藝與我們的日常生活息息相關(guān)，化工工藝品在日常生活也總隨處可見，所以在教學過程中要緊密與生活相結(jié)合，這樣就有助于學生的理解和掌握。本文基于這門課程的教學特點，就提升化工工藝課程的教學質(zhì)量提出一些意見和建議。

1 項目式教學方式

講授型課堂中，老師通常會對每一個工藝都進行一遍同樣的分析，容易使課堂變得重復(fù)無聊，學生的學習興趣會極大降低，無法開發(fā)學生的創(chuàng)新和主動學習的能力。為了打破傳統(tǒng)教學模式的局限性，采用項目式教學的方式，如以主要生產(chǎn)的產(chǎn)品，學生主動思考生產(chǎn)工藝過程中的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)過程、動力學、熱力學取舍、方法、設(shè)備選擇等，使學生更主動地學習。以第三章氮加氫制合成氨教學為例，設(shè)計如圖1所示。

針對原料合成氨這一工藝，為了制定科學的流程，教師應(yīng)該提出下述幾個問題：首先是目標產(chǎn)物需要經(jīng)過何種反應(yīng)才能生產(chǎn)？反應(yīng)的具體原理是什么？反映了動力與熱力學哪些方面的特征？采用其他原料怎么樣、如何選擇適宜的反應(yīng)條件、催化劑？這種反應(yīng)需要何種類型的反應(yīng)器？在進行反應(yīng)之后形成的新物質(zhì)與氫氣通過什么方式來循環(huán)回收、分離以及其存在什么理化性質(zhì)？結(jié)合一系列的性質(zhì)，應(yīng)該需要通過何種回收、分離方案？需要在何種環(huán)境中進行？進一步總結(jié)課程的教學思路，詳見圖1。結(jié)合該教學思路，在老師的引導下，以學生生產(chǎn)符合要求的產(chǎn)物為基本目的，考慮該目標的實現(xiàn)適合哪種反應(yīng)，然后全面地分析經(jīng)濟指標與環(huán)境因素，進一步明確單元操作，從而形成工藝流程[6]。并且，該教學思路的適用范圍較廣，能夠使學生掌握全局，使學生主動學習。

2 科研教學相融合的教學手段

化工工藝學是一門實踐性較強的學科，對于化工各專業(yè)學生，老師可以將自己的科研項目融入課程，做好教學和科研之間的相互融合，可以有效促進學生對課堂理論知識的快速消化，同時也能擴展學生的知識層面，這樣也可以激發(fā)學生對有機化學的學習興趣。

例如講到無機化工反應(yīng)單元時，會講到焙燒與煅燒，焙燒和煅燒是兩種常用的化工單元工藝，除在無機鹽工業(yè)中處理礦石或產(chǎn)品加工以外，在制備生物質(zhì)吸附材料時也經(jīng)常用到。目前利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備碳基活性炭吸附有害物質(zhì)是一種“以廢治廢”的有效手段，但在制備的過程中吸附性能、得率等受到焙燒溫度、時間等因素的影響，研究其制備過程中的最佳制備條件，對制備高吸附性能的生物質(zhì)基碳材料具有一定意義。通過這個講述可以使學生了解到前沿的研究，激發(fā)學生的科研探索精神。以下是指導學生通過查閱相關(guān)文獻制備的生物質(zhì)碳基吸附材料時，溫度對吸附性能、得率、粒徑等性質(zhì)的影響結(jié)果。

在不同溫度下，棗木炭和棉稈炭的得率，揮發(fā)分、固定碳、灰分測試結(jié)果如表1所示。由于棉稈、棗木中不同組成成分的含量不同，得率也不同。隨著溫度的升高，兩種炭的得率均不斷下降，在700℃時棉稈炭的得率下降為30.15%，棗木炭下降為25.7%。可見在低溫下生物質(zhì)中半纖維素和纖維素開始大量分解，生物炭質(zhì)量下降，產(chǎn)率變化較大，木質(zhì)素主要在高溫階段分解；隨著熱解溫度的升高，原材料熱解趨于完全，所以產(chǎn)率變化逐漸穩(wěn)定，變化較平緩[7]。當溫度較低時（400℃），揮發(fā)分尚未完全析出，溫度升高（600℃），纖維素和木質(zhì)素不斷裂解，揮發(fā)分開始大量析出，殘留在生物炭內(nèi)的揮發(fā)分減少，導致?lián)]發(fā)分在此溫度下急速下降。700℃時揮發(fā)分含量變化緩慢，說明揮發(fā)分幾乎全部析出?？梢姡^高的溫度能夠促使氣體與炭的二次反應(yīng)，且使得揮發(fā)物逸出，而不是裂解為炭。因此，棗木炭和棉稈炭的得率隨溫度的升高而降低，而固定碳和灰分相對增加，導致炭中揮發(fā)分有所下降。

