时间:2023-08-27 14:54:39
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇化学工程的特点,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
在高等工科教育中,完善的知识体系框架为基础科学知识、工程科学知识、工程技术与设备知识。从自然科学到工程技术之间,必须有一个中间知识层次,这一中间知识层次的教育就是通过技术基础课程来承担。可以看出,技术基础课程在学生的知识教育计划中起着承前启后、由理及工的“桥梁”作用,是从自然科学领域的基础课向工程科学的专业课过渡的入门课程。化工原理课程是化工类及相近专业的一门重要的技术基础课。该课程的主要内容是利用数学、物理和化学等自然科学的原理,研究实际化工物理过程中的客观规律,并利用这些规律进行化工过程设计、工艺计算、设备构造设计等。它承担着工程科学与工程技术的双重教育任务。科学是反映自然、社会和思维等的客观规律的分科的知识体系;科学从自然现象中被抽象出来,再应用到生产实践活动中去。技术是人类在利用自然和改造自然的过程中积累起来并在生产劳动中体现出来的经验和知识。可见,技术的根基是科学。笔者结合多年从事化工原理课程教学的体会,谈一下在该课程教学过程中,有意识彰显化工原理课程内容特点,对学生进行工程能力培养的做法及认识。
一、应用科学理论进行工程技术问题分析的能力培养
化工原理课程内容的研究对象就是实际化学工程中的问题。某些化工过程中的实际问题在做合理的简化处理的基础上,可以直接应用相关的基础科学理论进行分析描述。这种方法是基础理论课程中常用的方法,是培养学生由科学到技术、由理到工的基本能力和工程问题基本分析能力的重要环节。通过这种方法引导学生学会观察问题、描述问题,培养学生理性逻辑思维的能力,同时引导学生认识科学理论在工程实际中的应用,培养理论联系实际的工程能力。例如,应用相关的物理定律和数学手段,进行流体静力学方程式的导出、柏努利方程式的导出、圆管中流体定态流动时的剪应力分布式、圆管中牛顿型流体定态层流流动时流速分布式、沿程能量损失公式、一维定态温度场中热传导速率式、一维定常态浓度场中分子扩散传质速率式等都应用了这种数学解析方法。
二、应用实例分析进行工程观点的培养
化工原理课程各种单元操作的发展积累了丰富的材料。在讲授这些工程科学和工程技术知识时要突出工程观点。例如,以建立循环流动说明蒸发设备的沿革;以机械能平衡和动量平衡的观点观察管内流动和均布现象;结合吸收和传质设备的分析引入返混的工程概念。学者们非常重视在教学中突出对学生工程观点的培养教育[1-3]。
在授课过程中通过列举实例分析的思路中对学生工程观点的形成给予引导和强调。在基础理论课程中,从一个理论出发分析影响某一物理量的诸因素时,学生会不分实际与否、不分主次地找出各种影响因素和影响关系。但是,在分析实际工程问题时就不同了,在分析影响某一工程中物理量的各种因素时,首先要考虑实际可能性,分清因果关系,其次再要善于分清主次因素。例如,在通过传热实验测定换热器的传热总系数K时,由实验数据计算传热总系数是根据传热基本方程式 。如果要求学生指出在实验中影响K测定准确性的各主要因素的话,很多学生就围绕着传热基本方程式考虑问题,不分主次地罗列出T1、T2、t1、t2、qm1、qm2等因素。传热基本方程式是通过实验数据反映换热器的传热总系数的一个方法。如果分析实验中影响K测定准确性的各因素的话,应该从本质上来考虑问题,根据K的表达式 来考虑,该式是从根本上反映各影响因素的关系式。并非该式中的每个物理量都是工程中的变量因素,对于实验中某一确定的换热器来说,仅有对流给热系数out、in是变量因素,因此,影响out、in的变量因素就是影响K测定准确性的因素。再根据对流给热系数的表达式可知,流体的流速(即流量)是最敏感的影响因素。因此,对于上述问题,实验中的qm1、qm2是影响K测定准确性的关键因素。这样来分析问题,注重了问题的客观实际性,使学生认识到哪些是表面关系(或者纯数学关系)、哪些是本质关系,并且认识到同一台换热器的换热性能参数K是因流体流量不同、操作条件不同而变化的,从而建立起灵活的而非僵化的工程概念。
从化工原理的教学内容中多提炼出此类问题进行课堂分析,对于引导学生建立工程概念、树立工程经济意识起着非常重要的教育作用。
三、工程处理方法应用能力的培养
在化工原理各单元操作的分析和描述中,体现了研究工程问题的共性和方法论。对于所研究问题(对象)进行受力分析、物料衡算、能量衡算、相平衡关系描述、传递速率描述等以及经济性基本分析,是研究工程问题的最基本而有效的处理方法[4]。在研究复杂的工程问题时,根据复杂工程问题的特性,灵活采用的系数校正法、参数归并法、过程分解组合法、实验研究法、数学模型法和极限处理法等,更体现出工程技术研究者的智慧和工程处理方法的策略性。
1.系数校正法
对于所研究问题分清共存的主要矛盾和次要矛盾,首先抓住主要矛盾忽略次要矛盾,利用理论分析描述问题,得到反映问题规律的数学关系式。然后再考虑次要矛盾的影响,根据实践经验在数学关系式中加上合理的系数给予校正。在研究孔板流量计流量计算式、毕托管流量计算式、重力射流流量计算式、压力射流流量计算式等问题时都运用了这样的工程处理方法。
2.参数归并法
参数归并法又可以称集总参数法。很多化工实际问题通过数学描述后所得到的数学关系式的形式特别复杂。为了将这种数学关系式的形式进行简化并且使得公式变得更为简捷实用,此时就要根据实际生产中的情况做分析,哪些物理量是在生产过程中需要不断调整的工程参数,哪些是在一般情况下不易发生变化的、或者不需要作调整的,尤其是对某些工程因素,尽管从理论上做出了定义,但是其数值必须通过实验获得。这种情况下,可以将不易发生变化的、一般不需要作调整的以及必须通过实验获得数值的多个工程因素进行归并,定义为一新的参数来表示这多个工程因素的组合式,便得到在通常情况下方便应用的简捷的数学关系式,这个组合式的值一般通过实验确定之。如果是某种生产参数作了调整,所定义的多个工程因素组合式中的某种因素数值发生了变化,我们便可以根据所定义的组合式的数学形式有目的地将组合式值给予校正得到新生产状况下的值。这样,无需重新通过实验测定组合式的值了,使得实际生产变得更为经济。过滤速率表达式以及恒压过滤方程式的表示法即是一典型的例子。实际上,表示流体对流传热速率的牛顿冷却定律和流体对流传质速率的方程式的提出,将诸多复杂的工程因素全归并到传热系数及传质系数中,然后通过实验研究方法再研究之,就是工程上集总参数法的处理方法。
3.过程分解组合法
将一个复杂的过程(或系统)分解为联系较少或相对独立的若干个子过程(或子系统),分别研究各子过程(或子系统)的特有规律,然后再将各子过程(或子系统)联系起来,探求各子过程(或子系统)之间的相互影响及总体效应。在研究带泵管路时首先分别研究管路的特性方程和泵的特性方程,然后将问题综合起来分析泵的工作点。在研究填料层高度时分别分析影响传质单元高度的因素和影响传质单元数的因素。在研究板式塔高度时分别研究理论塔板数、塔板效率和板间距。此类问题都是过程分解与组合法基本工程思想的体现。
4.实验研究法
工程技术的发展过程恰好反映了人类认识的发展过程。化学工程中的某些问题,矛盾错综复杂,难以利用单一的物理概念和数学方法进行描述。解决复杂工程问题存在着两种典型的思维方式,即实验研究方法和数学模型方法。
