２０１１年第３期（总第１１９期） 重竞嘻拓｛ｆ 化工原理习题课的教学实践与探讨 王志英，刘继东，王洪海，李春利 （河北工业大学化工学院，天津３００１３０） ［摘要］化工原理是化工类专业的一门主干技术基础课，习题课是化工原理理论课教学中的重要环节。 本文根据作者的教学实践体会，认为教师应从单元总结、解题与分析点评、总结讨论三个环节来完成习 题课的教学，并对选题和教学方式及手段进行了探讨。 ［关键词］化工原理；习题课；选题，教学方法 Ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｌｅｓｓｏｎ ｏｆ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｚｈｉｙｉｎｇ，Ｌｉｕ Ｊｉｄｏｎｇ，Ｗａｎｇ Ｈｏｎｇｈａｉ，Ｌｉ Ｃｈｕｎｌｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｂａｓｉｃ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｌｉａ— ｊｏｒｓ．Ｅｘｅｒｃｉｓｅ ｌｅｓｓｏｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｌｉｎｋ ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ’ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｘｅｒｃｉｓｅ，ｅｘｅｒｃｉｓｅ ｌｅｓｓｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｔｅｐｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｕｎｉｔ ｓｕｍｍａｒｙ，ｐｒｏｂｌｅｍ ｓｏｌｖｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｏｍｍｅｎｔｓ．Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｃａｓｅ ａｎｄ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｈｅｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｅｘｅｒｃｉｓｅ ｌｅｓｓｏｎ；Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｃａｓｅ；Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ 化工原理是化工类专业学生的一门专业技术 通过习题课，学生加深了对基础知识和基本规律 基础课，主要任务是研究化工单元操作的基本原 的理解，解题过程成为学生在校学习期间理论联 理，典型设备的构造及工艺尺寸的计算或选型，目 系实际的一个重要途径。本文结合作者几年来的 的在于通过本课程的学习，培养学生分析和解决 教学体会，就习题课教学的有关环节进行介绍，并 有关单元操作各种问题的能力，培养学生的工程 与同行老师探讨。 观点和实践技能。本课程由理论教学、实验、课程 一、单元总结 设计等部分组成，由于化工原理内容涉及工程实 单元总结是对局部知识进行系统化并按一定 际问题很多，而学生在之前一直学习基础课，没有 规律进行条理化的过程ｏ Ｄ］化工原理按单元操作 任何工程实践经历和工程意识，因此，初学化工原 编写，基本上是每章一个单元操作，基本概念和基 理的学生常常反映：老师课上讲的条理很清楚，我 本原理比较抽象，每个单元操作又相对。