面向21世纪化工原理课程建设的思考

1面向21世纪化工原理课程建设的思考四川大学化工系叶世超摘要21世纪社会发展的趋势，是以知识经济为特点的时代，时代的发展对高校人才培养的模式提出了更高的要求，化工原理课程建设应当适应新形势下人才培养模式的需要，在教材建设、掌握和运用现代化的教学手段为教学服务、师资队伍建设和师资素质的提高，以及实验室建设等方面扎扎实实做好工作，真正把化工原理建设成重点优秀课程。1引言21世纪是科学技术高度发达的时代，也是知识经济蓬勃发展的时代。世界范围的经济竞争、综合国力竞争，实质上科学技术的竞争和民族素质的竞争，更确切的说是人才的竞争，要想在激烈的国际竞争中获得成功，就必须占领人才培养的制高点，从这个意义上说，谁在21世纪的教育中能处于领先地位，谁就能在未来的国际竞争中处于战略主动地位。因次，面临新的挑战，高等学校应当培养理论基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、能够全面适应21世纪中国现代化建设需要的社会主义建设者和接班人。江泽民主席在北大百年校庆发表的重要讲话中强调指出：“创新是国家的灵魂，是民族发展的活力”。我国要尽快赶上世界发达国家，要在激烈的国际竞争中立于不败之地，没有一大批世界一流的具有创新思维的各类专门人才是不可能的，高等院校义不容辞的担当着培养知识创新人才的重任。在我校制定的教改规划中，把培养知识创新人才作为办学的重要目标，充分体现了高等学校人才培养模式顺应时代潮流的发展趋势。学校的教育改革离不开本校的实际，我校的工科类专业有约1/4的专业属化工类或化工相近类专业，化工原理课程是化工、轻工、制药、材料、生物、食品和环境等专业的核心课程或主干课程，在我校的公共技术基础课程平台占有重要地位，化工原理教学每年覆盖全校约1/4的本、专科大学生，因此，搞好化工原理课程建设，对于实现学校提出的办学目标—把我校建设成为国内一流、国际知名的大学，具有重大意义。22教材建设2.1《化工原理》教材建设教学内容的改革是化工原理课程建设的重点，教学内容的改革最终体现在教材建设上。教学内容不能搞几十年一贯制，要根据时代发展的需要来设计和调整教学内容，并经过不断实践和完善逐步形成与科学技术发展趋势，与新时期人才培养模式相适应的现代教学内容。面向21世纪《化工原理》教学内容的改革包括三个方面。（1）从“厚基础，宽专业”的人才培养模式出发，强化基础理论的教学内容。化工原理作为一门工程学科，主要介绍化工单元操作的基本知识。过去的教材体系，比较偏重于工程的实际应用，许多内容的处理都是从经验出发，没有上升到理论的高度加以论述，所以有“化工原理无理”之说。这种情况应予改变。过去，我们在课程体系的处理上，先讲化工原理，侧重单元操作的实际应用，在学完化工原理后开设传递课程，再加强化工过程的理论基础。这样，往往形成两门课程两张皮，达不到将理论和实际相结合的预期效果。随着化工技术的发展,越来越要求阐明过程的机理，愈来愈要求了解流体在化工设备中流动的详细情况，从而分析和掌握影响设备性能的因素。在新的教学内容改革中，采取以化工单元操作为主线，将化工传递课程的内容结合到化工原理课程中来的做法。按认识发展的规律性和教学活动的规律性，以传递过程的内容为单位操作提供理论基础，试图克服“化工原理无理”的蔽端。总体思路是：在讲授单元操作之前按照三传过程的共性，介绍传递过程的基本知识，为后续单元操作课程提供强有力的物理基础，同时在单元操作过程的解析处理中穿插传递原理的知识。在对流传递的层流状态使用传递原理的解析法和数学模型法，在对流传递的湍流状态使用相似原理或因次论指导下的实验研究方法，形成基础理论和工程应用前后呼应，相互溶合渗透的知识体系，还应将工程处理问题的科学方法论贯穿到各个单元操作中去，使学生学习化工过程基本知识的同时，掌握处理工程问题的基本方法，基此培养学生的创造能力。（2）去旧从新，充实和加强富有新意的内容,去掉原来教材中陈旧的内容。如原教材中大量使用的图表等。