管内流体湍流流动时的机械能损失和管内流体湍流流动时的对流传热系数的研究就是采用的这种方法。该方法是在量纲理论的科学指导下分析问题的。如果实验工作必须遍及各种尺寸的设备和各种不同的物料的话,那么这样的实验将不胜其烦,而且失去了实验的指导意义。因此,必须建立实验研究的方法论,使实验结果在物料品种方面能“由此及彼”,在几何尺寸上能“由小见大”。在实验研究方法中,量纲理论和π定理对于科学地设计实验,减少试验次数,起到了非常有益的指导作用。实验研究方法是在对于所研究的问题具有一定的经验基础之上,能够比较全面而准确地寻找出影响工程问题的诸多因素的条件下开始的,该方法不去剖析问题的本质,将问题视作一“黑箱”,只关注其各输入变量及输出量,研究的目的是获得输出量与各种输入变量的函数关系。将所要研究的未知函数首先设成幂函数的形式,利用量纲理论和π定理的理论指导,经过分析演绎,得到无因次(量纲)准数的关联式。在此基础之上,再通过实验使得所研究的函数关系具体化。
5.数学模型法
数学模型方法又称为半理论半经验方法,流体穿流过固定颗粒床层时的机械能损失问题的研究就是采用的这种方法。化工技术问题的研究成果发展到一定程度的基础上,人们遇到新技术问题时总善于同相关的问题联系起来考虑,并尽量引用已有的基础理论和研究成果。数学模型方法是在对所研究问题深刻剖析的基础上,在保持所研究目标函数值等效(即不失真)的前提下,将复杂的真实模型转化成一个足够简单并且可以进行数学描述的物理模型,将复杂的真实问题转变为可以利用已有数学公式进行描述的简单问题,这是数学模型方法中创新性思维的关键。要保证所研究目标函数值等效,关键是在复杂问题简化的过程中,一定要保持影响目标函数值的诸因素值相等,即保持所研究问题的本质不变。显然,要做到这一点,必须对于所研究问题的内在规律,特别是对于决定所研究目标函数值的本质因素有着深刻的理解。
6.极限处理方法
在传质单元操作中需要确定某些重要的工程参数,例如气体吸收操作中的吸收剂用量、液体解吸操作中解吸气用量、液体连续精馏中的塔顶液相回流比以及多级逆流萃取中的溶剂比等。处于工程的角度总是希望尽量降低这些工程参数值,但是,根据单元操作的原理来分析,这些工程参数存在着最小值和最佳值(经济性最好)的问题。工程上如何确定这些参数呢?采用了极限处理方法,即首先在工程中达到极限的条件下确定工程参数的最小值,然后根据最小值乘以一个合适的倍数扩大到实际值,并且尽量达到最佳值。要特别注意,在工程中达到极限的条件下正对应于工程参数的最小值,如:气体吸收操作中当填料层高度为无限大时所需的吸收剂用量为最小;液体连续精馏中当塔内的理论塔为无限多时所需的塔顶液相回流比为最小;多级逆流萃取中当萃取的理论级数为无限多时所需的溶剂比为最小等。因此,尽管工程上的极限处理方法确实找到了一种解决问题的巧妙途径,但是一定要意识到这是一种极端的工程状态,在实际工程中是不可能存在的。在教学中要提醒学生特别注意。
四、应用工程问题考察方法的能力培养
化工原理课程中所研究的问题是发生于化工生产设备或管路中化工物料中的传递过程规律,例如,动量传递、热量传递、质量传递等过程。在化工原理这门工程学科发展的过程中,在研究工程问题上形成了一套独具特色且行之有效的方法。化工过程通常是多因素、多变量的复杂工程问题。在着手分析这类问题时,应首先建立起科学而又实用的考察方法。典型的考察方法有如下几种。
(1)定常态与非定常态。为了首先分清所研究的工程过程问题中是否涉及时间变量,将所研究的工程过程分为两大类。如果没有时间这个变量,所研究的过程称为定常态过程;如果研究过程中的某些或某个参数随着时间发生变化,则这个过程是非定常态。在分析描述过程时,要重视时间这个变量。
(2)拟定常态考察法。对于非定常态的工程过程问题,过程中的某些参数随着时间发生变化。但是,在某一瞬时,参数为某一值。当经历一微元时间段时,某些参数可以认为不变,从而可以在一微元时间段内进行问题的分析与描述,或者在经历一微元时间段前后进行问题的分析与描述。
(3)流体质点考察法。大多化工生产物料呈现流体状态,如果要考察物料的流动形态,从流体的分子尺度上去考察会将问题变得非常复杂,并且根据工程上的研究目的也无此必要。因此,在工程研究上提出了流体质点的概念。流体质点是由其大量分子所组成,质点的体积比分子自由程长度大得多,但比容纳流体的设备尺寸小得多。流体的质点之间无任何间隙(无需考虑质点的形状)从而形成了连续的流体,这样连续的流体在一般生产条件下的运动过程中是连续的,从而可以利用连续的数学函数、微分及积分等数学手段进行描述。
(4)微元体考察法。如果所研究的工程过程在空间一定范围内某些参数发生着变化,为了研究参数的变化规律,首先引用数学微分积分为指导思想,在空间中的某一代表性部位,取一微元体作为重点考察对象,利用相关基础理论进行数学描述。微元体的取法有很多技巧,具体问题应具体分析,通常与分析问题时坐标系的灵活取法有直接关系。例如平壁热传导时取直角坐标系,圆筒壁热传导时取柱坐标系,而球壁热传导时取球坐标系。
(5)整体考察法。如果对于所研究的工程过程,仅关注输入物理量与输出物理量之间的关系,则取整体作为考察对象,进行分析及描述。例如整台换热器的热量平衡、吸收塔的物料平衡、精馏塔的物料平衡和热量平衡等。
五、教师在教学过程中认真做好实践智慧者
化工原理课程内容中蕴涵着人类基于科学走向技术的丰富实例材料,教师希望学生们都能够真正理解掌握到脑子里。但是,毕竟因学生思维较为幼稚,且在学习化工原理课程时刚刚转入工程类课程的学习,理解能力有限。这就要求教师在这门课程一开始讲好课程绪论,使得学生首先全面了解这门课程的内容性质特点及其在育人中的地位和作用。教师在课程内容讲授过程中,在彰显内容性质特点和重要性的基础上,认真做好一名实践智慧者[5]。首先贯彻一切为了学生学习好的意向,其次在教学意向中理解学生的具体需求,进而在理解学生的基础之上采取为了学生学习好的机智行动。教师在教学过程中使得学生受益的机智行动有待于做专门的理论研究与教学实践。但是,某些基本的做法,例如善于进行多种复杂问题的归纳总结,或许就可以使得学生受益不少。
化工原理中所涉及的实际工程问题表面看上去种类繁多,但是,根据问题的已知条件和待求物理量的性质来分析。实际工程中的多种问题都可以归纳为两大类,设计型问题和操作型问题。设计型问题是指定了生产任务,在给定的某些生产条件下,计算所需设备的主要工艺尺寸或者性能参数。操作型问题是在已有的设备中,在给定的某些生产条件下操作,计算所能够达到的生产操作结果。这两类问题都很重要,从思维方式上来说这两类工程问题正好一是正向思维,一是反向思维。对于工科学生来说,既要能够进行工程与设备设计,又要能够进行生产技术管理和生产调节,这是现代工业的基本要求。课程教学中将各单元操作中的工程问题给予分类,有利于培养学生善于剖析问题、抓住问题的本质,从根本上找出解决问题的思路、方法和步骤的能力。课程中各种单元操作工程理论的研究基本上都是沿着设计型问题的思路展开的,因此,教学中应突出工程设计的意识和思维过程,即强化设计型问题,这既突出了各单元操作学习的主要目的性,真正弄清各单元操作工程理论的来龙去脉、培养学生的工程设计能力,又奠定了学生分析解决工程操作型问题的能力,可谓是一箭双雕。解决设计型问题的训练可通过单元操作综合性设计课题来进行。学生分析解决操作型问题的能力主要通过教师多列举实例或者设置问题,使学生学会分析思路和方法,得到能力的培养。
综之,化工原理课程的教学内容是进行理论联系实际教育和进行实际工程能力培养的极好载体。深刻分析认识化工原理课程教学内容的工程观点、工程处理方法以及工程问题分类方法等,强化研究工程问题的科学性、思想性及方法论教育,对于培养学生的工程能力和素质,能够起到很好的效果。
参考文献:
[1]归凤铁,刘立新,余自明.化工原理教学中工程观点的培养[J].化工高等教育,2000(2).
[2]刘庆林,邓旭,叶李艺.化工基础教学中学生工程观念的培养初探[J].化工高等教育,2000(4).