表1 兩種生物質(zhì)炭的工業(yè)分析結(jié)果 %

不同的熱解溫度對棗木炭和棉稈炭的亞甲基藍和碘吸附值差異明顯。如表2可知，隨著溫度升高，棗木炭和棉稈炭的亞甲基藍值均呈先增大后減小趨勢；棗木炭的碘值持續(xù)增大，棉稈炭的碘先迅速增加后降低。實驗結(jié)果表明，在700℃時制備的棗木炭的亞甲基藍值和碘值都達到了最大值，分別是79.5 mg/g、447.71 mg/g，分別約為400℃時所制備炭材料的2.2倍和1.2倍；而棉稈炭的亞甲基藍值也在700℃達到最大值258 mg/g，是400℃時的10.75倍，而碘值在溫度為600℃時達到最大值，為1 377.57 mg/g，是400℃時的2.6倍。碘值和亞甲基藍值的增加表明，隨著溫度的升高，炭的微孔、中孔數(shù)量有明顯變化。溫度由400℃升高至600℃，棉稈炭的亞甲基藍值急速增加，溫度增加至700℃時，亞甲基藍值增加速度緩慢，而碘值則有所下降。這表明隨著溫度的增加，棉稈炭的微孔數(shù)量也有所增加，中孔數(shù)量有些許下降。高溫條件下木質(zhì)素分解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物逸出，導致了生物質(zhì)內(nèi)部更深層次的變化。另外，隨著溫度升高，生物質(zhì)芳香性增強，結(jié)構(gòu)更為致密，并產(chǎn)生大量的微小孔徑[8]。

表2 兩種生物質(zhì)炭的碘/亞甲基藍吸附值結(jié)果

學生表示，通過實踐訓練，將理論知識與實際很好地結(jié)合了起來，幫助他們樹立了嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度，還拓寬了他們的知識層面，并且在實驗過程中的不斷找出、總結(jié)失敗的原因，磨煉了他們不怕失敗，遇事不退縮的精神品質(zhì)，增強了他們科研信心，激發(fā)了學生對科學知識的探索。同時在一定程度上激勵了學生對課堂理論知識的學習興趣，激發(fā)了學生對這門課程的喜愛。這也充分體現(xiàn)了“科教相融、教研相長、注重實際發(fā)展”的人才培養(yǎng)體制，很好地提高了教學質(zhì)量，實現(xiàn)了“寓教于研，不流于形式”。

3 豐富多樣的教學方法

對于大部分同學來說一堂課程的知識點是可以及時掌握理解的，但也有少部分同學由于之前的基礎(chǔ)課程知識掌握不牢靠等問題，對于本課堂知識點的掌握不是很透徹。同時也有些學生相對比較內(nèi)向，課堂上遇到了問題不敢舉手，課下不敢詢問，這樣長此以往，這些學生就會對這門課程失去興趣。受到疫情影響，部分學生無法返校上課，各高校紛紛將雨課堂、慕課、智慧樹、學習通，以及釘釘、騰訊會議等網(wǎng)絡(luò)平臺引入教學。課前：通過網(wǎng)絡(luò)平臺不布置課前預(yù)習、資料分享等，讓學生提前了解預(yù)習本節(jié)課的知識點；課中：老師也可以通過語音、彈幕等功能及時關(guān)注并解答線上學生的疑惑，增加師生互動，活躍課堂學習氛圍，增加學生的學習熱情；課后：內(nèi)容會自動保留在平臺，方便學生回看溫習，還可在平臺上發(fā)布作業(yè)，學生完成后交到平臺，方便老師統(tǒng)計成績及了解學生對知識點的掌握情況。