其产生的原因主要是五六十年代计算手段落后的情况下研究者们不得不用图表的方法给出他们的研究结果。当今计算机技术的飞速发展，计算技术已经高度发达，用数学模型或公式表达研究结果成为科技界通行的处理方法，应当在教学内容上反映这些新的成就。应当用近代科学技术的观点对传统的教学内容进行再认识，再加工，从中发展新概念和新知识,删去陈旧3的成分，吸纳有生命力的成分，赋予传统内容以新的内涵,以丰富原有的教学内容。（3）适量引入本学科最新技术成就，使学生对本学科的前沿领域有所了解。如在教材中加入热泵精馏，热管换热器，超临界萃取以及膜分离等新近发展起来的单元操作知识。本着“基础厚，专业宽，能力强，素质高”的培养目标，拟定了新编《化工原理》教材的教学大纲，教材编写的指导思想主要体现在以下几个方面：（1）总的内容体系：全书上下两册，共15章，108万字，分为传递篇、流体力学篇、传热篇和传质篇。这样分篇的目的，是为了将单元操作按传递原理分类，体现了同类单元操作的共性，以克服以往教材在内容处理上将单元操作互相割裂的状态，使内容体系有所创新。（2）体现传递内容和单元操作知识的深度融合。由于传递篇中有了动量、热量和质量传递的微分方程及边界层积分方程及其解的知识，在融合上体现以下几个方面：1）流体流动章中的柏努利方程从理想流体的N—S方程解出，工程流体的柏努利式则从理想流体的柏努利方程的基础上考虑实际液体的阻力损失和外加功而获得，使柏努利方程建立在微分动量衡算这一可靠的物理基础之上。2）滞流摩擦系数，从N—S方程求解管流速度分布，进而建立滞流摩擦系数计算式。3）导热速率，先从能量微分方程简化求平壁和圆壁温度分布，再由付立叶定律求导热速率。4）层流给热系数和相内传质系数分别由边界层能量和质量积分方程求解而得。(2)介绍相似原理加强因次分析法的理论基础，过去教材中的因次分析法仅是从因次一致性原理出发，缺之必要的理论基础，使学生对因次分析法产生随心所欲的错觉。在新的《化工原理》中，从微分方程出发，给出相似准则，将准数关联式建立在微分方程的可靠基础上，让学生认识到准数关联式是微分方程解的一种特殊形式，不是可以随心所欲乱加炮制的东西。(3)介绍新的单元操作，在精馏章中介绍了热泵精馏，传热章中介绍了热管换热器，在传质篇中专辟一章介绍新型传质操作，如：超临界萃取、膜分离和离子交换等新近发展起来的单元操作知识。(4)化工专业和非化工专业兼顾，传递原理分两章，针对不同专业的不同要求。单元操作相对独立，可以按专业需要选学。传递过程原理第一章为传递过程基本知识，第二章为多维传递过程原理。这样划分的目的在于：针对化工原理作4为主干课程的化工类专业和针对化工原理作为普通课程的非化工类专业的不同要求，学习不同的内容。对于多学时的化工类专业，要求学习这两章的全部内容，以较系统的掌握传递知识的状态进入后续单元操作知识的学习，而对于少学时的非化工类专业，则只需学习第一章（4个学时左右），在掌握了最基本的传递知识的基础上学习后续单元操作的内容。2.2《化工原理例题及习题集》编写《化工原理例题与习题集》是配套《化工原理》教材的重要部分，是提供学生自学的资料。通过计算实例和练习题的设计，培养学生运用基本理论知识分析和解决工程实际问题的能力。习题演练是加强学生实践性环节的重要部分。依据这些教学实践活动，激发学生的创造性思维，达到提高能力的目的。我们认为，任何复杂的工程问题都可以分解成一个个简单的问题，正是这些基本的和简单的问题，相互交叠组合成形形色色的复杂多变的工程问题。通过习题的演练使学生掌握处理工程问题的基本元素。教会学生如何将工程问题分解成基本问题并予以求解。然后将简单问题的解加以组合而获得复杂的工程问题的解。化工原理作为一门工程基楚课，必须通过一定数量的习题练习，才能达到掌握基本概念和基本原理的目的。过去，每一章的学习，教师都要安排一定课时的习题课，随着学校新的培养模式的出台，课程内容被加强，课内学时数被压缩，习题课的时间必然减少。将习题课的内容加以系统化，编成《例题和习题集》，交由学生自学。