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)46-0199-02
党的十明确提出“国际化”是我国建设“中国特色社会主义”事业所面临的重大战略任务。目前,国际化课程的设置与优化已成为高等教育国际化的一个重要战略,也是衡量高校教学水平的重要指标[1]。近年来,为提升办学水平,优化培养模式,国内各高校纷纷探索国际化课程的建设,取得了丰硕的成果,但也在课程设置、授课组织、学生准备等环节出现一些问题[2]。在总结前期暑期国际化课程建设经验的基础上,2015年9月,南京航空航天大学材料科学与技术学院首次面向材料科学与工程专业本科生开设全英文国际化专业课程《金属科学与工程》,取得了较好的教学效果,获得了一些经验。
一、《金属科学与工程》国际化课程的开设背景及特点
为有效实施高等教育国际化战略,自2013年起,南京航空航天大学每年聘请国外知名大学的外籍教师,集中在7―8月开设暑期国际化课程。2013年暑期,来校教授国际化课程的外籍教师19人,分别来自7个国家,开设19门国际化课程。2014年暑期,来校授课的外教包括来自13个国家和地区的47位教师,开设48门课程。通过暑期国际化课程的建设,学校在制订管理办法、聘请外籍教师、组织学生选课和课程教学、教学质量保障措施等方面形成了一整套实施和管理办法,积累了办学经验。然而,由于暑期天气炎热,课程时间紧,学习强度高,教学效果尚有很大提升空间。为此,2015年9月,南京航空航天大学材料学院聘请澳大利亚昆士兰大学外籍教授为本科三年级的学生单独开设《金属科学与工程》专业国际化课程。汲取暑期国际化课程的教学经验,课程的设置和实施具有以下特点。
1.授课对象选取具有一定专业基础的本科三年级学生,教学内容有针对性地进行了调整和优化。暑期课程的实施中,国际化课程采取了全英文教学和考核,对授课学生未做区分。一些学生的基础过于薄弱,影响了授课效果。此次国际化授课,选择已完成专业基础课《材料科学基础》学习的本科三年级学生作为授课对象。同时,在对《材料科学基础》课程教学效果综合评估的基础上,对教学内容进行了调整和优化。例如,针对学习难度较大的“固态相变原理”和“晶体缺陷运动特点”增加了授课学时;对一些难于理解的机制、机理,制作了三维演示动画。
2.考核形式多样化,保证公平性,体现挑战性。为更好地评估学生的学习效果,采取了“Quiz+Assignment+Final Examination”多样化的考核形式,在保证公平的同时,更注重挖掘学生的学习潜力。授课前,为激发学生的学习兴趣,了该课程的参考书目(Additional Readings)和课后作业(Assignment)。Assignment侧重材料工程专业实践问题的分析,鼓励学生自己阅读思考,提出自己的解决方案,占总成绩的30%。授课过程中,每完成一定章节后,课上随即开展测验(Quiz)。Quiz可提升学生的听课效率,主要注重考查学生对基础知识的掌握情况,形式主要为单项选择题,占总成绩的20%。授课结束2周后,组织课程的闭卷考试(Final Examination)。Final Examination除涵盖课程的重点外,一部分试题难度较高,需要学生结合所学,创造性地予以回答,占总成绩的50%。该考核形式兼具公平性和挑战性,保证了课程的通过率,同时,有利于启迪优秀学生创造性的学习。
3.降低授课强度,教学进程与实验课程互为辅助,提升教学效果。由于暑期授课时间紧,国际化课程的授课频率较高,学生反映学习强度高。为保证教学效果,《金属科学与工程》每周三、周五授课,每次授课2学时,给予学生更多课前准备和课后复习时间,课程总学时增加至32学时。为进一步提升教学效果,将《金属科学与工程》与《材料试验》实验课程的教学进程统筹交叉进行。实践证明,这一组织模式极大激发了学生的兴趣,课程出勤率较暑期国际化课程明显提高。
二、《金属科学与工程》国际化课程的建设经验和启示
1.注重学生的“主体性”特点,更好地、切实地尊重和理解学生。《金属科学与工程》教学过程中,外教对学生的尊重和课堂的包容性令人印象深刻。课前除将课件、参考资料和习题等学习资料及时分发给学生外,对于学生的电子邮件,均能够在24小时内及时予以答复。即使是一些不属于课程范畴的问题,也能够中肯回答,并未敷衍。授课中,对于每位应答问题的学生都首先给予感谢,师生互动频繁,气氛和谐融洽。面对学生的课后提问,外教能够不厌其烦,坚持在教室解答完毕。这一系列的举措使得师生间建立了尊重、理解和信任,极大促进了教学过程。研究表明,学生在教学过程中具有主体地位。学生的主体性是否充分发挥是检验教学改革成功与否的关键点之一[3]。现在校的本科生大多为90后,个性突出,渴望被理解和尊重。在国际化课程的建设中,我们应更注重发挥学生的主体性特点,更好地、切实地尊重和理解学生,有利于教学效果的提升。
2.国际化课程的建设应结合“国情、校情、学情”,“借鉴”而非“照搬”国外教学方案。前期暑期国际化课程的教学中,部分外教直接照搬本国教学大纲,教学效果并不理想。《金属科学与工程》国际化课程开课前,我们组织教学经验丰富的教师,结合专业特点和学生的实际情况,对外教提供的教学方案进行了优化和完善。同时,在课程的组织上采取了较为灵活的方式。将该课程类别订为专业选修课,学生可自主选择是否将该课程成绩计入其平均学分绩点。对一些学习困难的学生,允许中途退选。另外,课程的考核方式注重多样化。Quiz侧重考查学生基础知识的掌握情况;Assignment侧重拓宽学生的专业视野;Final Examination难度较大,侧重考查学生灵活应用所学知识解决问题的能力。结果表明,这些措施既消除了部分学生对国际化课程的“恐惧”,减轻了学习压力,又有利于一些优秀的学生脱颖而出,取得了较好的教学效果。《金属科学与工程》国际化课程的建设经验表明,开课前应与外教充分沟通,结合“国情、校情、学情”修订教学大纲,“借鉴”而非“照搬”国外教学方案。
3.尊重认知规律,在开设专业国际化课程前应首先开设专业基础课程和专业英语课程。由于选取了具有一定专业基础的本科三年级学生作为授课对象,《金属科学与工程》国际化课程的教学效果较暑期国际化课程有了明显提高。教学过程中,学生普遍反映专业英语词汇的匮乏是学习的主要障碍。课程成绩的统计分析也表明,一些选修过材料专业英语课程的学生成绩明显优于未修过该课程的学生。因此,应当大力推进专业英语课程的建设,建议在培养方案中将专业基础课程安排在专业国际化课程开设之前,大力推广专业英语课程建设。
4.提供充分的师资配备,关怀外籍教师。前期暑期国际化课程的建设中,一些外教是首次来中国,语言不通,饮食起居难以适应,影响了教学效果。国外大学开设国际化课程时普遍为教授配备助教。此次开设《金属科学与工程》全英文国家化课程,学院特别为《金属科学与工程》国际化课程成立了教学指导小组,并为外教配备了1名助教,2名研究生助手。实践表明,由于采取了“Quiz+Assignment+Final Examination”多样化的考核形式,工作量非常大,这些措施是完全必要的。此外,学校为外籍教师提供了公寓,并配备生活秘书1名,生活的保障也使外籍教师能够潜心教学。
参考文献:
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2012)07-0104-02
《电工电子技术》课程是中高等职业学校工学类专业不可或缺的一门重要的基础课程,学生基础的好坏、学习兴趣的高低、对电工电子基础知识掌握的程度、实验实践技能的高低等,都将直接影响着其他后续课程的学习。因此,职校教师应在学生基础差、学习兴趣动力不大的环境下,在职业教育大力推行“教学做”一体化教学模式的前提下,充分利用《电工电子技术》课程理论联系实际,实验实践课比重大等特点,从提高学生兴趣入手,将培养学生实验实践能力作为教学的一个重要环节,为学生专业课的学习打通关节,架好桥梁,顺利完成课程教学大纲的要求。笔者在《电工电子技术》课程教学中进行了改革,旨在通过有效的教学手段,提高该课程的教学效果,达到培养学生兴趣、提高学生能力的双重效果。
《电工电子技术》课程的特点
《电工电子技术》课是一门理论联系实际,实践与实验性很强的课程,该课程概念抽象、公式较多,又与专业课和电工类实际工作结合紧密。虽然学生在中学物理课程中接触过电学方面的知识,但由于职校学生基础较差,学习积极性、主动性不强。而电专业学生在以后的实际工作中,离不开对电学基本概念的正确掌握,对定义的准确理解,对各种计算公式的准确运用和各种器件参数、安装使用规则的了解,以及安全用电规则的遵守和执行等。否则,不可能完成电器(气)安装或维修工作,甚至会带来不可想象的后果。例如,简单的熔断器(保险)的更换,若不按要求更换,就可能造成严重的安全隐患。因此,在教学中,教师要积极采用理实结合的课程模式和多媒体教学手段,增强学生对电工电子技术的感性认识,加强实践实验教学,提高教学的趣味性,培养学生的学习兴趣,将职业技能培养放在首位,方能取得较好的教学效果。
理实一体化教学的方法与实施
