主頁 > 新聞動態 > 化工實驗大賽對化工原理課程的教學改革 2021-11-17

化工實驗大賽對化工原理課程的教學改革

全國大學生化工實驗大賽是由教育部高等學校化工類專業教學指導委員會、中國化工教育協會共同主辦的針對高校化工類及相關專業全日制在校本科生的基于化工原理的理論和實驗的學科類競賽。我校位于廣西桂林，屬于西南賽區。一直以來，我校化工專業教師都積極組織學生參加化工實驗大賽，但比賽結果不盡如人意。2017年進入復賽的隊伍有三支，最終進入決賽的隊伍有一支；2018年進入復賽的隊伍只有一支，最終未能進入決賽；2019年進入復賽的隊伍有兩支，但最終卻未能進入決賽。初賽進入復賽的隊伍，依據的是隊伍中每個隊員的化工原理筆試成績；進入復賽的隊伍數量反映了我校學生對化工原理理論知識的掌握情況。雖然2017年和2019年我校進入復賽的隊伍數量超過一支，但與西南地區的同類院校相比，參賽隊員的化工原理理論基礎還是有一定的差距，所以最終能夠復賽勝出的隊伍很少。進入復賽后取得的成績包括理論、仿真和實驗三部分的成績。從我校參賽隊伍復賽的表現可以看出，化工原理實驗和仿真方面的學習力度也有待加強。2019年6月，我校化學工程與工藝專業通過了工程教育專業認證，結合認證要求，已經對化工原理實驗的實驗項目、仿真實驗等進行了完善，教學目的與化工實驗大賽的內涵高度重合。因此，為了提高我校學生化工實驗大賽的參賽水平及獲獎層次，對化工原理理論課程的教學改革是十分必要的。所以，從課程的教學設計、教學內容和教學手段方面考慮，本文中提出了加強化工原理教師的團隊建設，完善課程考核和成績評定的方法，多媒體教學與“雨課堂”技術相結合以輔助課堂教學等具體建議，以期找到適合我校化工原理理論教學的一些措施。
一、加強化工原理教師團隊的建設，實現教學方法的轉變
在課堂教學過程中，學生是課堂的主體。鑒于此，教師在教學設計時應有意識地對教學活動進行組織和有針對性的引導，充分發揮課堂的主導作用。所以，有必要加強化工原理課程教學團隊的建設，進一步改革及完善教學內容和方式，以適應專業認證和新工科建設的需要。通過對我校近三年“化工原理”理論課學生的學習狀態和考試成績進行分析，發現學生運用基礎理論分析和解決單元操作中各種工程實際問題的能力較弱。因此，在課堂教學中需加強計算示例和課堂練習講解典型單元操作，輔以課堂練習和課后作業，使學生掌握單元操作的工作原理及相關計算，提高學生運用基礎理論分析和解決單元操作中各種工程實際問題的能力。由此可以看出，要以學生發展為本，因地制宜進行化工原理課程的教學活動。所以，想要提升學生的課程學習效果，就要促進化工原理教學團隊的建設，而教學團隊的建設可通過承擔化工類教改項目和化工原理相關課程的建設項目實現；條件允許的話，還可以組織編寫適用于本校學生的《化工原理》教材、《化工原理習題集》等，為教學內容的更新和完善提供支持。
二、以專業認證的要求為基準，完善課程評價體系
化工原理是化學工程與工藝專業的一門核心課程，主要包括化工單元操作的基本原理、典型設備的結構、選用和操作原理以及工藝計算等內容。為保證本課程對專業培養目標、培養成果的貢獻，課程所有的教學活動都要圍繞課程目標開展。基于專業認證的標準，結合我校化工原理課程的教學情況，對課程的教學大綱、課程的考核和成績評定方法進行了完善，以更科學合理地反映學生的學習情況。
本校化工原理的成績由以下兩部分構成：平時成績和期末考試成績。其中，平時成績占該門課程最終成績的30%，主要考查學生作業完成情況、課堂紀律與綜合表現、課堂問答與討論、參與輔助教學活動等；期末考試成績占該門課程最終成績的70%，主要考核學生對單元操作的基本概念和原理以及一些常規操作的理解和掌握情況，包括化工原理基本計算公式的物理意義、使用方法和適用范圍以及化工單元操作過程的基本概念和計算，以及運用化工原理基礎理論知識、原理和方法進行初步設計和計算的能力。課程結束后，任課教師會結合學生的最終成績及教學過程中學生對教學內容的掌握程度進行歸納總結，進而提出課程下一年的教學改進措施。
三、多媒體教學與“雨課堂”技術相結合，輔助課堂教學
多媒體教學在我國高等學校教學實踐中占有主導地位。但其實有的課程如果僅僅使用多媒體的話，無法達到理想的教學效果。結合我校“化工原理”課程的授課情況，發現：純粹的以老師、多媒體為主的教學方法，已不能適應如今學生學習專業基礎知識和提高工程思維能力的需要。多媒體教學方法在一定程度上忽視了學生作為學習主體的存在，阻礙了學生創新與創造能力的培養。而“雨課堂”的出現，為改善課堂氣氛及學習效果提供了思路。將多媒體教學與“雨課堂”技術相結合，能夠全面提升課堂教學體驗，增加師生之間的互動，使得教學活動更為便捷，從而推動化工原理課程的教學改革。在化工原理的授課過程中，教師可以利用“雨課堂”通過課前發送預習題目、課堂發送知識點習題、課程結束發送一些重難點的討論分析題，以便實時了解學生的知識點掌握情況，及時調整自己的上課內容及進度安排；同時，“雨課堂”的使用，能夠加深學生對重要知識點的理解，培養了學生的自我學習能力，大大提高了學生的學習積極性，使學生更積極地投入化工原理課程的學習。
四、化工原理教學實驗設備的推薦：