如 也都能听明白，但是遇到问题就不会做了。所以， 果不及时巩固，后续内容的学习会面临更多困难， 化工原理教学中安排一定量的习题课是十分必要 学生的学习信心将大打折扣。因此，习题课上花 的，习题课也应成为理论教学的一个重要环节。 一部分时间对该单元的基本概念、重点知识进行 ［作者简介］王志英（１９７７一），女，副教授，硕士。 ６Ｏ 化工原理习题课的教学实践与探讨 梳理、总结，可以使学生感到思路清晰，便于理解 和掌握。但由于学时有限，单元总结的时间花费 不能太长，因此，习题课上的单元小结既要形式简 洁、内容系统，又要根据章节特点讲究方法，不可 同一模式简单罗列。 以“传热”单元操作为例，教材上对该单元操 算的顺序进行的。Ⅲ２］三种传热方式都有描述其规 律的基本定律，其重点都是传热速率的计算，本章 的重点则是换热器的计算。所以，总结时可以用 框图式，＿３］如图１。通过这个联络框图，学生可以 对比三种传热方式的基本规律，掌握传热速率计 算的通式，为分析问题和解决问题提供比较清晰 作的阐述是以热传导、热对流、热辐射、换热器计 的思路。 甲 甲 甲 傅立叶定律： 牛顿冷却定律 四次方定律 ｄＱ＝ａｄ￣（ｔ－ｔｗ） ｇ：一 呶 Ｑ＝ａＡ（ｔ－ｔ ） ｃ（ ｆ 的计算： 平壁： ＝ｏ．０２３￣－Ｒｅ。 ・Ｐｒｏ 。（。 ・） 传热速 厂● ● ｖ， ｔｌａ‘２嚣ｌｒ Ｈ ２冗Ｉ－ ｉ瓣－ｉｎ＋１ Ｌ 常设保保导壁 问见ｒｉ 热备温层材温热系的 温 ● 题：损界料数计 失的面温厚度测定 算 ＋ 计度的 算的计 计算 算 操作型计算 换热器热负荷计算 核算换热器是否合用 加热或冷却剂用量 换热器造型 图１传热知识点框图 精馏是化工分离过程常用的单元操作，本章 首先，通过二元精馏的典型流程简图，我们让 的重点是精馏原理的深刻理解和设计型计算，难 学生回忆“回流”是精馏的必要条件，通过塔内气、 点是精馏塔的操作与调节。本章的特点是基本概 液相流股说明恒摩尔假设，通过塔板说明理论板 念和计算所用公式较多，基本方法简单但很重要， 的含义；通过多个物料衡算得出有关重要关系：全 即物料衡算。为了让学生清楚的理顺公式的相互 塔的物料衡算关系、精馏段操作关系、提馏段操作 关系，掌握基本方法，又不忽略基本概念的理解， 关系，并提醒学生掌握回流比、最小回流比及全回 我们对本章的总结仅用了一个精馏塔的流程示意 流的含义；对进料板做物料衡算可得进料方程及 图和一个ｘ—ｙ方框图，在图上说明所有的这些关 两段问气、液相流量的关系，同时强调进料热状况 系，如图２所示。讲解图的同时，强调基本概念的 参数ｑ的含义，并提醒学生注意ｑ的五种取值范 含义。 围和五种进料热状况。 化工原理习题课的教学实践与探讨 图２精馏知识点图示 精馏塔的流程示意图能使学生认识到物料衡 该题目可知，既然本题属于吸收操作第一类命题， 算的重要性，说明操作线（包括多股进料和多股出 且操作线、平衡线均为直线，也完全可以通过吸收 料的情况）都是由物料衡算得出的，强调了“物料 因数法进行计算，这时候引导学生回忆吸收因数 衡算”这个基本方法。流程图的右方列出了上述 法的推导过程，即将平均推动力法公式变形与物 关系，即本章所有计算重点公式，再把这些关系画 料衡算相结合，将新工况的数据直接代人吸收因 在ｘ—ｙ框图上，使ｘ—Ｙ框图成为分析问题的工 数法的计算公式中，就能求出气相出口浓度，它实 具。这样，公式由来清晰明了，所有重要公式之间 际上是消元法的一次理论升华。通过本题两种解 的关系也清清楚楚。这两个图既保证了本章知识 法的分析比较，我们培养了学生遇到问题要首先 点的系统性，又有利于学生理解和掌握本章重点。 