充分利用实验实践条件,实施理实结合的教学课程模式 笔者从事过电工和电器修理工作若干年,有着比较丰富的电器(气)安装、维修的实践经验,符合现阶段对“双师型”教师的要求,且《电工电子技术》是一门实践性很强的课程。根据理实结合,“教学做”一体化教学模式的要求和思路,对2010级机电专业该课程的教学进行了大胆改革——尝试将教室搬到实验室去,采取理论实践一体化的教学方法,以提高学生的学习效果。如在讲授电子元器件时,在实验室里可对照实物进行讲解,让学生边听,边识别色环、型号、规格、参数等,并可以使用万用表进行测量比较,这样学生就有兴趣了,学习起来就比较容易了。学习电路时,直接在实验室让学生自己连接串并联电路(不指定电阻数量及阻值大小),学会用万用表等仪器仪表测量电路的电压、电流、电阻值,并总结串并联电路特点。又如,电机控制中电动机按钮互锁控制正反转电路,工作原理分析难度较大,但在实训室中,让学生看演示效果,然后参与操作训练,学生便很快掌握了其工作原理。这样做可以把技能教学自然地渗透到理论教学中,使理论教学与技能教学最大限度地融合起来,不仅节省了时间,而且激发了学生的学习热情,教学效果非常显著。
分阶段实施教学目标 在理实结合的教学过程中,根据学生对知识和技能掌握的程度不同和教学大纲的要求,可以把理论教学分解到实验实训教学中,并把整个教学目标分阶段实施(也可与《电子电工技能培训》课程结合进行):第一阶段,以最常用的电工工具、仪器仪表及元器件的一般识别使用和熟识为教学目标,要求学生能熟练使用仪器仪表,会对元器件极性、管脚进行判别性的测量,会对元器件性能的好坏进行测试判别。第二阶段,要求学生安装及检测实际电路,由简单的串并联电路入手,学习自动调光电路、机床控制电路、放大电路的安装调试,使学生掌握电路安装的规范操作要领及借助仪器仪表检测的方法步骤。第三阶段,设置简单故障教学,锻炼学生电器(气)检测维修的实践能力,以此来实现学生综合能力的提高。第四阶段,采用模拟考核形式,训练学生的实战能力。通过以上四个阶段的学习,学生既明确了各阶段的目标,又分解了教学难度,既能使学生树立自信,又能使教师有的放矢,还有利于提高学生学习效率。如果教师不能在训练环节上严格管理和要求,不能根据学生的情况做到因材施教、循序渐进,学生就会无从下手,久而久之就会产生厌学的念头。
重视学生实践技能的培养 大量的感性知识是由观察后分析推理而获得的,因此,教学中应注意把培养学生的观察能力、分析能力、动手能力贯穿其中。例如,在电容器充放电实验中,要求学生用指针式万用表先练习对电容器质量进行判断。让学生具体观察电容器短路、断路、质量不佳(漏电)以及容量是否减少等方面的情况。引导学生思考,从各种示数中观察相对的变化与区别,即透过现象看到事物的本质。然后再用经自己判断容量合格的电容器做充放电实验,由此开拓学生的思维。
理实一体化教学实施的八项要求
通过一个教学环节的实施,取得了意想不到的良好效果,极大地调动了学生学习的积极性、主动性,迎合了学生好动和好奇的特点,顺利地完成了教学任务。根据笔者在教学中的体会,这种教学方式的实施必须要求:(1)课程教学要由具有“双师”资质的教师担任,或由理论课教师与经验丰富的实验教师共同担任;(2)学生分组时,注意动手能力强弱和男女生的搭配;(3)将教学任务按理论+实践的模式分解到每堂课上,先理论,后实践,并让学生了解该堂课的目标和任务;(4)由于职校学生学习主动性较差,教师要耐心引导,运用教师手把手、学生熟手带生手的方法,不断鼓励学生大胆实践并及时发现鼓励学生的进步和提高;(5)对学生实验时出现的错误要及时加以纠正,有共性的问题可作为例子进行现场分析,应包括产生原因、产生后果及解决方法等,同时提倡学生间的互帮互学;(6)将理论考核改为以实践技能考核为主的课程考核方式,并可在适当时间采用实验实践竞赛等方式激励学生修炼技术,提高本领;(7)要做好课堂考勤、考核,对每个学生每堂课的出勤、纪律、听课及实践(实验)完成情况等做好考核记录,以便了解每个学生的学习情况;(8)对学生作业、实验报告要认真批阅,并做好总结。
工学结合、理实结合“教学做”一体化的教学模式并非高深的教学理论模式,其实施也有规律可循。只要我们从自己的实际教学过程出发,从思想上解放自己,勇于打破传统的教学模式,修正从教观念,树立以师带徒的角色定位,不断提高自己的技术本领,不断尝试新的教学方法并坚持学习、实践、探索、改进和提高,一定会总结出适合自己学校、专业、课程的工学结合、理实结合的教学模式。
参考文献:
[1]朱晓慧.基于工作过程的电工电子技术的课程改革[J].职业教育研究,2008(8).
[2]孙成林.《电工基础》课教学的做中教与做中学[J].职业教育研究,2010(10).
[3]王颖.在电子实训中如何提高学生操作技能[J].职业教育研究,2011(S1).
1概况
我国的化学工程在上世纪八十年代的改革开放后得到了经济、资源、人才的各方面政府性支持,从而得到了飞跃性的发展,逐渐的对我国的能源产业、人民生活的“衣”、“食”、“住”、“行”和环境保护方面产生重要的影响。我们的生活中其实就会遇到很多有关化学工程技术的问题。首先,能够解决资源浪费问题;其次,是指导各类化学实验的基本和需要,任何实验都依赖于坚实的化学工程技术作为理论支持和指导;最后,化学工程技术的发展能够有效的改善我国能源供给不足的问题,多种新能源的出现能够保障我国的能源供应量,以维护社会经济的发展。
2化学工程的涵义和特点
2.1化学工程的涵义
化学工程生产过程中包括化学工程和物理工程[1]。化学工程是以多学科交叉进行的技术研究,但由于其与社会经济生产生活各方面有着紧密的联系和积极的影响,因此成为社会进步与发展的关键性产业。
2.2化学工程的特点
复杂性是化学工程最为显著的特点。化学工程作为一个学科,其辅学科是多样化的;作为一项研究,其研究对象是复杂的;作为一种应用型的技术,其涉及到的社会生活领域是广泛的。复杂性是化学工程技术的研究和发展过程中的能够体现其特征的关键词,研究过程自身具有复杂性、物系对象具有复杂性、流动边界具有复杂性等等。
3渗透到生活各领域的化学工程技术
生活领域中的化学工程技术是十分基础并且广泛的,涉及到“衣”、“食”、“住”、“行”和环境保护的方方面面。化学工程作为一种现代学科,在研究其应用领域的时候,只需要对比如今的生活与古人生活的不同之处便可以一目了然。
3.1衣——多样化的服装材料
化学工程技术在日常生活的“衣”方面的体现,主要贡献就是合成纤维。合成纤维不仅可以用于生产服装、渔网、绳索等生活用品,还可以生产工业用织物、隔音、隔热、电气绝缘材料等,医疗用布等医疗用品[2]。古人在穿着方面多使用棉、麻、丝、绸、皮革等制品,在颜色、功能和韧上难以与如今的纺织用品相比较,这多亏了现代化学工程技术的发展。如今,以化学工程技术为技术支持的合成材料已经在诸多领域代替了天然纤维,其地位也已经早期超越了天然纤维,市场占有度远远大于棉麻等天然纤维,成为人们日常生活中的必需品。
3.2食——便捷、美味的食物
人类对于美食的追求是自古便有的,但是古人多是把关注点放置在珍贵的食材和烹调技艺之上。现代的人类通过化学工程技术的支持,人工性的合成了多种调味品为烹调增加口感,同时研发出的食品添加剂和防腐剂在保证食品色泽和口感的基础上,还将食物的保鲜期大大的增长了,研发出的例如方便面一类的方便食品为现代人类的快节奏生活提供了食物保障。结合了生物工程的化学工程技术,提高了水稻和小麦等粮食作物的产量,解决了地球日益增长的人口的饮食问题,同时将外来植物种类进行改良以适应本地的气候条件。人们能够吃到来自地球另一边的食材也有着化学工程的贡献。
3.3住——提高居住质量的材料
从现存的古代建筑就能够知道,在没有化学工程技术下的居住空间的建造,多用自然中能够取得的材料,木材、石材、泥土、海草、竹子等。这些自然材料建造的建筑,由于技术条件限制,高层建筑很少,建筑的抗震性和耐用度成为了一个重要的问题,越是坚固的建筑,其建造周期都长。在化学工程技术支持下,现代建筑有水泥、混凝土、钢筋等等一系列的现代化建筑材料,在保证建筑质量的情况下,能够快速的建盖起高层建筑,在城市化进程快速发展的今天,能够有效的提高土地利用率。
3.4行——改善交通设施使用性
交通是社会发展的催化剂。古人使用的交通工具都是人力或者畜力为动力,而现代交通工具是以石油为原料,通过化学工程技术开发出各类供机械运转的燃料,在舒适性、运载能力、速度等各方面远远优于古代交通工具。以石油为原料还生产出了能够铺路的沥青,以橡胶为原料生产出了轮胎。在化学工程技术的帮助之下,现代社会的交通方式呈现多样化、立体化、网络式的发展,大大缩短了世界的距离感,加快了人们的生活速度和办事效率。3.5绿色化学避免环境污染传统能源不仅对环境危害力量极大,并且面临着枯竭的危险,因此新能源的开发和利用就显得尤为重要[3]。现代化学工程的发展方向就是在改良现有技术的同时,不断的与新型技术结合,研发新型能源。新型能源的出现,不仅仅是能够填补传统能源的供应缺口,还能够有效的避免能源使用对环境造成的污染。
4结语
化学工程对于社会的贡献是巨大的,对于每个人的日常生活也是息息相关的。化学工程以其多学科交叉的研究方式,将其研究成果应用于社会生活的各个角落,逐渐的改善人们的“衣”、“食”、“住”、“行”的质量,同时为创造可持续发展的社会不断努力。
参考文献:
[1]洪昆.试析化学工程学科未来的发展动向[J].化工管理,2014,08:34.