4 引入思政元素，加強人文教育

人文素養(yǎng)是一個民族、一個國家的可貴品質(zhì)，為了提高學生的人文和政治素養(yǎng)，從而提高化工工藝學這門課程的教學質(zhì)量，可以在化工工藝學的教學過程中有機地融合化工工藝的發(fā)展歷史，可以給學生講身邊用到的化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝發(fā)展過程，學習科學家們在實踐中奮斗不屈的精神，讓學生接受人文精神的熏陶，以史明志，以史明理，以史為鑒，培養(yǎng)全面發(fā)展的高素質(zhì)人才。

如第一章緒論的教學中，著重論述了疫情防控有關(guān)的案例，比如在疫情暴發(fā)初期，口罩的需求量暴增，而熔噴布作為其主要的原材料，需求也迅速增長，當時口罩十分缺乏。而熔噴布最核心的材料就是聚丙烯，該材料屬于石化工業(yè)下游產(chǎn)品，所以說只有化學工業(yè)發(fā)展到一定程度，才能為國民提供口罩，以更好地開展防疫工作。根據(jù)這一案例，可以引發(fā)學生思考，通過學習化工在某些方面可以為國家作貢獻，有利于提高學生的社會責任意識與職業(yè)認同感。在第二章中能源里可以放能源的紀錄片，引發(fā)學生對現(xiàn)在能源現(xiàn)狀的思考，以及在制備化工產(chǎn)品時如何選擇才能為祖國節(jié)能減排，為我國早日達到“雙碳”計劃作出貢獻，激發(fā)學生創(chuàng)新思維的同時增強環(huán)保意識。在第三章烴類熱裂解的教學中，引導學生了解現(xiàn)階段使用的各種催化劑，如何做到綠色催化劑。

所以通過每一章節(jié)與思政課程進行融合，讓學生積極主動思考未來化工的發(fā)展方向，激發(fā)學生學習內(nèi)在動力，思考自己是否符合當代大學生思想政治要求，讓學生的思想認識得到進一步升華，從而促成從“要我學”到“我要學”的學習動機轉(zhuǎn)變，使思政教育和提高課程教學質(zhì)量相互促進、相得益彰。

5 優(yōu)化課程考核方式

對于化工工藝學這門課程的考核方式基本上是平時成績加期末成績，但是主要以期末成績?yōu)橹鳎话闫谀┏煽冋伎傇u成績的70%，這樣雖然在一定程度上反映了學生對課本知識的掌握程度，但是卻忽視了學生平時學習的狀況。另外，化工工藝學課程的實踐性較強，需要學生將理論和實際應(yīng)用聯(lián)系起來，應(yīng)當更加注重平時學生對知識點的理解和應(yīng)用程度的掌握。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，各種先進的技術(shù)相繼涌現(xiàn)，教師可以根據(jù)實時環(huán)境，通過學習平臺中的信息，導出學生在班課中簽到、課前預(yù)習、課后復(fù)習、參與活動等相關(guān)的數(shù)據(jù)，明確其權(quán)重，然后進行加權(quán)計算，作為考核學生的平時成績依據(jù)，建議在考核部分占比30%；由于化工工藝學每單元涉及的單元工藝都有較大差異，知識點復(fù)雜繁瑣，建議設(shè)置單元測試，成績在考核部分占比30%，那么期末考核占比40%，其中在期末考試中增加以完成某一產(chǎn)品工藝流程為目標的綜合性試題，用于考查學生解決開放性問題的能力，同時反饋問題導向教學理念在實際應(yīng)用中的問題，以便及時調(diào)整教學方法。這不僅可以實現(xiàn)對學生長時間的考核、監(jiān)督，也可提高學生對這門課程的專注度和參與程度。

6 結(jié)束語

在化工工藝學教學過程中，為提高教學質(zhì)量就必須不斷創(chuàng)新化工工藝學的教學方法和手段。根據(jù)學生的特點靈活改變教學方法和模式，將教師科研融入教學，做到科研反哺教學，同時，在授課過程中要堅持以人為本的教學理念，重視學生對理論知識的學習、應(yīng)用創(chuàng)新能力和人文素養(yǎng)的培養(yǎng)，從而提高化工工藝學的課程教學質(zhì)量。