进行分析的习惯，同时也加深了学生对吸收操作 二、选题 型问题的计算方法特别是吸收因数法的理解。 选题直接关系到习题课的教学效果。选题上 选题要有思想性、启发性，¨】］以使学生在解题 有以下几点需要注意： 过程中深刻理解基本概念、掌握方法，寻找所学知 选题要有代表性，要有利于学生加深对基本 识应用的结合点。比如教材中关于静力学基本方 概念的理解、重点知识的掌握。要做到这一点，教 程的表述十分简单，学生因为有着关于静压强的 师必须对知识理解十分透彻，对全局把握十分系 知识基础，并不认为这里是重点，更不会认为是难 统，并对教材和参考书中的习题的深度和综合程 点，但是对该方程的另一种表述，即“静止的、连续 度十分熟悉。根据在作业批改、习题课与试卷批 的同一种流体内部总势能处处相等”却往往理解 改或错题分析中发现的学生掌握薄弱的环节或易 不深，对“Ｕ形管测量两个不同位置静止液体的 出错的地方，习题课上可以强调有关知识点。比 势能差”也不能熟练应用。在习题课上，我们选了 如，为了加深学生对“吸收因数法”的理解，巩固其 教材中的一个题目，说明：从静力学角度理解，ｕ 应用，我们选了教材中的一道例题。看到例题，学 形管读数反映两个不同位置液体的势能差，从动 生基本不加思考就认为这种解法一定是无可挑剔 力学角度看，Ｕ形管的读数还可以反映均匀管路 的。该题目是一道操作型第一类命题方式的习 的阻力损失，再结合阻力损失的计算公式，就可以 题，即已知一定高度吸收塔，液相流量、气液两相 启发学生认识到：无论管路如何放置，Ｕ形管读 进口浓度及平衡关系都不变，问气体处理量的变 数都不会改变，但静压差却会改变。这个问题结 化对吸收操作的影响。例题中的解法是消元法， 合了本章三个重要的知识点：静力学方程、柏努利 即将吸收过程基本方程线性化，再通过物料衡算 方程和阻力损失；强调了一个基本概念：“总势 式消元求得气液两相的出口浓度。这个方法中气 能”；深化了一个认识：Ｕ形管读数的含义。 相传质单元数用的是平均推动力法。进一步分析 选题要有实用性、工程性。［４］习题课的选题是 ６２ 化工原理习题课的教学实践与探讨 引领学生重视知识应用的重要途径，深入讨论问 题所涉及的工程问题，分析评价工程问题的解决 和结论，提升其工程观念，做到举一反三。比如， 其次，习题课应强调学生课前准备，课前给出 部分题目让学生试做，这样学生会在课前复习相 关知识。对知识掌握程度不同，学生的准备时间 会有不同，但在习题课上他们都是有备而来的，这 通过“换热器以小替大改善换热效果，解决某厂分 解塔顶冷却器负荷增加”问题的讨论与分析，＿３］我 们向学生传递一种认识，即“在换热器的设计与选 型中，一台换热器的工作能力不能单纯只考虑其 换热面积，传热面积和总传热系数的乘积ＫＡ才 能真正代表一台换热器的工作能力”，再引导学生 会增加听课的主动性，提高习题课的效率与效果。 否则，学生在课堂上只是一味地记笔记，有些问题 不能及时消化。“填鸭式”教学对于习题课的效果 是致命的。 关于授课方式，最重要的是要时刻关注学生 思考换热器结构的些许改变，如单管程改为双管 程、换热器的串并联对换热过程有什么影响等，做 到举一反三，以提高其工程意识。为了强化学生 的工程观念，我们也经常把在科研工作中遇到的 实际案例搬上课堂，引导学生结合自己所学理论 知识读懂其设计、工作原理，这不仅充分调动了学 生的洞察、想象等认识能力，同时也提高了学生对 化工原理课程的兴趣。 选题要题意明确、难易程度适当，涉及知识面 广，由浅人深。［５ｊ由于不同专业方向对化工原理教 学的要求有所不同，学生毕业后的去向也各不相 同，一部分将从事与化工有关的实际工作，也有相 当大一部分学生计划考研深造，所以，习题课选题 的深度应有所不同。