主页 > 新闻动态 > 化工实验大赛对化工原理课程的教学改革 2021-11-17

化工实验大赛对化工原理课程的教学改革

全国大学生化工实验大赛是由教育部高等学校化工类专业教学指导委员会、中国化工教育协会共同主办的针对高校化工类及相关专业全日制在校本科生的基于化工原理的理论和实验的学科类竞赛。我校位于广西桂林，属于西南赛区。一直以来，我校化工专业教师都积极组织学生参加化工实验大赛，但比赛结果不尽如人意。2017年进入复赛的队伍有三支，最终进入决赛的队伍有一支；2018年进入复赛的队伍只有一支，最终未能进入决赛；2019年进入复赛的队伍有两支，但最终却未能进入决赛。初赛进入复赛的队伍，依据的是队伍中每个队员的化工原理笔试成绩；进入复赛的队伍数量反映了我校学生对化工原理理论知识的掌握情况。虽然2017年和2019年我校进入复赛的队伍数量超过一支，但与西南地区的同类院校相比，参赛队员的化工原理理论基础还是有一定的差距，所以最终能够复赛胜出的队伍很少。进入复赛后取得的成绩包括理论、仿真和实验三部分的成绩。从我校参赛队伍复赛的表现可以看出，化工原理实验和仿真方面的学习力度也有待加强。2019年6月，我校化学工程与工艺专业通过了工程教育专业认证，结合认证要求，已经对化工原理实验的实验项目、仿真实验等进行了完善，教学目的与化工实验大赛的内涵高度重合。因此，为了提高我校学生化工实验大赛的参赛水平及获奖层次，对化工原理理论课程的教学改革是十分必要的。所以，从课程的教学设计、教学内容和教学手段方面考虑，本文中提出了加强化工原理教师的团队建设，完善课程考核和成绩评定的方法，多媒体教学与“雨课堂”技术相结合以辅助课堂教学等具体建议，以期找到适合我校化工原理理论教学的一些措施。
一、加强化工原理教师团队的建设，实现教学方法的转变
在课堂教学过程中，学生是课堂的主体。鉴于此，教师在教学设计时应有意识地对教学活动进行组织和有针对性的引导，充分发挥课堂的主导作用。所以，有必要加强化工原理课程教学团队的建设，进一步改革及完善教学内容和方式，以适应专业认证和新工科建设的需要。通过对我校近三年“化工原理”理论课学生的学习状态和考试成绩进行分析，发现学生运用基础理论分析和解决单元操作中各种工程实际问题的能力较弱。因此，在课堂教学中需加强计算示例和课堂练习讲解典型单元操作，辅以课堂练习和课后作业，使学生掌握单元操作的工作原理及相关计算，提高学生运用基础理论分析和解决单元操作中各种工程实际问题的能力。由此可以看出，要以学生发展为本，因地制宜进行化工原理课程的教学活动。所以，想要提升学生的课程学习效果，就要促进化工原理教学团队的建设，而教学团队的建设可通过承担化工类教改项目和化工原理相关课程的建设项目实现；条件允许的话，还可以组织编写适用于本校学生的《化工原理》教材、《化工原理习题集》等，为教学内容的更新和完善提供支持。
二、以专业认证的要求为基准，完善课程评价体系
化工原理是化学工程与工艺专业的一门核心课程，主要包括化工单元操作的基本原理、典型设备的结构、选用和操作原理以及工艺计算等内容。为保证本课程对专业培养目标、培养成果的贡献，课程所有的教学活动都要围绕课程目标开展。基于专业认证的标准，结合我校化工原理课程的教学情况，对课程的教学大纲、课程的考核和成绩评定方法进行了完善，以更科学合理地反映学生的学习情况。
本校化工原理的成绩由以下两部分构成：平时成绩和期末考试成绩。其中，平时成绩占该门课程最终成绩的30%，主要考查学生作业完成情况、课堂纪律与综合表现、课堂问答与讨论、参与辅助教学活动等；期末考试成绩占该门课程最终成绩的70%，主要考核学生对单元操作的基本概念和原理以及一些常规操作的理解和掌握情况，包括化工原理基本计算公式的物理意义、使用方法和适用范围以及化工单元操作过程的基本概念和计算，以及运用化工原理基础理论知识、原理和方法进行初步设计和计算的能力。课程结束后，任课教师会结合学生的最终成绩及教学过程中学生对教学内容的掌握程度进行归纳总结，进而提出课程下一年的教学改进措施。
三、多媒体教学与“雨课堂”技术相结合，辅助课堂教学
多媒体教学在我国高等学校教学实践中占有主导地位。但其实有的课程如果仅仅使用多媒体的话，无法达到理想的教学效果。结合我校“化工原理”课程的授课情况，发现：纯粹的以老师、多媒体为主的教学方法，已不能适应如今学生学习专业基础知识和提高工程思维能力的需要。多媒体教学方法在一定程度上忽视了学生作为学习主体的存在，阻碍了学生创新与创造能力的培养。而“雨课堂”的出现，为改善课堂气氛及学习效果提供了思路。将多媒体教学与“雨课堂”技术相结合，能够全面提升课堂教学体验，增加师生之间的互动，使得教学活动更为便捷，从而推动化工原理课程的教学改革。在化工原理的授课过程中，教师可以利用“雨课堂”通过课前发送预习题目、课堂发送知识点习题、课程结束发送一些重难点的讨论分析题，以便实时了解学生的知识点掌握情况，及时调整自己的上课内容及进度安排；同时，“雨课堂”的使用，能够加深学生对重要知识点的理解，培养了学生的自我学习能力，大大提高了学生的学习积极性，使学生更积极地投入化工原理课程的学习。
四、化工原理教学实验设备的推荐：

