《化工原理》課程教學中學生工程意識的培養(yǎng)

《化工原理》是化工及其相關專業(yè)學生一門重要的專業(yè)基礎課，具有從基礎課到專業(yè)課過渡的橋梁作用。《化工原理》課程探討化工生產過程中的動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞的基本規(guī)律，研究基本規(guī)律所控制的主要單元操作的計算和優(yōu)化以及典型設備的選型和設計，目的是培養(yǎng)學生分析和解決化工生產中實際問題的能力。地方高校由于地理位置和經(jīng)費的原因，化工及相關專業(yè)學生進入化工廠參觀和見習的機會比較少，工程意識相對比較薄弱。因此，在地方高校化工原理課程的教學過程中，應當加強培養(yǎng)學生的工程意識，使學生提早建立工程思維的觀念，能夠用工程觀念分析和解決化工生產中的實際問題。
一、在理論教學中培養(yǎng)工程意識
在講解每一個化工單元操作時，一定要明確地告訴學生學習這個化工單元操作的目的，也就是要告訴學生學習這個單元操作能夠解決化工生產中什么樣的實際工程問題。學習流體的流動和輸送這一單元操作時，一定要明確地告訴學生學習這一單元操作主要是為了確定化工生產中輸送一定量的流體所需要的能量和設備，流體流動的管道管徑以及流量的控制。學習吸收這一單元操作是為了解決化工生產中氣體混合物的分離問題。學習精餾這一單元操作是為了解決化工生產中解決均相液體混合物的分離問題。
《化工原理》理論課程的教學應當對課程內容和教學方法進行必要的設計，注重培養(yǎng)學生選擇單元操作和設備的能力、調節(jié)和控制生產過程的能力以及技術經(jīng)濟的意識。例如將一定量的液體從某一位置輸送到另一位置可以采用液體輸送設備（如各種泵），也可以采用壓力或者真空輸送的方法，究竟采用哪一種輸送方法，要綜合考慮該液體的性質、這幾種輸送方法對設備要求的復雜程度、液體輸送過程操作和調節(jié)的難易程度以及技術經(jīng)濟問題。均相液體混合物的分離可以采用精餾的方法，也可以采用萃取或者冷凍結晶的方法，實際采用哪一種分離方法，取決于該均相體系對這幾種單元操作和設備要求的復雜程度、生產過程操作和調節(jié)的難易程度以及技術經(jīng)濟問題。氣體混合物的分離可以采用吸收的方法，也可以采用吸附或者冷凍精餾的方法，最終采用哪一種分離方法，取決于該體系對這幾種單元操作和設備選型復雜程度、生產過程操作和調節(jié)的難易程度以及技術經(jīng)濟問題的要求。
二、在實驗教學中培養(yǎng)工程意識
《化工原理》是一門通過長期實驗的總結和工程實踐驗證了的實驗學科。在化工原理實驗教學過程中，通常學生僅僅滿足于學習和掌握某一單元操作的理論、設備的操作方法以及對實驗結果進行簡單的判定，而沒有對實驗方案進行設計以及對操作過程進行優(yōu)化的觀念，更不可能考慮到實驗是否可行、是否經(jīng)濟及環(huán)境保護等工程問題。因此，教師在進行實驗講解時，應當有目的性地引入相關的工程觀念。在進行每次實驗時，教師應盡可能地根據(jù)實驗所用的主要設備，結合工程實例提出相關的工程概念。例如在進行用填料精餾塔分離乙醇和正丁醇混合物的實驗時，教師對學生可以提出以下問題：該混合物的分離為什么要采用精餾分離這一單元操作？萃取和膜分離等單元操作是否可以？為什么要采用填料精餾塔? 板式塔行不行？然后對這些問題進行講解。在精餾實驗講解過程中，應結合多媒體動畫，講解精餾過程中怎樣通過回流比的調節(jié)來控制分離程度，什么是漏液和液泛，它們有什么危害，如果出現(xiàn)這些非正常現(xiàn)象如何進行調整等工程實踐問題。離心泵若操作和安裝不當，在運行過程中會發(fā)生“氣縛”和“汽蝕”現(xiàn)象，理論課學習時學生已對此兩種現(xiàn)象有了大致的了解，但這兩種現(xiàn)象在具體的實踐過程中的本質和危害，學生往往認識不深刻。因此在離心泵性能曲線測定實驗講解中，教師應提供離心泵的模型、已經(jīng)汽蝕的離心泵腐蝕葉片，然后結合多媒體動畫講解“氣縛”和“汽蝕”現(xiàn)象，這時學生就能在頭腦中形成初步的工程觀念。因此，在實驗教學中，教師的實驗講解可以使學生掌握相關單元操作的原理、設備和操作，更能使學生深刻認識到掌握工程科學的研究方法和工程經(jīng)驗的意義。
三、在課程設計中培養(yǎng)工程意識
課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學的理論知識和技能分析和解決實際問題的重要環(huán)節(jié)，所以在課程設計中更應該重視學生的工程意識，尤其是要有過程速率的觀念和優(yōu)化的觀念。化工生產過程速率決定設備的生產能力和生產的經(jīng)濟效益，因此，實際的化工生產過程都要求有較高的過程速率。
而過程速率與過程推動力成正比，與過程阻力成反比，所以在進行過程設計時要告訴學生，如果想要提高過程進行的速率必須考慮加大過程的推動力，減小過程進行的阻力。優(yōu)化的觀念包括設計優(yōu)化和操作過程優(yōu)化。設計優(yōu)化是指在進行單元操作設計或者設備設計時要考慮在經(jīng)濟上最合理，操作過程優(yōu)化是指對給定的設備怎樣調整操作參數(shù)使其性能達到最佳化。為了化工生產過程運行時取得最佳的經(jīng)濟效益，應當告訴學生在進行單元操作設計或者設備設計時，必須要有優(yōu)化的觀念。
由于學生缺乏單元操作及其設備的感性知識，所以在化工原理課程設計中，在進行單元操作設計時，學生只能按照指導書和資料進行模擬設計，很少或者不能結合工程實際綜合考慮來進行設計。因此，教師在指導學生進行單元操作設計時，最好帶領學生參觀一下化工廠實際的化工單元操作及其設備，增加他們的感性認識。由于化工生產過程的制約因素較多，所以在課程設計中，在選擇具體單元操作時，要綜合考慮實際物料的特性、工廠的具體地理位置和水文條件、環(huán)境保護等多種因素，尤其要考慮到技術經(jīng)濟的因素。又由于化工生產過程的影響因素較多，所以在運用所學過的基本原理和理論進行具體單元操作設計時，還要告訴學生應當考慮到影響該單元操作的各種因素，但還要進行合理的取舍，抓住主要矛盾。