考虑到大部分学生的接受能 力，通常应该首先选一些难度适中，但知识点比较 全面的题目，让学生逐步地重温本章的知识点，再 有针对性地选一些有一定难度的题目，用知识点 相联系的方法递进式展开。近年来，我校学生考 研比例大幅度提高，习题课选题时就选一些报考 学生较多的学校的考研题，如华东理工大学、清华 大学、天津大学、四川大学等的往届考题，一方面 巩固知识，另一方面使学生了解其他院校考研题 的题型与难度，增加考其研的信心和决心。 三、教学方式与教学手段 首先，对于上习题课来讲，教学完全采用多媒 体是不可取的。采用多媒体教学，教师在课前已 经把课件做好了，节省了课堂板书的时间，使课堂 教学时间得到一定的扩展，＿６］这是其优势，但习题 课上若只采用多媒体教学，课件的翻页势必会破 坏整个问题的分析与推导过程的连续性。因此， 根据情况可以采用：课件上教师预先给出单元总 结框图、例题和题图与板书讲解相结合的方式，也 可以完全采用板书的方式。板书如果安排合理也 同样能保证教学效率。 的状态，关注学生对知识的掌握情况，关注学生的 解题思路。单独依靠教师主讲无疑就是“填鸭”， 整个讲解过程中教师不了解学生的思路，也不能 了解学生对知识点掌握的薄弱之处，更容易忽视 某些问题不同解题思路的比较与讲评，长此下去， 就会使学生学习的积极性下降。 为了达到良好的授课效果，教师可以根据题 目特点采用三种相结合的方式进行习题课教学： （１）教师主讲，逐步引导学生做答的传统方式；（２） 给学生充分的自由，让学生到黑板上一显身手，其 他同学对其进行点评，师生共同总结的方式；（３） 针对一个问题，教师随机提问多个学生，请一个同 学讲出问题局部的思路，鼓励其他同学发表不同 见解，这样可以把大多数人的想法体现出来，问题 也可能暴露出来，最后由多个同学来解一个问题， 教师在比较中进行讲评和总结。对于后两种方 式，刚开始上课时，学生可能不够积极主动，所以， 教师要养成一个习惯：记学生的名字，课堂上能够 随机叫出学生的名字来解答问题，这使学生能够 集中注意力，也容易拉近学生与老师的距离，让学 生感到自己很受重视，必须积极思考，紧跟老师的 思路。经过一段时间的锻炼，学生逐渐就能够主 动站起来发言，在轻松活跃的课堂气氛中，学生的 自信心和表达能力都得到了提高。 四、习题总结与讨论 讲评完一个习题后一定要做适当总结，这是 一个很重要的环节，它可以使解题思路更有条理， 知识点的联系更加系统。很多工程问题是可以总 结出一些基本规律的，这些基本规律往往还是教 材中没有明显体现，而实际生产中却又十分重要 的规律。比如，冷回流对精馏塔操作的影响、返混 和多股进料对设计吸收塔高的影响、干燥器废气 循环进入预热器先后的经济性分析、高位槽的最 大流量等。＿７］总结与讨论还可以 （下转第９９页） 工科化学理论课程改革的继续和完善 ９９ 热力学原理部分尽量去除微积分知识，化解 新成就方面，［８ 例如，加强人工核反应与合成新元 和避开难点。如取消体积功积分定义以加和代 之，对可逆过程的描述运用极限概念。热力学第 二定律去除了演绎过程中较复杂的微积分知识， 而只用文字表述。关于化学反应速率定义以极限 代替微积分；反应进度的概念也去除了微积分的 素的方法和作用；对新元素合成概况，用表格集中 体现出最新成果。核能利用除介绍传统控制棒反 应堆外，又介绍了最新发展的球状高温气 冷核反应堆，以及其中关键的胶粘剂“核纯树脂” 已由我国自主开发成功并批量生产。全书合理处 表述，运用极限概念，这样就避免了与数学课程有 关知识的脱节。这种修改方式也是本教材的一个 理经典与现代化学新进展的关系，更重视中国和 华裔科学家在当代高新科技发展中的贡献，以启 创举。 