使学生在习题练习之前有计算实例可以参考，对基本原理用于解决实际问题的方法和技巧有一个基本了解是有必要的。《化工原理例题与习题集》将分成客观题和计算题两个部分。客观题的设计将主要用于学生正确理解课程的基本概念和基本原理，计算题分为基本题和综合题。基本题在于使学生掌握基本要素，综合题则主要针对设计和操作中的典型工程问题，旨在培养学生综合分析问题和解决问题的能力。2.3《化工原理》实验教材的编写化工原理实验是化工原理教学的一个非常重要的实践性环节，通过课程实验来培养学生的实验技能，培养学生从事科学研究的严谨作风和研究能力，学会用理论知识指导实践活动，在实践中发现新的科学问题，并寻求解决这些问题的科学方法。53采用现代化教学手段为教学服务面向21世纪的化工原理课程要在学时数大大压缩的情况下讲授比原来授课内容多得多的知识量，必须提高知识传授的效率，现代手段的使用是当务之急。从这个意义上讲，教学内容和课程体系改革的有效性，在很大程度上取决于教学手段的现代化。我们认为，现代化教学手段的采用包括两个方面：3.1硬件建设开发与化工原理课堂教学配套的CAI软件。多媒体软件的开发，如采用动画形式演示换热器内或塔器内流体流动效果，会使教学内容直观形象、生动活泼、增强表现力，用画面的表达形式，在短的时间里传递给学生大量的知识信息。从而在教学方法和教学内容的改革上取得突破。3.2教师学会使用现代化的教学手段现代化手段的使用是我们教师面临的全新课题，教师有一个学习、掌握和适应的过程。在多媒体开发出来之前，目前要做的一个工作就是利用幻灯技术进行教学。建议学科组建立一个有幻灯设施的教室，进行集体教研和备课，在课堂教学进度的设计和安排上进行研讨。在教师掌握了这一技术的技术上，以便用于化工原理的教学中。4师资队伍建设教师是教学活动中最活跃最核心的要素。课程内容的更新、教学方法的改进、现代教学手段的运用，从根本上都依赖于教师的主体行为。毫无疑问，跨世纪人才的培养，教师起着决定性的作用，这不仅是因为作为“知识载体”的教师担负着向学生传授科学文化知识的基本技能和发展学生智力的任务，而且教师在教学过程中，还对学生有着巨大的潜移默化的作用，对学生形成正确的人生观和价值观，发挥着重大作用。64.1开展集体教研活动，创造教师努力钻研业务的良好氛围作为教师的高素质要求是多方面的。但其中非常重要的一条，就是教师具有较高学术水平和业务素养。教师业务素质的提高一方面靠自身的自我完善，一方面靠教研活动的组织。通过教研室组织的集体教研活动，创造一个蓬勃向上的氛围，激发教师钻研业务，提高授课质量。我们的教师很多是教授和副教授，是科学家，传授和交流科学的思想和方法，是科学家义不容辞的光荣职责，科学家具有渴望与同行专家们进行交流、切磋技艺并得到同行专家肯定和褒扬的强烈愿望。这种传授和交流，不仅需要以笔头语言在科技期刊上刊出和发表。更需要专家们用形象生动的口头语言进行面对面的交流。我们的广大教师，耗费毕生心血在教书育人的事业中默默无闻的进行着创造性劳动，取得大量值得学习和推广的宝贵经验，但是，由于教研活动组织不够，防碍了这样的交流，挫伤了教师深入钻研业务的积极性。为此，在我们建设优秀课程的工作中，把开展集体的教研活动作为一项重要任务来抓。教研活动主要从以下的几个方面开展：（1）教学内容的更新和教学方法的改进，包括经验交流、技艺切磋等。（2）新教材的集体教研，面向21世纪的化工原理教材起点较高，内容深化，教师有一个消化的过程，通过教材的研讨，促进教师适应新教材。（3）多媒体等先进教学手段的演练和掌握。（4）集体听课。（5）教研与科研的结合。（6）单元操作及其主要理论形成的历史亮点,如Danckwerts的表面更新理论等。（7）特邀报告。（8）组织化工原理竞赛。化工原理竞赛是提高教学质量的好形式，曾经举行多年，应予恢复。教研活动安排每人每学期报告一次。4.2注重教学方法,提高授课质量教学作为一门严谨的科学和精湛的艺术，有其内在的规律性，当好一名大学教师，既要有博