在量子力学的建立发展下,现代化学理论得到了快速发展,但实验在化学研究和化学教学中仍占据非常重要的地位,高等化学教学中的实验教学作用也日益突出。化学教学中的实验教学在培养学生化学学习认知、研究能力和应用化学能力等方面发挥了重要的作用。在新课改的深入发展下,高等化学教学在讲授了化学基本原理和化学实验技能基础上,开始着重培养学生独立化学实验设计的能力,注重对学生展开实验技术和化学知识综合应用能力的训练[1-5]。高等化学实验课程体系改革成为高等化学教育发展的重要内容,得到了越来越多人的关注。完整化的高等化学实验教学改革内容包括化学实验课程体系和课程内容的优化、化学实验基地的建设、化学实验具体实践操作方法、化学实验组织管理等,其中最为重要的是化学实验课程体系。
1高等学校化学工程实验技术课程发展现状
在高校的扩招发展下,化学工程实验技术课程实验基地建设质量参差不齐,同时在学生毕业就业竞争的日益激烈下,在化学实验教学中很多学生过度重视理论,轻视了实验教学。现阶段高等学校化学实验教学存在的问题具体体现在以下几个方面:(1)在化学工程技术实验课程内容上存在“三多三少”的现象,从总体上看,依赖课堂理论教学的验证性实验课程较多,设计性的实验课程少;独立性的单元操作课程多,综合性的实验课程少;经典类型的实验课程多,能反映最新科学研究成果的内容少。(2)化学工程技术实验课程是根据化学理论课程体系设置的,在实验课程的安排上过于强调对化学课堂教学的补充,忽视了化学实验课程开设的本身特点,无法发挥出化学实验课程的本身作用。(3)化学工程技术实验课程教学模式单一,注重按照教师事先安排好的内容开展教学,无法发挥出学生学习的主观能动性。
2化学工程技术实验课程内容的设置
2.1精选基础性、理论性强的化学实验
化学工程技术实验课程内容改革的指导思想是要加强学生动手操作能力的训练,注重提升学生综合素质的培养,通过化学实验教学进一步巩固学生在课堂上掌握的化学理论知识。为此,教师可以在有限的教学学时中,精选化学基础理论实验教学内容,如可以为城市土木工程建设专业的学生开设胶体溶液性质类实验课程,在实际教学中要注重引导学生进行实验教学方案的设计,具体包括实验流程设计、胶体溶液的配制、实验仪器的安装和实验操作等[6]。
2.2注重精简重组验证性化学实验
化学工程技术实验课程要减少验证性实验在总体实验中的比重,验证性实验中繁多的验证内容不利于激发学生的学习兴趣,也不利于培养学生化学学习的综合素质,浪费了有效的课堂教学时间。在原有的化学实验教学中,“氧化还原反应与电化学”及“电解质溶液”是常见的验证性实验,实验验证过程简单,方便学生的观察,但在实验操作过于简单的情况下不利于调动学生学习积极性。为了解决这个问题,教师可以将这两个实验进行精简处理,在两个实验的重组中以“氧化还原反应与电化学”实验为主体内容,将“电解质溶液”的实验内容融入到原来电池的组成和电动势的测定中,让学生在原有电池的电解质溶液中加入适当的物质,如氨水、硫化钠等,之后应用精密的微安表对电池电动的情况进行观察,从而了解物质浓度变化对电极电势产生的影响[7-9]。这种精简重组之后实验的开展能够提升学生学习的积极主动性,实现学生自主化学习。
2.3增设应用型和综合应用型化学实验
在化学工程技术实验课程改革思想的指导下,教师要根据学生专业学习的特点增设应用型和综合应用型化学实验。例如,可以增设水硬度测定、金属材料腐蚀和防护测定实验、金属材料老化等综合型化学实验。在水硬度测定实验中,教师应用离子交换法和蒸馏法演示净化水的过程,通过实验向学生展示应用导电率来衡量和评价水纯度的重要意义。学生对实验兴趣很高,为了获得更精确的实验数据,一次次反复验证自己的实验,改进自己实验操作方式,对促进学生的化学学习具有重要意义。
3化学工程技术实验课程教学过程
3.1教学方式的选择
教师可以采用交互式的教学模式向学生具体介绍化学实验技术原理和重难点问题,通过交互式实验教学研究设计让学生能够有效解决化学实验学习中遇到的难点问题。化学教师要根据化学工程技术实验课程教学指导思想制定科学合理的教学方案。定期安排教师互相听课,从而促进教师之间的教学交流,提升彼此教学水平[10]。应用多媒体技术开展化学工程技术实验课程教学,通过多媒体的引入弥补传统化学实验教学视野狭窄的问题,缓解实验教学经费和学生人数之间的矛盾问题。
3.2培养学生良好的化学实验习惯
(1)教师要引导学生形成严谨、科学的实验研究作风。这种作风在化学实验操作中的表现是,学生能够仔细观察化学实验操作出现的各种现象,在发现实验现象和预期实验构想存在出入时,学生要能够从各方面查找误差的原因,和其他学生进行讨论,从而及时解决实验操作中出现的问题。
(2)原始性实验记录对于学生实验思路的形成、实验规律的把握等具有重要意义。为此,在实验开始阶段,需要学生仔细、规范的记录化学实验现象和实验操作获得的结果。
(3)学生要养成良好的卫生习惯,在化学工程技术实验课程过程中教师要监督学生注意做好实验器具回收工作,不能随意丢放实验器材以及实验产生的各种杂物。
3.3完善教学评价体系
在化学工程技术实验课程教和学习的过程中建立相应的激励评价机制,对提升学生的化学实验能力,促进化学实验教学发展具有重要的意义。为此,高等院校可以从化学工程技术实验课程教学内容、教学方式、教学管理和教学评价等方面建立相应的实验教学管理和评价考核机制[11]。在学生化学学习方面,学校要建立学生成绩和学分结合的学习评价方法,具体包括学生能否按时到达实验室、能否在实验之间做好了充足的准备以及学生是否如实记录了实验操作过程和做好实验总结。
4化学工程技术实验课程师资队伍建设
化学工程技术实验课程教师队伍的素质和能力对整个化学实验体系运行发展具有重要的作用。为此,高校需要加快打造一支结构合理、人员素质高、掌握多种化学实验教学技巧的教师队伍[12]。为了充分发挥高素质化学实验教师队伍在化学工程技术实验课程教学中的优势,学校可以制定一系列能够提升化学实验教学质量、促进实验化学有效运行的政策,充分发挥出教师在化学工程技术实验课程教学中的优势力量,培养学生化学学习综合能力。
5完善化学工程技术实验课程保障体系建设
高校需要从制度上进一步保障化学工程技术实验课程教学的开展,通过化学工程技术实验课程制度的建设,加强化学实验指导教师对化学课程教学各个环节的重视,具体包括化学实验教学方案、化学教学实验过程和化学实验结果的验收管理等,充分发挥出化学实验教学的重要地位和作用。
6结语
化学工程技术实验课程的开展不仅仅是为了加强学生对所学化学理论的理解、提升学生化学基技能训练和应用能力,更重要的是培养学生在生活实际中应用化学知识的能力。结合不同专业学生所学专业特点,进一步拓展学生化学知识面,提升学生化学学习兴趣,实现学生对所学化学知识的灵活运用。学生化学工程技术能力和他们综合能力的提升密切相关,科学合理的化学实验内容和规范化的化学实验技能训练,对培养学生的自我创新艺术,提升学生的科学研究能力,增强学生在社会主义经济市场中的竞争力具有重要作用。为此,需要有关教育人员根据不同专业学生化学学习的需要进一步完善化学实验教学体系。
参考文献
[1]张昱.化学工程与工艺专业实验的整合研究[D].兰州:西北民族大学,2012.
[2]李向清,穆劲,康诗钊,等.研究生高等化学工程与技术实验课程建设初探[J].化工高等教育,2013,30(2):26-29.
[3]李敏,刘刚,王力.虚拟现实技术在化学反应工程实验教学中的应用[J].计算机与应用化学,2006,23(10):1031-1034.
[4]冯红艳,徐铜文,王晓林,等.发酵过程与双极膜电渗析的集成操作——介绍一个分离与反应技术一体化的化学工程实验[J].大学化学,2015(1):59-63.
[5]孙康.果壳活性炭孔结构定向调控及应用研究[D].北京:中国林业科学研究院,2012.
[6]华.管道中氢—空气预混火焰传播动力学实验与数值模拟研究[D].合肥:中国科学技术大学,2013.
[7]邵文尧.化学工程与技术省级实验教学示范中心建设[J].实验室研究与探索,2014,32(2):143-146.
[8]张国平,訾言勤.化学工程与工艺专业仪器分析实验教学改革初探[J].淮北煤炭师范学院学报(自然科学版),2010(2):84-86.
[9]周旭章,汪财生,朱秋华,等.多学科共享实验教学平台建设与实践[J].实验技术与管理,2010(11):196-199,209.
[10]周松柏.超声速内外流干扰的数值方法研究及其实验验证与应用[D].长沙:国防科学技术大学,2009.