MYR-320 化工传热综合实验装置

技术指标	说明
装置特点	1、化工传热综合实验装置,化工传热综合实验设备,化工传热综合实验台整个装置美观大方，结构设计合理，整体感强，具备强烈的工程化气息，能够充分体现现代化实验室的概念。 2、整体为自行式框架结构，并安装有禁锢脚，便于系统的拆卸检修和搬运。 3、本给热系数测定实验装置以空气和水蒸汽为介质，采用水蒸汽-空气换热体系，数据测量准确，实验效果理想，自动化程度高。 4、整套实验装置可根据用户要求，选择采用光滑管与强化换热管，进行两种换热形式的效果对照。 5、化工传热综合实验装置,化工传热综合实验设备,化工传热综合实验台采用工业化自动蒸汽发生器提供蒸汽源，操作简洁、方便，更为安全。 6、蒸汽发生器设计有安全水封，消除安全阀失灵带来的安全隐患。 7、整套设备除去特殊材料外均采用工业用304全不锈钢材料制作，整体进行精细抛光处理，体现整个装置的工艺完美性。 8、装置设计可360度观察，实现全方位教学与实验。
装置功能	1、化工传热综合实验装置,化工传热综合实验设备,化工传热综合实验台通过对空气-水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。 2、通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 3、求取简单套管换热器、强化套管换热器的对流传热系数α_i总传热系数Ko。 4、了解热电偶、热电阻温度计的使用。
设计参数	1、套管换热器：内管ф22×1.5mm，外管ф52×1.5mm，换热段长度：1.0m。 2、蒸汽发生器：不锈钢制作，加热功率：2KW，操作电压220V。 3、气泵：离心式中压吹风机，功率：250W，转速：2800/min，风压：1300Pa，风量：8m/min。 4、压力测量：测量范围：0-0.25MPa，精度0.5级；温度测量：测量范围：-50-150℃，精度0.5级。 5、热球风速仪：测量风速：0.05-10m/s；转子流量计：测量范围：4-40m³/h。 6、实验管道、阀门为不锈钢和铜结构。 7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单 , 操作方便。 8、化工传热综合实验装置,化工传热综合实验设备,化工传热综合实验台外形尺寸：1500×550×1700mm。
公用设施	水：装置自带304不锈钢自动蒸汽发生器，连接自来水，实验时水蒸气进入换热器。电：电压AC220V，功率4.0KW，标准单相三线制。每个实验室需配置1~2个接地点（安全地及信号地）。气：空气来自风机（自带气源）。实验物料：水蒸汽---空气，外配设备：无。
主要设备	普通传热管：内管内径d=18mm，内管外径De=20mm（紫铜管)。外管内径d=52mm,外管外径De=57mm（304不锈钢管），管长1200mm。强化传热管：内管内径d=18mm，内管外径De=20mm（紫铜管，内附螺旋线圈)。外管内径d=52mm，外管外径De=57mm（304不锈钢管）管长1200mm。加热釜：304不锈钢，加热功率3.0KW。配带安全阀。孔板流量计，孔板喉径：Φ25mm，风压传感器0～10KPa。宇电AI704M多路数字温度显示仪。宇电AI702M多路数字温度显示仪。宇电AI501压差数字显示仪。宇电AI518温度控制仪（带手动功能）。 K型热电偶温度传感器7支。鼓风机：旋涡气泵,功率 550W，最大流量70m³／h。电器：接触器、开关、漏电保护空气开关。 304不锈钢管路、管件及阀门。 304不锈钢仪表柜：测控、电器设备在实验架上。 304不锈钢材质框架1500×550×1700mm(长×宽×高)，带脚轮及禁锢脚。
测控组成	变量	检测机构	显示机构	执行机构
	风量	孔板流量计	压差显示仪	手动调节
	蒸汽温度	PT100铂电阻	温度控制显示仪	固态调压模块
	温度	K型热电偶	数字温度仪	无

五、结束语
综上所述，科学的化工原理教师团队，合理的课程评价体系，适宜的教学方法，能够激发学生的学习热情和学习主动性，强化对化工原理理论知识的理解，提高学生的创新能力和工程思维意识，进而增强学生化工实验大赛的竞争力。

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MYR-320 化工传热综合实验装置

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