MYR-320 化工傳熱綜合實驗裝置

技術指標	說明
裝置特點	1、化工傳熱綜合實驗裝置,化工傳熱綜合實驗設備,化工傳熱綜合實驗臺整個裝置美觀大方，結構設計合理，整體感強，具備強烈的工程化氣息，能夠充分體現現代化實驗室的概念。 2、整體為自行式框架結構，并安裝有禁錮腳，便于系統的拆卸檢修和搬運。 3、本給熱系數測定實驗裝置以空氣和水蒸汽為介質，采用水蒸汽-空氣換熱體系，數據測量準確，實驗效果理想，自動化程度高。 4、整套實驗裝置可根據用戶要求，選擇采用光滑管與強化換熱管，進行兩種換熱形式的效果對照。 5、化工傳熱綜合實驗裝置,化工傳熱綜合實驗設備,化工傳熱綜合實驗臺采用工業化自動蒸汽發生器提供蒸汽源，操作簡潔、方便，更為安全。 6、蒸汽發生器設計有安全水封，消除安全閥失靈帶來的安全隱患。 7、整套設備除去特殊材料外均采用工業用304全不銹鋼材料制作，整體進行精細拋光處理，體現整個裝置的工藝完美性。 8、裝置設計可360度觀察，實現全方位教學與實驗。
裝置功能	1、化工傳熱綜合實驗裝置,化工傳熱綜合實驗設備,化工傳熱綜合實驗臺通過對空氣-水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。并應用線性回歸分析方法，確定關聯式Nu=ARemPr0.4中常數A、m的值。 2、通過對管程內部插有螺旋線圈的空氣—水蒸氣強化套管換熱器的實驗研究，測定其準數關聯式Nu=BRem中常數B、m的值和強化比Nu/Nu0，了解強化傳熱的基本理論和基本方式。 3、求取簡單套管換熱器、強化套管換熱器的對流傳熱系數α_i總傳熱系數Ko。 4、了解熱電偶、熱電阻溫度計的使用。
設計參數	1、套管換熱器：內管ф22×1.5mm，外管ф52×1.5mm，換熱段長度：1.0m。 2、蒸汽發生器：不銹鋼制作，加熱功率：2KW，操作電壓220V。 3、氣泵：離心式中壓吹風機，功率：250W，轉速：2800/min，風壓：1300Pa，風量：8m/min。 4、壓力測量：測量范圍：0-0.25MPa，精度0.5級；溫度測量：測量范圍：-50-150℃，精度0.5級。 5、熱球風速儀：測量風速：0.05-10m/s；轉子流量計：測量范圍：4-40m³/h。 6、實驗管道、閥門為不銹鋼和銅結構。 7、框架為不銹鋼，結構緊湊，外形美觀，流程簡單 , 操作方便。 8、化工傳熱綜合實驗裝置,化工傳熱綜合實驗設備,化工傳熱綜合實驗臺外形尺寸：1500×550×1700mm。
公用設施	水：裝置自帶304不銹鋼自動蒸汽發生器，連接自來水，實驗時水蒸氣進入換熱器。電：電壓AC220V，功率4.0KW，標準單相三線制。每個實驗室需配置1~2個接地點（安全地及信號地）。氣：空氣來自風機（自帶氣源）。實驗物料：水蒸汽---空氣，外配設備：無。
主要設備	普通傳熱管：內管內徑d=18mm，內管外徑De=20mm（紫銅管)。外管內徑d=52mm,外管外徑De=57mm（304不銹鋼管），管長1200mm。強化傳熱管：內管內徑d=18mm，內管外徑De=20mm（紫銅管，內附螺旋線圈)。外管內徑d=52mm，外管外徑De=57mm（304不銹鋼管）管長1200mm。加熱釜：304不銹鋼，加熱功率3.0KW。配帶安全閥。孔板流量計，孔板喉徑：Φ25mm，風壓傳感器0～10KPa。宇電AI704M多路數字溫度顯示儀。宇電AI702M多路數字溫度顯示儀。宇電AI501壓差數字顯示儀。宇電AI518溫度控制儀（帶手動功能）。 K型熱電偶溫度傳感器7支。鼓風機：旋渦氣泵,功率 550W，最大流量70m³／h。電器：接觸器、開關、漏電保護空氣開關。 304不銹鋼管路、管件及閥門。 304不銹鋼儀表柜：測控、電器設備在實驗架上。 304不銹鋼材質框架1500×550×1700mm(長×寬×高)，帶腳輪及禁錮腳。
測控組成	變量	檢測機構	顯示機構	執行機構
	風量	孔板流量計	壓差顯示儀	手動調節
	蒸汽溫度	PT100鉑電阻	溫度控制顯示儀	固態調壓模塊
	溫度	K型熱電偶	數字溫度儀	無

五、結束語
綜上所述，科學的化工原理教師團隊，合理的課程評價體系，適宜的教學方法，能夠激發學生的學習熱情和學習主動性，強化對化工原理理論知識的理解，提高學生的創新能力和工程思維意識，進而增強學生化工實驗大賽的競爭力。

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