绿色化学这个词汇已被人们所熟知。绿色化学是通过化学工程与工艺实现的。研究化学工程与工艺不仅能够使人们获得最大的利益,而且减少消耗资源和环境的污染。许多国内外的公司运用化学工程与工艺,研发符合公司要求的绿色产品。化学工程与工艺促进了化学的发展。运用化学工程与化学工艺能够减少催化剂等有害的原料的使用。绿色化学的技术就是在源头上阻止环境污染的产生,从根本上杜绝产生环境污染,并且回收再利用一些废弃物品。
1.2分离工程
物质在一些重力、压力还有温度和电的影响下,通过外力的作用,将物质自发的从无序转变成有序的过程被称为分离工程。化学工程与化学工艺的分离工程是一个消耗能量的过程,分离工程是化学工程与化学工艺研究的重点之一。目前使用最多的分离工程方法就是蒸馏法,虽然我国在蒸馏分离法方面的研究已经有深厚的理论依据和实践经验,但是蒸馏分离方法在蒸馏速度方面需要进一步改善。除了改进蒸馏速度外,还要采用最先进的蒸馏设备,采用新型的材料才会获取更好的经济效益。采用新型的吸收剂不仅能够影响蒸馏时间的长短,而且能够提高蒸馏吸收的效率。膜分离技术因其具有节能、高效、易于清理等特点,成为现如今比较流行的分离技术,备受各个国家的科学家关注。膜分离的吸附分离法在气体干燥、废水等污染物的处理等方面得到了广泛的运用。膜分离重点开发新型吸附剂和实现膜的高效的使用寿命,但是膜分离存在着膜的污染和防治。
1.3SupereriticalFluid,SCF(超临界流体)
超临界流体是一种具有液体和气体的性质的一种流体,在温度和压力临界点之上的无气体液体的相界面。这项技术广泛应用在化工、食品加工、生物医药工程中。对质量和工艺的要求较高。开发超临界流体有着广泛的发展前景,并且会为企业带来丰富的发展利润。近几年来,超临界水氧化法在环境治疗保护方面的研究较多,但是在化学工程与工艺方面的研究较少,现如今处于研究试验期。
在量子力学的建立发展下,现代化学理论得到了快速发展,但实验在化学研究和化学教学中仍占据非常重要的地位,高等化学教学中的实验教学作用也日益突出。化学教学中的实验教学在培养学生化学学习认知、研究能力和应用化学能力等方面发挥了重要的作用。在新课改的深入发展下,高等化学教学在讲授了化学基本原理和化学实验技能基础上,开始着重培养学生独立化学实验设计的能力,注重对学生展开实验技术和化学知识综合应用能力的训练[1-5]。高等化学实验课程体系改革成为高等化学教育发展的重要内容,得到了越来越多人的关注。完整化的高等化学实验教学改革内容包括化学实验课程体系和课程内容的优化、化学实验基地的建设、化学实验具体实践操作方法、化学实验组织管理等,其中最为重要的是化学实验课程体系。
1高等学校化学工程实验技术课程发展现状
在高校的扩招发展下,化学工程实验技术课程实验基地建设质量参差不齐,同时在学生毕业就业竞争的日益激烈下,在化学实验教学中很多学生过度重视理论,轻视了实验教学。现阶段高等学校化学实验教学存在的问题具体体现在以下几个方面:(1)在化学工程技术实验课程内容上存在“三多三少”的现象,从总体上看,依赖课堂理论教学的验证性实验课程较多,设计性的实验课程少;独立性的单元操作课程多,综合性的实验课程少;经典类型的实验课程多,能反映最新科学研究成果的内容少。(2)化学工程技术实验课程是根据化学理论课程体系设置的,在实验课程的安排上过于强调对化学课堂教学的补充,忽视了化学实验课程开设的本身特点,无法发挥出化学实验课程的本身作用。(3)化学工程技术实验课程教学模式单一,注重按照教师事先安排好的内容开展教学,无法发挥出学生学习的主观能动性。
2化学工程技术实验课程内容的设置
2.1精选基础性、理论性强的化学实验
化学工程技术实验课程内容改革的指导思想是要加强学生动手操作能力的训练,注重提升学生综合素质的培养,通过化学实验教学进一步巩固学生在课堂上掌握的化学理论知识。为此,教师可以在有限的教学学时中,精选化学基础理论实验教学内容,如可以为城市土木工程建设专业的学生开设胶体溶液性质类实验课程,在实际教学中要注重引导学生进行实验教学方案的设计,具体包括实验流程设计、胶体溶液的配制、实验仪器的安装和实验操作等[6]。
2.2注重精简重组验证性化学实验
化学工程技术实验课程要减少验证性实验在总体实验中的比重,验证性实验中繁多的验证内容不利于激发学生的学习兴趣,也不利于培养学生化学学习的综合素质,浪费了有效的课堂教学时间。在原有的化学实验教学中,“氧化还原反应与电化学”及“电解质溶液”是常见的验证性实验,实验验证过程简单,方便学生的观察,但在实验操作过于简单的情况下不利于调动学生学习积极性。为了解决这个问题,教师可以将这两个实验进行精简处理,在两个实验的重组中以“氧化还原反应与电化学”实验为主体内容,将“电解质溶液”的实验内容融入到原来电池的组成和电动势的测定中,让学生在原有电池的电解质溶液中加入适当的物质,如氨水、硫化钠等,之后应用精密的微安表对电池电动的情况进行观察,从而了解物质浓度变化对电极电势产生的影响[7-9]。这种精简重组之后实验的开展能够提升学生学习的积极主动性,实现学生自主化学习。
2.3增设应用型和综合应用型化学实验
在化学工程技术实验课程改革思想的指导下,教师要根据学生专业学习的特点增设应用型和综合应用型化学实验。例如,可以增设水硬度测定、金属材料腐蚀和防护测定实验、金属材料老化等综合型化学实验。在水硬度测定实验中,教师应用离子交换法和蒸馏法演示净化水的过程,通过实验向学生展示应用导电率来衡量和评价水纯度的重要意义。学生对实验兴趣很高,为了获得更精确的实验数据,一次次反复验证自己的实验,改进自己实验操作方式,对促进学生的化学学习具有重要意义。
3化学工程技术实验课程教学过程
3.1教学方式的选择
教师可以采用交互式的教学模式向学生具体介绍化学实验技术原理和重难点问题,通过交互式实验教学研究设计让学生能够有效解决化学实验学习中遇到的难点问题。化学教师要根据化学工程技术实验课程教学指导思想制定科学合理的教学方案。定期安排教师互相听课,从而促进教师之间的教学交流,提升彼此教学水平[10]。应用多媒体技术开展化学工程技术实验课程教学,通过多媒体的引入弥补传统化学实验教学视野狭窄的问题,缓解实验教学经费和学生人数之间的矛盾问题。
3.2培养学生良好的化学实验习惯
(1)教师要引导学生形成严谨、科学的实验研究作风。这种作风在化学实验操作中的表现是,学生能够仔细观察化学实验操作出现的各种现象,在发现实验现象和预期实验构想存在出入时,学生要能够从各方面查找误差的原因,和其他学生进行讨论,从而及时解决实验操作中出现的问题。(2)原始性实验记录对于学生实验思路的形成、实验规律的把握等具有重要意义。为此,在实验开始阶段,需要学生仔细、规范的记录化学实验现象和实验操作获得的结果。(3)学生要养成良好的卫生习惯,在化学工程技术实验课程过程中教师要监督学生注意做好实验器具回收工作,不能随意丢放实验器材以及实验产生的各种杂物。
3.3完善教学评价体系
在化学工程技术实验课程教和学习的过程中建立相应的激励评价机制,对提升学生的化学实验能力,促进化学实验教学发展具有重要的意义。为此,高等院校可以从化学工程技术实验课程教学内容、教学方式、教学管理和教学评价等方面建立相应的实验教学管理和评价考核机制[11]。在学生化学学习方面,学校要建立学生成绩和学分结合的学习评价方法,具体包括学生能否按时到达实验室、能否在实验之间做好了充足的准备以及学生是否如实记录了实验操作过程和做好实验总结。
4化学工程技术实验课程师资队伍建设
化学工程技术实验课程教师队伍的素质和能力对整个化学实验体系运行发展具有重要的作用。为此,高校需要加快打造一支结构合理、人员素质高、掌握多种化学实验教学技巧的教师队伍[12]。为了充分发挥高素质化学实验教师队伍在化学工程技术实验课程教学中的优势,学校可以制定一系列能够提升化学实验教学质量、促进实验化学有效运行的政策,充分发挥出教师在化学工程技术实验课程教学中的优势力量,培养学生化学学习综合能力。
5完善化学工程技术实验课程保障体系建设
高校需要从制度上进一步保障化学工程技术实验课程教学的开展,通过化学工程技术实验课程制度的建设,加强化学实验指导教师对化学课程教学各个环节的重视,具体包括化学实验教学方案、化学教学实验过程和化学实验结果的验收管理等,充分发挥出化学实验教学的重要地位和作用。
6结语
化学工程技术实验课程的开展不仅仅是为了加强学生对所学化学理论的理解、提升学生化学基技能训练和应用能力,更重要的是培养学生在生活实际中应用化学知识的能力。结合不同专业学生所学专业特点,进一步拓展学生化学知识面,提升学生化学学习兴趣,实现学生对所学化学知识的灵活运用。学生化学工程技术能力和他们综合能力的提升密切相关,科学合理的化学实验内容和规范化的化学实验技能训练,对培养学生的自我创新艺术,提升学生的科学研究能力,增强学生在社会主义经济市场中的竞争力具有重要作用。为此,需要有关教育人员根据不同专业学生化学学习的需要进一步完善化学实验教学体系。
参考文献
[1]张昱.化学工程与工艺专业实验的整合研究[D].兰州:西北民族大学,2012.