迪学生爱国家、爱科学，造福人类。 综上所述，教材从学生实际出发，改善了抽象 （文字编辑：吴文水） 度和降低了难度，使理论概念不仅保持严谨，且更 参考文献： 为自然适度，从而便教易学。 ［１］胡英，朱裕贞．工科化学系列课程改革的构思和特点 （三）突出现代，科技展新 ［Ｊ］．教学与教材研究，１９９６，（６）：１９． 追踪现代科技，与时俱进，是编写教材、培养 ［２］朱裕贞．大学化学改革的动态和思考［Ｊ］．教学与教材 科技人才之必需。为此，各章中新增了反映最新 研究，２００１，（１）：２６． 成就的内容。如原子的电子结构中对近年合成的 ［３］朱裕贞，顾达等．《现代基础化学》教材［Ｊ］．化学高等教 新元素的结构和命名均有全面的陈述。ＮＯ２可 育，２００１，（３）：２０． 聚合成气态无色的Ｎ２Ｏ４，现增加介绍它在适当低 ［４］Ｍ Ｍｕｎｏｗｉｔ ．Ｐｒｉｎ ｉｐ１ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ［Ｍ］．ｗ．Ｗ． 温又呈绿色液态的Ｎ ０４，气液两者一起作为星箭 Ｎｏｒｔ０ ＆ｃ。ｍｐａｎｇ，２０００． 燃料的氧化剂的内容。稀土元素钇（Ｙ）、钕 ［５］Ｊ Ｎ Ｓｐｅｎｃｅｒ ｅｔｃ．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ－Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ （Ｎｄ）、钐（ｓｍ）等化合物均为超导材料的基本成 （３ｒａ。ｄ）ｒＭ］．Ｊｏｈ ｗｉｌ ｙ＆ ｏ 。Ｉ ．２００６． 分，我国已研制成ＳｍＢＣＯ世界最大体积的高温 ［６］朱裕贞，顾达，黑恩成．与时俱进的现代基础化学第二 超导单晶体。 最新非晶硅薄膜材料用于太阳能 版教材［Ｊ］．化工高等教育，２００５，（１）：１０９． 发电以及太阳能电池，在中国航天飞船“神七”及 ［７］盛柏桢．上海交大研制成功大体积高温超导单晶体 太空漫步中的应用，等等。 ［Ｊ］．半导体信息，２００３，（２）：１０． 对于原子核内部，本教材也有基本的阐述。 ［８］蔡善钰．人造元素［Ｍ］．上海：上海科学普及出版社， 此次修订着重核化学在合成新元素和核能利用的 ９ｎｆ１６ （上接第６２页）扩大战果，达到举一反三、触类旁 学学报，２００７，２３：１７４—１７６． 通的效果。 ［２］陈敏恒，齐鸣斋．化工原理（第三版）［Ｍ］．北京：化学工 化工原理理论教学中安排一定量的习题课是 业出版社，２００６． 十分必要的。教师应从单元总结、解题与分析点 ［３］丁忠伟，杨祖荣．化工原理学习指导［Ｍ］．北京：化学工 评、总结与讨论三个环节来完成习题课的教学。 业出版社，２００６． 习题课学时与教学内容的矛盾要求教师和学生都 ［４］念宝义，苏志忠，林明穗．化工原理教学中工程观念的 必须重视课前准备。教师应精心备课，使单元总 培养与强化’［Ｊ］．三明高等专科学校学报，２００１，１８（４）： 结条理化、系统化并具有章节特色。选题要题意 １５１—１５３． 明确、难易程度适当，涉及知识面广，具有代表性、 ［５］王娟，钟秦，杜炳华．化工原理习题课教学方法的探讨 思想性、启发性，并有一定实用性和工程性。教学 Ｉ－Ｊ］．化工高等教育，２００４，（３）：８６—８７． 方式上要注意充分调动学生思维活性，加强师生 ［６］张杰．化工原理多媒体教学中的几点体会［Ｊ］．内蒙古 互动，努力促进课堂和谐。 （文字编辑：吴文水） 石油化工，２００９，（２Ｏ）：８９—９０． ［７］丛德滋，丛梅，方图南．化工原理详解与应用［Ｍ－Ｉ．北 参考文献： 京：化学工业出版社，２００６． ［１］袁志国，刘有智．化工原理习题课教学探讨［Ｊ］．中北大