[2]李向清,穆劲,康诗钊,等.研究生高等化学工程与技术实验课程建设初探[J].化工高等教育,2013,30(2):26-29.
[3]李敏,刘刚,王力.虚拟现实技术在化学反应工程实验教学中的应用[J].计算机与应用化学,2006,23(10):1031-1034.
[4]冯红艳,徐铜文,王晓林,等.发酵过程与双极膜电渗析的集成操作——介绍一个分离与反应技术一体化的化学工程实验[J].大学化学,2015(1):59-63.
[5]孙康.果壳活性炭孔结构定向调控及应用研究[D].北京:中国林业科学研究院,2012.
[6]华.管道中氢—空气预混火焰传播动力学实验与数值模拟研究[D].合肥:中国科学技术大学,2013.
[7]邵文尧.化学工程与技术省级实验教学示范中心建设[J].实验室研究与探索,2014,32(2):143-146.
[8]张国平,訾言勤.化学工程与工艺专业仪器分析实验教学改革初探[J].淮北煤炭师范学院学报(自然科学版),2010(2):84-86.
[9]周旭章,汪财生,朱秋华,等.多学科共享实验教学平台建设与实践[J].实验技术与管理,2010(11):196-199,209.
[10]周松柏.超声速内外流干扰的数值方法研究及其实验验证与应用[D].长沙:国防科学技术大学,2009.
0 引言
化学工程技术是一门主要研究化工生产过程中研究和开发以及过程装置的设计、制造和管理的综合性技术。化学工程技术在化学生产中的应用已涉及到各行各业,化学工程技术的发展对于强化化工生产过程,提高产品质量,降低原料和能量消耗,对于企业的技术改造以及新技术的开发起着重要作用。
1 新型反应技术的研究
1.1 超临界化学反应技术
超临界液体是指在温度和压力都处于临界点之上时,此时状态处于液体和气体之间,具有这两种状态的双重性质。这种状态的流体不仅在化学工业、生物化工、食品工业有广泛的应用,而且还在医药工业等领域应用很广泛,已经显示出巨大的魅力,极具发展前景。近年来,化学界将超临界水氧化法应用到保护环境的领域,但是都处于初级发展阶段,很不成熟。
1.2 绿色化学反应技术
绿色化学是指对环境不会造成污染的,有利于保护环境的化学工程。绿色化学简单说就是采用化学的技术和方法来减少或消除那些对人类有害的、妨碍社区安全的、对生态环境会产生不利影响的原料或溶剂等。绿色化学是将污染从源头进行消除的工程,因此很彻底,这主要包括原子经济性和高选择性的反应,生产出对环境有利的材料,并且回收废物循环利用的一门科学技术。
1.3 新的分离技术
研究从广义上说,分离强化首先是对设备的强化,然后是对生产工艺的强化,综合起来说就是只要能将设备变小、将能量转化效率提高的技术都是化工分离技术强化的结果,有利于实现可持续发展,这也是化工分离技术的主要趋势之一。古老的化工分离技术原理:利用沸点的不同,将不同的组分从分离塔里分离出来。随着科技的发展及国内外的分工合作共同研究除了大量新的分离技术,具有广阔的发展前景,但是这些在应用中同样也存在着很多问题,那就是:此项研究对相关分子蒸馏的基础理论探究比较少,没有在理论上充分说明和指导,对设计刮膜式分子蒸馏器也没有深入的研究。随着信息技术的不断进步,分离技术也不断得到改善,取得了长足的进步,逐渐信息技术引入到分离技术的研究与开发上,例如在研究热力学和传递的性质、多相流等方面,这些都是信息技术发生功效的主要分离技术,再如分子模拟大大提高了预测热力学平衡和传递性质的水平。对分子的设计加速了可以加速分离,因此对研究和开发新的高效的分离剂有深远的意义。信息技术的引进有利于新的分离过程的深入,提高工作效率。
2 化学工程学科发展动态
2.1 将化工过程与系统过程研究相结合
化学变化是一个复杂的过程,这是因为性质决定的,其非对称性和不平衡性打破了人们的惯性思维,使其控制因素增多,结构尺度变多,其中结构是对过程工程研究的中心问题,主要解决办法是简化其结构,使复杂的结构变得简单,更具有使用价值;首先研究特殊系统,然后推理出一般性的结论,进而推而广之,这些都为解决结构问题打下了良好的基础,解决了复杂系统不容易被分析的问题,采用整体法和还原法研究复杂的系统有利于把握系统的主要变换方向,多尺度的思考问题的方式可以将过程问题转换成平时的时间和空间问题,对研究化学工程的复杂结构有好处。化学工程的这一转变趋势预示着化学正在向着应用领域进行扩张,更加注重其实用性和价值性,而非学科本身理论的研究。这也在化学课堂上出现了明显的改革,从只有实验和理论两个过程的化学转换成有实验、有计算最后才产生结论的过程,这就需要化学与数学物理等相结合,甚至与计算机技术相结合,进而实现化学过程的更好研究。
2.2 将化学工程与材料科学研究相结合
科学的进步使大量新的技术和产品能源不断涌现,并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用,这就为化学工程的研究提出了新的问题那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断形成新的完整的理论,化学工程的发展就此进入老人一个新的发展阶段。在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉,更多的研究材料其中包括信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科,这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题,为化学的发展做了良好的铺垫。
2.3 将化学工程与信息工程研究相结合
化学工程技术的热点是将化学工程与信息工程研究相结合,随着信息技术的发展,信息技术已经深入各行各业,通过计算机技术可以收集大量信息,并对此进行精细的计算,随着大量的数据的统计和分析,可以得出很多重要的规律和结论,这些规律可以用来作为提高效率和生产效益的理论依据,同时可以预见,将化学工程和材料科学结合起来进行分析必将是化学工程领域的重点研究课题,必将成为引领化学研究的主要方向。
3 促进化学工程技术发展的对策
3.1 着眼全局提高化学工程技术水平
化学工程科学近年来的发展趋势已经明显地呈现与多学科交叉的现象,要进一步促进化学工程技术的进步,就要从全局出发综合考虑与化学工程交叉的各个领域的情况。要统筹考虑各个领域的运用,做好整体的规划,协调各项科学的开发利用。并且统筹现有领域的同时积极开拓新的研究领域,使各个学科领域相互促进,最后实现共同发展。
3.2 提高化学工程机械设备研究水平
机械设备是提高一项技术必须具备的,先进的机械设备能为更高水平的技术研究硬件支持。但是相对而言,目前化学工程技术方面的机械设备还比较落后,应该加强研究力度,向世界化学工程技术研究的机械水平靠近。有了这些高科技水平的机械设备,在化学工程技术领域赶超世界水平指日可待。
3.3 做好化学工程技术的教育工作
任何一项技术的发展都不能离开高水平的人才,所以要促进化学工程技术进一步发展需要加强化学工程领域的教育培训工作。不仅需要培养化学工程技术方面的知识,与其相关的学科的教育与培训也要加强。不仅仅培训理论知识,更要加强学生的实践能力,为化学工程技术的发展储备人才。
3.4 积极开拓化学工程技术的应用市场
当今化学工程技术的应用领域已经很广泛,但是如果想要进一步的发展还要积极研究开发新的工艺、新的产品,寻找新的市场。市场是产品开发的动力,有了市场的需求才会带动产品的生产,也就会促进技术水平的提高。
4 结语
化学工程技术是一门主要研究化工生产过程中研究和开发以及过程装置的设计、制造和管理的综合性技术。我们要加强研究,针对发展特点采取相应的措施,提高化学工程技术水平。
参考文献:
[1]陈惜明,彭宏.化学工程技术的几个热点与发展趋势[J].安徽化工,2012,01:3-6.
[2]房鼎业.化学工程的技术进展与化学工业的发展态势[J].化工生产与技术,2011,02:1-8.
[3]叶庆国,周传光.化学工程技术的发展动向及对策[J].山东化工,2012,01:21-25.
作者简介:
关键词:
化学工程技术;化学生产;有效应用
化学工业一直是推动我国国民经济发展的支柱产业,在化学生产中通过不断创新和优化化学工程技术,降低能源和原材料消耗,保障产品质量,提高化学生产效率,所以化学工程技术在化学生产中的应用具有非常重要的现实意义,在未来发展过程中应加大对化学工程技术的研究,进一步提高化学生产效益。
1化学生产中化学工程技术的应用
1.1超临界流体技术超临界流体是一种处于气态和液体之间状态、压力和温度都位于临界点周围的液体,其具有液体和气体的双重特性,具有气体的压缩性和高扩散能力,又具有液体的良好溶解能力,其粘度几乎等于气体,密度几乎等于液体,其扩散性能处于气体和液体之间。在化学生产中运用超临界流体技术,运用超临界流体的特性,改变化学反应特征,优化传热系数和传质系数,合理控制压力和温度,可以有效降低化学生产的能耗。另外,超临界液体技术在加工无机物材料、复合材料、高分子材料中发挥着重要作用,最常见的技术方法包括以下几种:其一,抗溶剂法,在制备超临界流体有机物和爆炸性物质时主要应用抗溶剂法;其二,压缩抗溶剂法,这种方法主要用于加工微球类或者微孔类物质,在聚合物和药物分子共沉中应用广泛,技术方法比较简单成熟;其三,快速膨胀法,用于制备固体颗粒状化学产品。超临界技术不仅应用在材料制备方面,而且还被广泛地莹莹在化学分析中,例如,色谱技术和超临界技术的相互结合,和气象色谱相比,这种色谱研究方法更加准确、高效,并且超临界液体色谱比液相色谱更加准确。
1.2传热技术近年来,相关研究人员对于强化传热和微细尺度传热的研究越来越多,在传热学中微细尺度传热是一个独立的专业学科,其主要探索和研究时间尺度、空间尺度的传热学规律,重点包含微重力传热传质、相变传热、热辐射、热传导。对流传热等内容。当前,我国的传热技术研究主要是集中在数值模拟、实验研究和机理研究三方面。在化学生产中应用传热技术,可以通过改进和优化换热器设备,有效提升换热的持续放热能力和传热效率,从而提高化学生产水平。并且微细尺度传热和强化传热技术在微型热管、集成电子设备、微米、纳米等领域中应用广泛,相关技术成果已经比较成熟,对于化学工业应加强传热技术和化学生产的配合研究,充分发挥传热技术的应用优势,有效提高化学生产效率。
1.3绿色化学反应技术在绿色食品生产中绿色化学反应技术发挥着非常重要的作用,当前我国积极倡导可持续发展和节能减排理念,人们的绿色生态环保意识越来越高,绿色食品主要是指绿色没有受到污染侵害的食品,这种食品最主要的特点是营养价值高、品质优良、卫生安全指标高,是未来发展过程中的新兴产业。绿色食品加工生产过程中对于化肥和农药的使用量有着严格限制,而且还需要提高农作物产量,保障食品营养价值,降低成本,所以绿色产品生产经常面临量和质的矛盾。现代化生物化学通过充分利用基因工程技术和绿色化学反应技术,保障食品安全,增加农作物产量,确保食品营养。具体应用如下:其一,在农作物生长过程中,运用生物化学技术,减少污染农作物和污染环境的氮肥使用量,运用固氨来替代氮肥,通过应用生物化学技术,不需要施加氮肥,也可以保障农作物的正常生长发育,不仅节约了种植成本,而且有效提高了农作物的质量和产量;其二,当农作物出现病虫害时,运用生物化学技术,特别是基因工程技术,在主要农作物上转移各种病虫害基因,减少化学杀虫剂使用量,提高农作物产量,提高抗病虫害能力。
2化学工程技术在化学生产中的应用发展建议
2.1培养化学技术人才化学技术人员对于推动化学工程技术的发展有着重要意义,因此我国应重视化学技术人才的培养,不仅要加强理论知识学习,还应强化钻研创新精神,积累丰富的实践经验,全面提高化学工程技术科研水平和综合素质。
2.2进一步提高化学工程技术水平我国化学工程技术面临着滴状冷凝的难题,在未来发展过程中应加大对化学工程技术的研究,重点解决这个问题,推动传热技术在航空航天、石油化工、动力、机械等领域的应用,进一步提高化学工程技术水平。
3结语
在化学生产中应用化学工程技术有助于促进化学工业的快速发展,应积极优化各种化学工程技术应用,培养大量化学工程技术人才,提高经济效益和社会效益。
参考文献:
[1]侯海霞,柯杨,王胜壁.解析化学工程技术在化学生产中的应用[J].山东工业技术,2015,14:91.
化学工业一直是推动我国国民经济发展的支柱产业,在化学生产中通过不断创新和优化化学工程技术,降低能源和原材料消耗,保障产品质量,提高化学生产效率,所以化学工程技术在化学生产中的应用具有非常重要的现实意义,在未来发展过程中应加大对化学工程技术的研究,进一步提高化学生产效益。
1化学生产中化学工程技术的应用
1.1超临界流体技术
超临界流体是一种处于气态和液体之间状态、压力和温度都位于临界点周围的液体,其具有液体和气体的双重特性,具有气体的压缩性和高扩散能力,又具有液体的良好溶解能力,其粘度几乎等于气体,密度几乎等于液体,其扩散性能处于气体和液体之间。在化学生产中运用超临界流体技术,运用超临界流体的特性,改变化学反应特征,优化传热系数和传质系数,合理控制压力和温度,可以有效降低化学生产的能耗。另外,超临界液体技术在加工无机物材料、复合材料、高分子材料中发挥着重要作用,最常见的技术方法包括以下几种:其一,抗溶剂法,在制备超临界流体有机物和爆炸性物质时主要应用抗溶剂法;其二,压缩抗溶剂法,这种方法主要用于加工微球类或者微孔类物质,在聚合物和药物分子共沉中应用广泛,技术方法比较简单成熟;其三,快速膨胀法,用于制备固体颗粒状化学产品。超临界技术不仅应用在材料制备方面,而且还被广泛地莹莹在化学分析中,例如,色谱技术和超临界技术的相互结合,和气象色谱相比,这种色谱研究方法更加准确、高效,并且超临界液体色谱比液相色谱更加准确。
1.2传热技术
近年来,相关研究人员对于强化传热和微细尺度传热的研究越来越多,在传热学中微细尺度传热是一个独立的专业学科,其主要探索和研究时间尺度、空间尺度的传热学规律,重点包含微重力传热传质、相变传热、热辐射、热传导。对流传热等内容。当前,我国的传热技术研究主要是集中在数值模拟、实验研究和机理研究三方面。在化学生产中应用传热技术,可以通过改进和优化换热器设备,有效提升换热的持续放热能力和传热效率,从而提高化学生产水平。并且微细尺度传热和强化传热技术在微型热管、集成电子设备、微米、纳米等领域中应用广泛,相关技术成果已经比较成熟,对于化学工业应加强传热技术和化学生产的配合研究,充分发挥传热技术的应用优势,有效提高化学生产效率。
1.3绿色化学反应技术
在绿色食品生产中绿色化学反应技术发挥着非常重要的作用,当前我国积极倡导可持续发展和节能减排理念,人们的绿色生态环保意识越来越高,绿色食品主要是指绿色没有受到污染侵害的食品,这种食品最主要的特点是营养价值高、品质优良、卫生安全指标高,是未来发展过程中的新兴产业。绿色食品加工生产过程中对于化肥和农药的使用量有着严格限制,而且还需要提高农作物产量,保障食品营养价值,降低成本,所以绿色产品生产经常面临量和质的矛盾。现代化生物化学通过充分利用基因工程技术和绿色化学反应技术,保障食品安全,增加农作物产量,确保食品营养。具体应用如下:其一,在农作物生长过程中,运用生物化学技术,减少污染农作物和污染环境的氮肥使用量,运用固氨来替代氮肥,通过应用生物化学技术,不需要施加氮肥,也可以保障农作物的正常生长发育,不仅节约了种植成本,而且有效提高了农作物的质量和产量;其二,当农作物出现病虫害时,运用生物化学技术,特别是基因工程技术,在主要农作物上转移各种病虫害基因,减少化学杀虫剂使用量,提高农作物产量,提高抗病虫害能力。
2化学工程技术在化学生产中的应用发展建议
2.1培养化学技术人才
化学技术人员对于推动化学工程技术的发展有着重要意义,因此我国应重视化学技术人才的培养,不仅要加强理论知识学习,还应强化钻研创新精神,积累丰富的实践经验,全面提高化学工程技术科研水平和综合素质。
2.2进一步提高化学工程技术水平
我国化学工程技术面临着滴状冷凝的难题,在未来发展过程中应加大对化学工程技术的研究,重点解决这个问题,推动传热技术在航空航天、石油化工、动力、机械等领域的应用,进一步提高化学工程技术水平。
3结语
在化学生产中应用化学工程技术有助于促进化学工业的快速发展,应积极优化各种化学工程技术应用,培养大量化学工程技术人才,提高经济效益和社会效益。
作者:于振永 单位:唐山中浩化工有限公司
参考文献: