应用化学和化学工程篇1

金属间化合物是指以金属元素或类金属元素为主组成的二元或多元系合金中出现的中间相。金属间化合物主要指金属与金属间，金属与类金属之间按一定剂量比所形成的化合物，金属间化合物有的已是或将是重要的新型功能材料和结构材料。金属间化合物的历史由来已久，金属间化合物的研究已经成为材料科学研究的热点之一。人们发现许多金属间化合物的强度并不是随温度的升高而单调地下降，相反是先升高后降低。因为这一特性，掀起了新一轮金属间化合物的研究热潮，使金属间化合物具备了成为新型高温结构材料的基础。现在已研究出许多方法和措施，用来改善和提高金属间化合物的塑性，为将金属间化合物材料开发成为有实用价值的结构材料打下基础。金属间化合物是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。金属间化合物强度高，抗氧化性能好和抗硫化腐蚀性能优良，优于不锈钢和钴基，镍基合金等传统的高温合金，而且具有较高的韧性，因此金属间化合物被公认为是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。金属间化合物材料作为近20年内才发展起来的新材料，相对于传统金属材料具有特殊的优点和规律，广泛用于制备金属间化合物基复合材料。金属间化合物相对于金属材料为脆性材料，相对于其他材料则具有一定的韧性，并且具有相当高的塑性。某些金属间化合物还具有反常的强度-温度关系，在一定的温度范围内，强度随着温度的升高而升高，这对高温结构材料的开发和应用给予很大的希望。此外许多金属间化合物材料具有良好的抗氧化性能，耐腐蚀性能和耐磨损性能，如Ni-Al金属间化合物和Fe-Al金属间化合物材料。因此采用金属间化合物和其他材料相复合制备复合材料可以提高金属间化合物材料的力学性能。

金属间化合物具有一系列的优异性能是最具有吸引力的新一代高温结构材料和表面涂层材料。金属间化合物的种类非常多，近年来国内外主要研究集中于Ni-Al金属间化合物，Ti-Al金属间化合物，Fe-Al金属间化合物等含Al金属间化合物的研究。目前金属间化合物材料已经研究和开发的较为广泛。许多金属间化合物材料已经用于铸造，锻压和高温熔炼等。金属间化合物材料具有高温强度好，高温抗蠕变性能强，抗腐蚀性能好，抗氧化性能好等优点，且在一定的温度范围内金属间化合物的屈服强度随着温度的升高而升高。但是金属间化合物材料作为使用的结构材料，还存在硬度低，断裂韧性差以及高温强度低等缺点。将金属间化合物与其他材料进行复合制备金属间化合物基复合材料，以制备出兼具有二者优点的复合材料是当前的重要研究和发展方向。金属间化合物材料具有较高的加工硬化率和较特殊的高温性能，因而被认为是下一代高温结构材料和高温耐磨损材料之一，特别是在改善金属间化合物材料的塑性后，更是受到了广泛的重视和研究。为了进一步提高金属间化合物材料的综合性能，很多研究工作者在金属间化合物材料中加入强化相制备金属间化合物复合材料，即形成金属间化合物基复合材料。可以向金属间化合物中加入碳化物硬质相制备耐磨损的金属间化合物基复合材料。金属间化合物材料具有许多优秀的性能而被广泛的应用到工程领域中。

二、金属间化合物在材料科学与工程专业教学实践中的研究和应用

金属间化合物材料由于具有许多优异的性能而被广泛的应用在工程领域中，所以应该在材料科学与工程专业的课堂教学和实践教学中增加一些金属间化合物的知识和内容。金属间化合物材料主要包括Al系金属间化合物材料，主要有Fe-Al金属间化合物，Ni-Al金属间化合物，Ti-Al金属间化合物等，还有其他的如Cu-Al合金，Cu-Zn合金以及Ni-Ti合金体系等金属间化合物材料。由于一般常用的金属间化合物是由两种金属元素形成的化合物并具有典型的二元相图，所以可以通过认识和了解金属间化合物学习和掌握二元相图的知识内容。此外金属间化合物材料的制备工艺方法也有很多，主要有金属熔炼法，高温自蔓延反应合成法，机械合金化法，反应烧结法，粉末冶金工艺等多种方法。其中反应熔炼法是将不同种金属元素放到熔炼炉中进行熔化形成金属合金熔体使其均匀混合并冷却形成金属间化合物材料。高温自蔓延反应合成方法是通过反应放出大量的热量维持反应继续进行最终形成所需要的金属合金材料。机械合金化工艺过程是利用高能球磨机把两种纯金属粉末放入球磨罐中并加入适量的添加剂进行球磨，粉末的制备由机械合金化过程完成，块体的制备则由烧结过程实现，机械合金化工艺是一种固态反应的过程。机械合金化技术是近年来发展起来的一种材料制备方法，机械合金化工艺通过对粉末反复的破碎，焊合来达到合金化的目的，由于合金化过程中引入大量的应变，缺陷以及纳米级的微结构，机械合金化制备的材料具有一些与传统方法制备材料不同的特性。通过机械合金化工艺就可以制备出金属间化合物粉末。粉末冶金技术是制备金属间化合物材料比较常用的一种方法。以单质或合金粉末为原料，一般是先用塑性加工的方法把粉末制备成所需要的复合材料制件，然后在烧结同时实现了制件的成型。反应烧结法是将不同种金属元素粉末通过热压烧结工艺或者常压烧结工艺形成金属间化合物块体材料。金属间化合物材料的制备通常采用粉末冶金工艺进行制备。

由于金属间化合物材料原料成本较低，制备工艺不复杂，所以对于金属间化合物材料的制备和性能的研究工作可以引入到材料科学与工程专业的实验教学工作中。可以在实验教学的课程中增加金属间化合物材料的制备和性能的研究内容，例如通过反应熔炼法，机械合金化方法和粉末冶金法等制备金属间化合物材料，并对金属间化合物材料的结构和性能进行研究。通过以上实验教学过程可以锻炼学生的实践能力和分析能力，还可以加深学生对材料科学与工程专业知识内容的认识和了解。在上述实验方法中，其中机械合金化工艺是比较实用并且能够在实验室里进行的。机械合金化工艺是将两种不同的金属粉末混合并经过高能球磨过程制成金属间化合物粉末，并通过烧结过程制备金属间化合物块材。机械合金化工艺可以在实验室里进行，可以安排学生通过机械合金化工艺制备金属间化合物材料。此外在本科学生的专业课程设计和毕业设计期间也可以安排学生进行金属间化合物材料的制备和性能的研究工作。通过对金属间化合物材料的制备和性能的研究工作，使得学生充分的认识和了解金属间化合物材料的性能特点，并加深学生对所学习的材料科学与工程专业课程知识内容的认识和了解，使得学生对材料科学与工程专业的课程内容有一定的掌握和熟悉，并通过实验教学过程提高了学生的实践能力和分析问题解决问题的能力，扩展了学生的知识面。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的实践教学过程中增加一些关于金属间化合物材料的实验课程，并以金属间化合物材料的制备和性能的研究内容作为实验教学课程，这将有助于提高学生的实践能力并扩展了学生的知识面，这为本科学生以后学习材料科学与工程专业的知识内容打下坚实的实验基础。

应用化学和化学工程篇2

《化学反应工程》课程是化工类及相关专业的核心课程之一，属于本专业重要的专业基础课和必修课，在化工类学生的培养过程中起着举足轻重的作用。化学反应工程是一门研究与化学反应工程相关问题的一门科学技术，是从上世纪30年代初萌生到50年代末形成的一门由过程控制、传递工程、物理化学、化工热力学、化工工艺学、催化剂等相关学科互相交叉互相渗透而演变成的一门边缘学科［1］。通过近几年的教学经验和调查研究发现，学生普遍认为化学反应工程是大学课程中最难学的基础课程之一，学习过程中发现理论计算公式复杂，反应器种类繁多，课程学习结束后感到一头雾水，抓不住重点。因此，面对这样一门课程，如何进行教学，让学生理解起来更加形象生动，从更本上改变化学反应工程的教学现状是我们目前的重要任务。本文结合不同种类高等学校选用教材的特点和差异，并根据我校化工专业的特色，提出了《化学反应工程》课程教学的侧重点，从多方面对本课程的教学提出了改革实施方案。

1《化学反应工程》教学在化工专业中的作用

化学反应工程的主要任务是研究化工生产过程中反应器内的反应规律和传递现象，使化学反应实现工业化生产的一门技术科学，是提高化工生产技术所必需的科学技术理论。化学反应工程在化学化工领域中起着举足轻重的作用，目前各种化学品的生产和应用无不借助于化学反应工程相关的理论知识。在20世纪40年代，一个化学反应过程的技术开发到真正的工业生产大概需要十年以上的时间，而现在只需要三到五年。此外，随着计算机技术的快速发展，中试试验的规模不断缩小，试验的次数也不断减少，大大加快了化工厂建设的步伐，降低了投资建设的成本［2］。因此，作为一门理论教学课程，将化学反应工程这门课程作为化工专业方向的重点课程进行建设，对于高等学校教学改革的促进、本科教学质量的提高、优秀化工专业人才的培养具有十分重要的意义。济南大学作为一所省部共建的大学，化学工程与工艺专业一直是本学校的特色学科，学校对化工类学生的培养目标一直是培养应用型高技术的人才，每年为我国的精细化工和石油化工行业输送大约240名高水平人才，对精细化工和石油化工行业的发展起到重要的作用。为此在化学反应工程教学过程中，我们紧密结合我校的特点和化工实际生产的需要，着重提升学生的反应工程知识储备，培养学生分析解决实际工程问题的能力，并在教学过程中不断地进行教学改革和实践，把课程、教材的理论研究和教学方法相结合，不断提升《化学反应工程》的教学效果。

2不同类型高校选用教材的特点和差异

直到20世纪70年代，化学反应工程的相关研究成果才开始被大量地介绍到国内，其中华东理工大学的陈敏恒教授，天津大学的李绍芬教授，浙江大学的陈甘棠教授，四川大学的王建华教授等是国内最早从事反应工程教学的学者。到了80年代以后，国内从事化学反应工程学科教学研究的队伍迅速壮大，并且化学反应工程的研究逐渐渗透到各种化工领域，与世界研究水平之间的差距也不断缩小，不同版本的教科书和各种各样的专著也相继出版。反应工程已经成为我国化工类专业学生的一门非常重要的专业课程。目前国内已有120所大学和科研单位培养化工类相关专业的人才，例如清华大学、天津大学、华东理工大学、北京化工大学、中国石油大学、南京工业大学、浙江大学、大连理工大学、四川大学、华南理工大学和济南大学等。目前化学反应工程学科正在蓬勃发展，由于国内高校地区和专业特色的不同，不同高校在化学反应工程教材选择上也存在差异，各有各的特点。作者就不同高校所使用的《化学反应工程》教材进行了汇总和分析。首先介绍一下陈甘棠教授主编的《化学反应工程》(第三版)，这本教材是国内许多化工类高校选用的主要教材之一，随着我国在化学反应工程这一重要学科的教育方面日渐普及，该部教材自1981年第一版问世以来，已经出版到了第三版，受到广大化工类专业师生的好评［3］。该部教材的特点是着重基础，本书共分为十章，分别介绍了均相反应过程，包括均相反应动力学基础、均相反应器、非理想流动:非均相反应过程，包括气—固相催化反应过程、非催化两流体相反应过程、固定床反应器、流化床反应器;聚合反应过程，包括聚合过程的化学与动力学基础;生化反应过程，包括生化动力学基础、生化反应器。该部教材注重反应工程研究方法的介绍，在不同的章节内容中论述了反应工程学的发展方向，有助于读者进一步深入研究。朱炳辰老师主编的《化学反应工程》也受到国内很多工科类高校化工专业老师和学生的青睐。本部教材的第一版是由化学工业出版社于1993年出版，截至目前本部教材已经出版到第四版，其中第三版累计发行量高达32000册。《化学反应工程》第四版主要吸收了一些关于现代化学反应工程发展方向方面的知识，本部教材的主线是围绕化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的共性归纳综合的宏观反应过程，以及如何解决反应装置的工程分析和设计。该书对近年来出现的化学反应新概念、新理论和新方法做了大量阐述。另外，对于国内一些偏工科的化工类高等院校，选用的教材大多数以郭锴老师主编的《化学反应工程》为主，本部教材的主要内容包括:均相单一反应动力学和理想反应器、复合反应和反应器选型、非理想流动反应器、气固相催化反应本征动力学、气固相催化反应宏观动力学、气固相催化反应固定床反应器、气固相催化反应流化床反应器、气液相反应过程与反应器、反应器的热稳定性和参数灵敏性。本部教材的特点是主要突出了该门课程的重点和难点，删除了一些与教学大纲联系不是十分密切相关的内容，并着重讲解解决化学工程问题的基本方法。除此之外，罗康碧老师主编的《化学反应工程》教材结合了理科和工科的综合优势，吸收了国内外相关教材的许多内容和好的经验，增添了一些反应工程研究方面的最新成果。另外，本部教材在贯彻“少而精”的原则上更注意删繁就简，将重点放在化工专业领域内共性的基本问题上，并且同时体现了其教学性。本部教材先重点阐述基本概念和基本原理，然后结合实际生产，详细论述各种常用反应器的设计方法，并列出详细的例题和课后习题，用于帮助学生利用所学到的反应工程原理去分析和解决实际应用问题。近年来，梁斌等老师主编的《化学反应工程》第二版也受到国内许多化工类高校老师和学生的欢迎。在本部教材中，主要内容是以《化学反应工程》、《反应器理论分析》及国内外相关优秀教材为基础，致力于培养学生的分析问题能力和提高学生的工程实际知识储备，减少了教材内容在模型分析上的过程描述，加强学生在建立模型方面的训练。另外，本部教材还增加了工业应用背景的实例分析和课后习题，在分析解答这些习题的过程中让学生充分掌握反应工程的基本原理和相关知识，使教学内容尽量与科学研究和工程实践同步。

3我校化工专业的特点和教学侧重点

济南大学的化学工程与工艺专业属于理论性和应用性兼顾的一门特色化工学科，本专业始建于1992年，前身为山东建材学院精细化工专业，1993年招生，是济南大学重点学科的重要组成部分，2007年被学校授予校级特色专业，2012年成为山东省品牌(特色)专业，现为山东省氟化学化工材料重点实验室依托专业之一。其中化学反应工程这门课是本专业重要的专业基础课和必修课，另外，化学反应工程课程的理论教学是本专业本科教学的重要组成部分，起着理论指导和基础知识培养的作用。另外，从学校每年安排的工程实习学时就可以看出，学校对学生的动手能力和实践能力提出了更高的要求。例如学校每年组织化学工程与工艺专业大三学生去山东金城医药化工有限公司进行生产实习，主要参观和学习2－甲氧羰基甲氧亚胺基－4－氯－3－氧代丁酸生产车间的反应器设计和工艺装置流程图。通过调研每年的学生生产实习效果发现:学生在学习完实际工业生产装置后，对课本上的基本概念和原理理解的更加透彻。根据我校化工专业的特点，在《化学反应工程》的课程教学上，我们选择的教材是郭锴老师主编的《化学反应工程》第二版。在课堂教学过程中我们的教学目标为:通过对反应工程理论的学习，能够运用化学反应工程的理论方法建立数学模型，优化设计反应器、或者改善化学反应场所、改进现有的化工生产工艺;进一步提高学生的理论联系实际的能力，培养学生判断和解决问题的能力，使学生学会研究的方法，为进入研究生学习打下良好的基础;掌握由化学动力学特性建立动力学方程、建立数学模型、优化和设计反应器及改进化工工艺的理论;运用化学反应工程的知识，能够进行基本化工反应装置反应器的设计。

4拟采用或已经实施的教学方法

化学反应工程具有跨接多种学科的特点，结合本校化学工程与工艺专业的特色和优势，笔者从以下方面进行了教学方法的改进。(1)结合我校特点济南大学在医药中间体工业化生产、氟化学材料合成、精细化学品制备和环境催化方向具有鲜明的特色和优势，已经发展成为以新产品开发、新工艺设计、新技术应用为特色的精细化工和化工领域高级人才培养、科学研究和新技术开发的重要基地之一，并多次获得国家科技进步奖和发明奖。因此，在本科教学过程中，要结合我校化工专业的特色，着重讲解气固相催化反应和气液相反应过程，并要求学生能够运用化学反应工程的知识进行基本化工反应装置或反应器的设计，进一步提高学生的理论联系实际的能力，培养学生判断和解决问题的能力，为社会培养优秀的化学化工(医药中间体、氟化学材料和精细化学品)相关人才。(2)阐述方法和教学方式的改进目前全国高等学校的教学方式还是以灌输式教学为主，老师主动讲，学生盲目听，导致课堂利用率低，学生学习效率不高。随着计算机技术的不断发展，多媒体技术在高校已经普遍使用，虽然这样可以改善课堂教学方式，丰富课堂教学内容，提高学生的学习兴趣，但是多媒体技术的使用导致每节课的授课内容大大增加，学生并不能高效率的吸收每节课中所有的知识点，导致在学期末时学生对这门课的了解程度并不高［4］。例如，我在第一次讲授《化学反应工程》这门课程时，由于讲课经验和技巧都很欠缺，所以在整个课堂教学过程中完全按照多媒体上的内容进行阅读，这样生硬的填鸭式的教学模式，导致整个课堂教学效果很差。因此这样的灌输式教学模式会导致学生盲目听从，其自主性和能动性大大缺失，所以在以后的教学过程中，我们要“授之以渔”，而非“授之以鱼”，这需要我们在教学方式上加以引导［5］。笔者认为改变这种填鸭式的教学模式，主要的突破口就是让学生参与到课堂教学过程中，充分调动学生的积极性并培养学生对本门课的学习兴趣。针对这一措施，笔者在教学过程中进行了一些探索和改进，取得了很好的效果。具体探索过程如下:在阐述一些基本概念和原理的时候，可以在课前让学生充分的查阅资料，然后在课堂上让学生进行讲解，在这过程中并进行充分讨论，最后老师做总结，并纠正学生的错误观点。这种“查阅资料－主题讨论－问题反馈”的教学模式，能够让学生参与到课堂教学过程中，让学生做课堂真正的主人，提高学生的主观能动性，改变填鸭式教学的不足。(3)注重理论和实际的结合在高校的课堂教学过程中，教科书是一种不可或缺的教学工具，但也不能作为唯一的使用工具，教科书在本科教学过程中只能作为一种辅助的工具。这样就要求老师在教学过程中要灵活应用教材，既不能完全拘泥于教材，也不能完全脱离教材，在讲清楚基本原理和基本概念的基础上，注重理论和实际相结合。在每一章的讲述过程中，把每一个知识点都与实际工业应用相互关联，并阐明其主要的热量传递、动量传递、质量传递及化学反应在实际过程中是如何应用的，以加深学生对每一个知识点的理解。另外，还要注意结合科研成果，对学科前沿知识进行讲解，让学生了解目前化学反应工程的研究动向，例如在讲解气固相催化反应本征动力学时，可以引入最新发表的经典文献，通过对文献的讲解，加深学生对气固相反应本征动力学的理解，知道如何来研究一个催化剂的本征反应活性。通过这种理论与实际相结合的方法，可以大大提高学生在课堂上的学习效率。在对《化学反应工程》课程教学方法不断改进后，获得了良好的课堂效果，这不仅对教师的教学能力是一种转变和提高，对化工类学生思维和能力的培养也具有重要的意义。

参考文献

［1］金涌，程易，颜彬行.化学反应工程的前世、今生和未来［J］.化工学报，2013，64(1):34－43.

［2］王安杰，周裕之，赵蓓.化学反应工程［M］.北京:化学工业出版社，2005:1.

［3］陈甘棠.化学反应工程［M］.北京:化学工业出版社，2011:1－3.

应用化学和化学工程篇3

化学工程，简称化工，是研究以化学工业为代表的，以及其他过程工业生产过程中有关化学过程与物理过程的一般原理和规律，如石油炼制工业、冶金工业、食品工业、印染工业等，并应用这些规律来解决过程及装置开发、设计、操作等问题，它是以数学及少量的物理观念为基础应用于化学工业上，主要研究大规模改变物料中的化学组成及其机械和物理性质，来替生产化学品或是物料工厂提供一个反应流程设计方式。实验研究、本文由收集整理理论分析和科学计算已经成为当代化工研究中不可或缺的三种主要手段。

化学工程的研究领域最初只是化工单元操作，如：输送现象（为化工学科当中“单元操作”的理论基础）、化工热力学输送现象。随着发展，后来又发展出一些新的分支，化学工程领域的分支庞大，可应用在各类化学相关领域的研究及实务上的操作，因应现代工业发展的需要，以化工的知识背景为基础，例如半导体工业。随计算机的快速发展，数值模拟（cfd）在化工的发展占据重要的地位。

2 化学工程与工艺专业简介

2.1 化学工程与工艺任务。根据化学工程与工艺专业的性质，化学工程与工艺专业的任务是培养学习化学工程学与化学工艺学等方面的基本理论和基本知识，受到化学与化工实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练.具有对现有企业的生产过程进行模拟优化、革新改造，对新过程进行开发设计和对新产品进行研制的基本能力。由于涉及化工的学科和领域很多，化学工程与工艺专业除了让学生学习一般应用化工的基本知识和基本技能外，还应该结合本地区、本行业及本校的实际情况，重点学习化工在某个或某几个领域中的具体应用，以便形成不同高校应用化工专业的特色专业方向。

2.2 化学工程以及化学工业的一些特点。以物理学、化学和数学为基础，并结合工业经济基本法则，研究化工单元操作以及有关的流体力学、传热和传质原理、热力学和化学动力学等在化学工业上的应用，以指导各种过程及其设备的开发、改进和发展属于化学工程学的内容。化学工程是随着化学工业的大规模生产发展而形成的。化学工程包括过程动态学及控制、化工系统工程、传递过程、单元操作、化工热力学、化学反应工程等方面。化学反应是化工生产的核心部分，提供过程分析和设计所需的有关基础数据，研究传递过程的方向和极限，化工热力学是单元操作和反应工程的理论基础，它决定着产品的收率，对生产成本产生重要影响。对单元操作的研究，可用来指导各类产品的生产和化工设备的设计；传递过程是单元操作和反应工程的共同基础，化学工业在新的形势下要求处于化学核心地位的催化技术和化学工程都必须用跨学科的战略进行多学科的研究。动量传递、热量传递和质量传递，这三种传递，实质上就是各种单元操作设备和反应装置中进行的物理过程。

合成化学是化学学科的核心，化学家不仅发现和合成了众多天然存在的化合物，同时也创造了大量非天然的化合物，使人类社会所有的化合物达到2230万个（美国化学文摘1999年12月10日收录的化合物数），并且以几个月就有100万个的速度发展，大量新化合物的产生是化学工业产品开发的基础。信息技术及工程技术的进步为设备和工艺创新创造了条件，推动了化工行业的技术进步。 化学工业的生产技术和许多深度加工的产品更新换代快，要求化学工业必须不断发展和采用先进科学技术，从而提高生产效率和经济效益。不断寻求技术上最先进和经济上最合理的方法、原理、流程和设备是化学工业工艺创新追求的目标。化工新技术开发程序是一套科学的程序，它是以市场为导向、以创新为宗旨，以工业化和商业化为目的的创新过程。世界上经济发达国家化学工业的研究开发费用、科研人员以及专利和文献的数量都居各工业部门的前列。

3 化学工程与工艺实验数据处理分析

传统的化工实验的数据处理是相当复杂的，需要花费大量的人力物力，由于化工实验需要平行实验，数据处理过程的重复性也非常大。借助matlab软件的应用，可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来。

化学工程与工艺专业实验是初步了解、学习和掌握化学工程与工艺科学实验研究方法的一个重要的实践性环节。化工实验的特点流程较长，规模较大，数据处理也较为复杂。因此依靠计算机处理数据会使繁琐的数据处理过程变得简单快捷，大大提高工作效率。数据处理是每一个化学工程实验必不可少的步骤，也是至关重要的一个步骤。通过实验可以建立过程模型、分析工艺技术的可行条件。但是化工实验数据的处理往往并不是那么简单，它需要通过复杂的数学计算，若仅仅依靠手工计算则需要花费大量的时间，而且化工实验数据的处理量很大、重现性很高，因此应用计算机来处理实验数据可以大大提高工作效率。化学工程与工艺专业是一个以实验为基础的专业学科。实验的目的是通过有限的实验点去寻找某一对象或某一过程中各参数之间的定量关系，从而揭示某化工过程所遵循的客观规律。

应用化学和化学工程篇4

1.1核心课程体系构建的原则

钦州学院开设化学工程与工艺专业有良好的机遇,同时也有多方面的挑战。要办好钦州学院化学工程与工艺专业,贯彻学院打造五大品牌专业的精神,需要从紧密联系北部湾区域经济建设方面着眼,努力办出具有石化特色的化学工程与工艺专业,重点建立一套紧密结合石化下游产业链、注重过程开发和工程实践能力培养的核心课程体系。在核心课程设置方面,确立夯实专业基础、强化工程意识、注重实验技能、拓宽专业口径,注重石化特色的原则。 所谓化工过程,主要包含分离过程和反应过程两种过程。与这两种过程紧密相关的一系列化工类课程共同构成了化工类课程的核心。按照“门数适宜,重点突出,相互支撑,形成一体”的要求,选择化工热力学、分离工程、传递原理、反应工程和化工工艺学等五门理论课以及与这五门理论课相关的化工专业实验课作为核心课程,建设具有石化特色化学工程与工艺专业的核心课程体系,全力打造化学工程与工艺这一品牌专业。在这五门理论课程中,分离工程和反应工程分别研究各类分离过程和反应过程,它们构成了化工过程课程最核心的部分。化工热力学是化工过程研究、开发和设计的理论基础,是化学工程的重要分支之一,与化学反应工程、分离工程关系密切。化工热力学的核心价值在于研究过程进行的方向和限度,为分离过程和反应过程提供相平衡、反应平衡数据,并对化工过程进行热力学分析[1]。反应工程是与工程实际紧密联系的课程之一,它广泛地将化工热力学、化学动力学、流体力学、传热、传质以及生产工艺、环境保护、经济学等反面的理论知识和经验综合于工业反应器的结构和操作参数的设计和优化中[2]。

分离工程是化工专业基础课程,讲述的是如何将混合物进行分离与提纯的学科。作为专门研究分离方法的分离工程课程对学生工程素养的培养有很重要的作用。该课程阐明了化工分离过程的本质规律,重点研究分离方法的工业化途径,设备设计放大效应,最优分离路线的工业化,及最优操作条件。在选择具体分离方法时,不仅要考虑技术上的可行性、经济上的合理性,而且要考虑能耗、环保、设备放大和开发成本等诸多问题[3]。传递原理旨在研究化工动量、热量及质量(俗称三传)的传递现象,用一种统一的观点来处理三种传递现象,并研究动量、热量和质量传递之间的类似性,是研究分离机理、分离效率和宏观反应动力学的基础理论,同时也是反应器放大研究的基础理论之一。与化工热力学不同,传递原理是一门探讨传递速率的课程,它对过程开发、过程设计、生产操作、优化控制及过程机理研究都有重要的使用意义[4]。化工工艺学重在工艺过程的分析,即在特定条件下,进行分离过程、反应过程的比较选择、整合优化。化工工艺学是大学基础化学、化工热力学、化工动力学、反应工程、分离工程等专业基础可和专业课的综合运用。化工热力学和传递原理旨在加强专业基础,化工专业实验、反应工程和分离工程重在强化工程意识,化工工艺学拓展了专业适应面,可以突出石化特色。

2核心课程体系的优化

为了保障以上核心课程体系的顺利实施,建议结合钦州学院化学工程与工艺现有的教学计划,从下面几个方面作出适当的调整。

2.1加强数理基础教学力度,适度拓展

新世纪的工程人才必须有熟练应用数学、科学与工程等知识的能力,有进行设计、实验分析与数据处理的能力。在两年的教学实践中,学生普遍反映数理基础不够扎实,一些数学问题不知所云,比如热力学计算中要应用迭代法求解状态方程、精馏过程计算、反映工程中的偏微分方程求解等等,问题大都源于数学基础较薄弱。因此建议加开线性代数、运筹学、概率论与数理统计、数值计算、C程序语言、数学物理方法,流体力学等数理和计算机基础课程。多所兄弟院校也早就开设了这些基础课程。线性代数和运筹学的开设可以解决反应器设计过程的优化问题;概率论与数理统计是实验数据处理和理解反应工程中一些基本概念的基础;数值计算和C程序语言两门课程是工科学生重要的基础课程,加开这两门课程也是落实我校化学工程与工艺专业培养计划中对学生计算机水平的要求,对学生的就业能力的提高有好处;数学物理方法和流体力学是传递工程等课程的基础,加开这两门课程可以大大的提高学生工程数学能力,为就业和进一步深造打下更坚实的数理基础。考虑到Matlab在科学和工程计算领域的突出作用,建议开设Matlab在化工中的应用的相关课程[5]。化工热力学和化工原理是反应工程的基础,故将化工热力学和从第四、五学期调整至第三、四学期;化工原理和反应工程两门课程共同构成了化学工程最核心的部分课程,将化工原理从第四、五学期调整至第二、三学期,反应工程从第三学期调整至第五学期,也是考虑到化工原理是反应工程的基础。同时,将计算机模拟与仿真删去,将其中的知识分散到加开的MATLAB在化工中的应用和数值计算这两门课程中。从上表2中还可以看出,加开的课程中,突出了数理课程的基础,同时,适度的拓展经济和计算机相关的课程,也增加化工制图和电工学等实践性较强的课程,这对培养学生的工程实践能力是必不可少的。

2.2整合化工专业实验

应用化学和化学工程篇5

1.化学工程与工艺专业的性质及培养模式

化学工程与工艺专业属于工科专业,授予工学学士学位。由于化学工业的相关领域极为广泛,化学工程与工艺专业涉及的专业方向也就非常多样化,各高校的化学工程与工艺专业特点亦不尽相同。我校近年来根据社会经济、工业发展的需求趋势,兄弟院校化学工程与工艺专业方向的设置,以及我校原有的相近专业优势,设置了能够体现我校特色的化学工程与工艺专业方向,逐步建立了适合我校化学工程与工艺专业的教育培养模式。2008年,我校化学工程与工艺专业已有7届本科毕业生,其学生就业形势良好,社会反馈积极.在制定教学计划的工作中加强教学内容和课程体系的改革,加强实践教学环节,目的在于进一步提高教学质量,培养适应能力更强的化学工程与工艺人才。

2.化学工程与工艺专业的任务

根据化学工程与工艺专业的性质,化学工程与工艺专业的任务是培养学习化学工程学与化学工艺学等方面的基本理论和基本知识,受到化学与化工实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练.具有对现有企业的生产过程进行模拟优化、革新改造,对新过程进行开发设计和对新产品进行研制的基本能力。由于涉及化工的学科和领域很多,化学工程与工艺专业除了让学生学习一般应用化工的基本知识和基本技能外,还应该结合本地区、本行业及本校的实际情况,重点学习化工在某个或某几个领域中的具体应用,以便形成不同高校应用化工专业的特色专业方向.

3.化学工程与工艺专业的业务培养目标

本专业培养具备化学工程与化学工艺方面的知识,能在化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作的工程技术人才。

4.化学工程与工艺专业的课程设置

为了使不同高校既有统一的规范,又有不同的专业特色,根据应化学工程与工艺专业的任务和业务培养目标,化学工程与工艺专业的毕业生应该具有较扎实的化工理论基础,较宽的化工应用知识以及一定的工程技术基础,从而该专业的课程设置(公共课、基础课除外)应由基础化学课、工程基础课和专业方向课3部分组成。基础化学课包括:无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等。工程基础课主要包括:化工仪表与自动化、化学工程基础、电工电子学等。专业方向课:可根据具体方向选择专业化学课,如电化学工程方向可选理论电化学、化学电源工艺学、电解工程和电镀工程等。精细化工方向可选择化工工艺学、化工分离工程、化学反应工程等。另外实践性环节包括基础实验、综合实验、提高实验、生产实习、毕业实习和毕业论文等。

我校化学工程与工艺专业方向

应用化学和化学工程篇6

化学工程的研究领域最初只是化工单元操作,如:输送现象(为化工学科当中“单元操作”的理论基础)、化工热力学输送现象。随着发展,后来又发展出一些新的分支,化学工程领域的分支庞大,可应用在各类化学相关领域的研究及实务上的操作,因应现代工业发展的需要,以化工的知识背景为基础,例如半导体工业。随计算机的快速发展,数值模拟(cfd)在化工的发展占据重要的地位。

2 化学工程与工艺专业简介

2.1 化学工程与工艺任务。根据化学工程与工艺专业的性质,化学工程与工艺专业的任务是培养学习化学工程学与化学工艺学等方面的基本理论和基本知识,受到化学与化工实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练.具有对现有企业的生产过程进行模拟优化、革新改造,对新过程进行开发设计和对新产品进行研制的基本能力。由于涉及化工的学科和领域很多,化学工程与工艺专业除了让学生学习一般应用化工的基本知识和基本技能外,还应该结合本地区、本行业及本校的实际情况,重点学习化工在某个或某几个领域中的具体应用,以便形成不同高校应用化工专业的特色专业方向。

2.2 化学工程以及化学工业的一些特点。以物理学、化学和数学为基础,并结合工业经济基本法则,研究化工单元操作以及有关的流体力学、传热和传质原理、热力学和化学动力学等在化学工业上的应用,以指导各种过程及其设备的开发、改进和发展属于化学工程学的内容。化学工程是随着化学工业的大规模生产发展而形成的。化学工程包括过程动态学及控制、化工系统工程、传递过程、单元操作、化工热力学、化学反应工程等方面。化学反应是化工生产的核心部分,提供过程分析和设计所需的有关基础数据,研究传递过程的方向和极限,化工热力学是单元操作和反应工程的理论基础,它决定着产品的收率,对生产成本产生重要影响。对单元操作的研究,可用来指导各类产品的生产和化工设备的设计;传递过程是单元操作和反应工程的共同基础,化学工业在新的形势下要求处于化学核心地位的催化技术和化学工程都必须用跨学科的战略进行多学科的研究。动量传递、热量传递和质量传递,这三种传递,实质上就是各种单元操作设备和反应装置中进行的物理过程。

合成化学是化学学科的核心,化学家不仅发现和合成了众多天然存在的化合物,同时也创造了大量非天然的化合物,使人类社会所有的化合物达到2230万个(美国化学文摘1999年12月10日收录的化合物数),并且以几个月就有100万个的速度发展,大量新化合物的产生是化学工业产品开发的基础。信息技术及工程技术的进步为设备和工艺创新创造了条件,推动了化工行业的技术进步。 化学工业的生产技术和许多深度加工的产品更新换代快,要求化学工业必须不断发展和采用先进科学技术,从而提高生产效率和经济效益。不断寻求技术上最先进和经济上最合理的方法、原理、流程和设备是化学工业工艺创新追求的目标。化工新技术开发程序是一套科学的程序,它是以市场为导向、以创新为宗旨,以工业化和商业化为目的的创新过程。世界上经济发达国家化学工业的研究开发费用、科研人员以及专利和文献的数量都居各工业部门的前列。

3 化学工程与工艺实验数据处理分析

传统的化工实验的数据处理是相当复杂的,需要花费大量的人力物力,由于化工实验需要平行实验,数据处理过程的重复性也非常大。借助MATLAB软件的应用,可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来。

化学工程与工艺专业实验是初步了解、学习和掌握化学工程与工艺科学实验研究方法的一个重要的实践性环节。化工实验的特点流程较长,规模较大,数据处理也较为复杂。因此依靠计算机处理数据会使繁琐的数据处理过程变得简单快捷,大大提高工作效率。数据处理是每一个化学工程实验必不可少的步骤,也是至关重要的一个步骤。通过实验可以建立过程模型、分析工艺技术的可行条件。但是化工实验数据的处理往往并不是那么简单,它需要通过复杂的数学计算,若仅仅依靠手工计算则需要花费大量的时间,而且化工实验数据的处理量很大、重现性很高,因此应用计算机来处理实验数据可以大大提高工作效率。化学工程与工艺专业是一个以实验为基础的专业学科。实验的目的是通过有限的实验点去寻找某一对象或某一过程中各参数之间的定量关系,从而揭示某化工过程所遵循的客观规律。

应用化学和化学工程篇7

东南大学化学化工学院肖国民、李浩扬[3]等，利用Fluent、Aspenplus软件应用于讲授和解决“三传”问题。其中利用Fluent软件，对固定床反应器进行动量模拟，结合反应动力学模型和对流传热模型等，研究反应器内一氧化碳与硝酸二乙酯偶联反应，从而获得反应器内速度、温度和各物质浓度的分布情况，模拟结果与实验数据吻合良好。这一过程给学生清晰的展示了：不仅固定床反应器内部的“三传”均和反应的进行程度相辅相成，而且若想准确计算、设计或优化一个单元操作过程，实验情况与计算模拟必须相互反馈，相得益彰。利用Aspenplus软件对二苯基甲烷二异氰酸酯换热器进行设计和工程开发，与传统的换热器设计计算方法相比，结果具有可靠性高、计算用时少、绘图快、和各专业集成效应强等优势。通过对甲醇—水精馏过程模拟，说明该软件可用于质量传递方面的计算。教学实践证明，该方法不仅可以全面反映塔内物料组成、质量分布状况等工艺计算结果，而且还可通过系统内置板式塔或填料塔的各种塔内件参数，得到塔结构详细设计，另外学生还可以通过改变模拟计算条件，综合考察各因素对分离效果的影响，便于教学。

中国石油大学（华东）化学工程学院刘相、王兰娟[16]利用软件：Mathcad、Aspenplus和AutoCAD与传统的课程设计相结合的教学方式，简化繁琐的计算过程，强化学生的工程意识和制图规范，使化工原理课程设计逐步走入规范化轨道。中国石油大学（华东）化学工程学院孙兰义，张月明[17,18]等，选择烯烃分离装置作为研究对象应用于化工原理课程设计教学之中，利用Aspenplus、ProII获得了最佳回流比、理论板数等重要数据，计算机教学的引入为化工原理课程设计教学注入了新的活力。江苏技术师范学院化学与环境工程学院张春勇，郑纯智[19]等利用Aspenplus软件在流体流动和输送机械、传热、精馏、吸收与脱吸中应用，在教学过程中使学生看到的都是工程实例，充分践行了理论联系实际这一教学原则。嘉兴学院生物与化学工程学院韦晓燕，谭军[20]等，山东科技大学化学与环境工程学院张治山、高军[21]等将Aspenplus过程模拟系统有目、有步骤地应用于化工原理系列课程教学，通过单元模型操作型问题、实际案例分析和课程设计三个阶段的训练，使学生加深对化工单元设计的理解，达到培养“知识”+“能力”型人才的目的。另外，北京石油化工学院化学工程系葛明兰，李翠清[22]等和安阳大学化工系李安林，张换平[23]等将ChemCAD软件应用与化工课程设计和简捷精馏模型，青海大学化工学院李晓昆，张宏[24]等将ECSS软件应用在板式精馏塔工艺计算中。华南理工大学化学与化工学院郑秀玉，李琼[25]还将过程模拟系统应用于化工仿真实习教学的改革与实践当中，取得了宝贵的教学经验。实际工程问题的解决方案通常是多方面因素综合，且呈非线性关系作用的结果，解答需要经过多次运算与讨论分析。如操作型计算，尽管与设计型应用的原理是一样的，但是因为思考问题的角度不同，使得此类问题复杂、灵活，综合条件的选择计算不是一次完成，而是需要多次试算，反复迭代，加之公式复杂，计算步骤繁多，计算量很大。模拟软件的应用是解决这类问题行之有效的捷径，既帮助学生加深了对各化工单元的认识与理解，又培养了他们解决实际工程问题的能力。

2在化学反应工程、分离工程教学中的应用

化学反应工程和化工分离工程皆为化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础课程。其主要研究内容的共性为过程开发、工艺设计以及实际生产操作过程中遇到的工程问题。在化工生产过程中，化学反应是生产的核心，而分离过程则是其前的原料净化和其后的产品精制，一般来说分离装置的费用占总投资的70%以上。过程模拟系统中，基本上包含了教学过程中所包含的各式反应器模型，另外系统还集成了用户自定义模块，用户可根据实际需求二次开发反应器模块子程序。而对于化工分离过程的模拟无论是从可模拟介质的种类和塔器的形式上，还是从模拟结果的精度上，都堪称化工模拟技术发展的代表。如：在AspenPlus中用于模拟所有类型的多级汽-液、液-液平衡为例，其计算分为简捷、严格法两种。简捷法计算单元模块库有三类：简捷法精馏设计、简捷法精馏核算和石油简捷蒸馏。

严格法计算单元模块库有六类：严格精馏、复杂塔严格精馏、石油严格蒸馏、基于质量传递速率蒸馏、严格间歇蒸馏和严格液-液萃取，每一类单元模块库中又有多个以进料、加热器（冷凝器）和侧线物流等不同组合形式，如：严格精馏不仅可用于两相(汽-液)计算，还可用于三相(汽-液-液)计算，即可模拟：普通蒸馏、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精馏、平衡和反应比例控制蒸馏等工艺过程，而石油严格蒸馏库中就有近50种形式可选，所以过程模拟系统不仅可以满足化工分离工程课程主要内容的需要，而且对其后继石化、炼化等工艺课程，也有较大的帮助。天津科技大学王彦飞，朱亮等采用教学内容与AspenPlus软件相结合以提高教学质量，讨论环氧丙烷水解绝热连续搅拌釜式反应器模型的多解性，在课堂上非常快速直观的让学生清楚了解多定态现象以及产生的原因，有助于学生对反应过程的理解，并通过软件使用可以回答，“如果改变某些条件，那么对于结果有哪些影响？”这样的问题。南京化工职业技术学院化工系戴斌，徐宏利用化工过程模拟系统ChemCAD二次开发工具，在SO2转化反应器的工艺设计上，通过使用VBA语言编程，实现有复杂反应动力学方程的反应器工艺设计。变换不同的SO2转化工艺条件，计算得到与之对应的反应器体积，从而为装置技改、去瓶颈和优化提供依据。上海应用技术学院吴锡慧，郁平等对化学反应工程教学改革和实践，在实验中引入AspenPlus软件强化计算机应用，提高了学生们的设计和综合分析能力。该软件也正被学生用在大学生化工设计竞赛、毕业设计和科技创新等环节。

天津大学化工学院李士雨，齐向娟给出了应用ChemCAD模拟软件更新分离过程教学内容的初步方案包括：分离过程热力学、自由度分析的原理和方法、单级平衡和多级平衡模拟计算等。得出：无论从国内外化工分离过程教学内容的更新趋势上看，还是从工业界对分离过程教学内容需求的变化上看，在分离过程教学内容中增加计算机模拟分析方法是大势所趋。华东理工大学化工学院李伟，朱家文等采用模拟软件ProII在化工分离习题课上，同时改变热力学方法、闪蒸条件、压力等，完成不同条件下的多种闪蒸计算。进行丙烯精制塔精确计算可对塔操作参数进行多方案计算和比较，实现整体优化；通过调节操作参数实现产品的纯度和塔的能耗比较，在其之间建立量化概念，这对于思考许多分离基本问题是十分有益的。江苏石油化工学院朱建军、林西平等利用AspenPlus软件对醋酸与乙醇催化反应精馏塔进行模拟，回流比、进料组成、进料位置等对醋酸与乙醇收率的影响进行了分析，结果表明：运用AspenPlus软件可以有效、快捷、方便地模拟脂化反应精馏过程，结果可靠,精度高。江汉大学化学与环境工程学院吴宇琼将AspenPlus软件引入分离工程课程及实验教学中。通过演示软件操作录像、学习模拟经典实例等方法，使学生迅速掌握并使用软件，借此求解泡、露点及塔板数等。

广西大学化学化工学院秦祖赠，葛利等利用ProII对膨胀器的气体加工装置进行模拟，福建农林大学材料工程学院卢泽湘，范立维等利用AspenPlus对甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反应精馏工艺进行模拟，并进行教学演示和讲解。着重在混合物热力学性质的计算、多组分平衡分离过程计算上，真正做到了“严格计算”。同时指出软件对化工热力学、化工设计等课程的学习也会有较大的帮助，连续三年化工专业本科生对过程模拟系统的学习兴趣调查中“，学习兴趣强烈”的分别占到总人数：72.8%、83.2%、86.8%。将过程模拟系统应用于化学反应工程教学，避免了大量计算公式推导、复杂数值计算等问题，可以在少用课时的情况下，尽量全面地展示化学反应工程的核心内容。多组分多平衡级分离的严格计算，是设计分离设备和优化操作过程的必要计算手段，也是化工分离工程教学的主要内容。使用过程模拟系统，在进行MESH方程推导及基本算法介绍的同时，使得塔的精确计算和将热力学中相对独立的知识运用到具体的分离过程中，解决其工程实际问题成为可能，并且可以对塔的操作参数、分离要求和设备投资、运行费用等问题进行分析计算，极大地提高了学习的深度与广度，使学生更加主动积极，综合分析和解决实际工程问题的能力明显提高。

应用化学和化学工程篇8

钦州学院开设化学工程与工艺专业有良好的机遇,同时也有多方面的挑战。要办好钦州学院化学工程与工艺专业,贯彻学院打造五大品牌专业的精神,需要从紧密联系北部湾区域经济建设方面着眼,努力办出具有石化特色的化学工程与工艺专业,重点建立一套紧密结合石化下游产业链、注重过程开发和工程实践能力培养的核心课程体系。在核心课程设置方面,确立夯实专业基础、强化工程意识、注重实验技能、拓宽专业口径,注重石化特色的原则。

1.2核心课程体系的内容与相互关系

所谓化工过程,主要包含分离过程和反应过程两种过程。与这两种过程紧密相关的一系列化工类课程共同构成了化工类课程的核心。按照“门数适宜,重点突出,相互支撑,形成一体”的要求,选择化工热力学、分离工程、传递原理、反应工程和化工工艺学等五门理论课以及与这五门理论课相关的化工专业实验课作为核心课程,建设具有石化特色化学工程与工艺专业的核心课程体系,全力打造化学工程与工艺这一品牌专业。在这五门理论课程中,分离工程和反应工程分别研究各类分离过程和反应过程,它们构成了化工过程课程最核心的部分。化工热力学是化工过程研究、开发和设计的理论基础,是化学工程的重要分支之一,与化学反应工程、分离工程关系密切。化工热力学的核心价值在于研究过程进行的方向和限度,为分离过程和反应过程提供相平衡、反应平衡数据,并对化工过程进行热力学分析[1]。反应工程是与工程实际紧密联系的课程之一,它广泛地将化工热力学、化学动力学、流体力学、传热、传质以及生产工艺、环境保护、经济学等反面的理论知识和经验综合于工业反应器的结构和操作参数的设计和优化中[2]。

分离工程是化工专业基础课程,讲述的是如何将混合物进行分离与提纯的学科。作为专门研究分离方法的分离工程课程对学生工程素养的培养有很重要的作用。该课程阐明了化工分离过程的本质规律,重点研究分离方法的工业化途径,设备设计放大效应,最优分离路线的工业化,及最优操作条件。在选择具体分离方法时,不仅要考虑技术上的可行性、经济上的合理性,而且要考虑能耗、环保、设备放大和开发成本等诸多问题[3]。传递原理旨在研究化工动量、热量及质量(俗称三传)的传递现象,用一种统一的观点来处理三种传递现象,并研究动量、热量和质量传递之间的类似性,是研究分离机理、分离效率和宏观反应动力学的基础理论,同时也是反应器放大研究的基础理论之一。与化工热力学不同,传递原理是一门探讨传递速率的课程,它对过程开发、过程设计、生产操作、优化控制及过程机理研究都有重要的使用意义[4]。化工工艺学重在工艺过程的分析,即在特定条件下,进行分离过程、反应过程的比较选择、整合优化。化工工艺学是大学基础化学、化工热力学、化工动力学、反应工程、分离工程等专业基础可和专业课的综合运用。化工热力学和传递原理旨在加强专业基础,化工专业实验、反应工程和分离工程重在强化工程意识,化工工艺学拓展了专业适应面,可以突出石化特色。

2核心课程体系的优化

为了保障以上核心课程体系的顺利实施,建议结合钦州学院化学工程与工艺现有的教学计划,从下面几个方面作出适当的调整。

2.1加强数理基础教学力度,适度拓展

新世纪的工程人才必须有熟练应用数学、科学与工程等知识的能力,有进行设计、实验分析与数据处理的能力。在两年的教学实践中,学生普遍反映数理基础不够扎实,一些数学问题不知所云,比如热力学计算中要应用迭代法求解状态方程、精馏过程计算、反映工程中的偏微分方程求解等等,问题大都源于数学基础较薄弱。因此建议加开线性代数、运筹学、概率论与数理统计、数值计算、C程序语言、数学物理方法,流体力学等数理和计算机基础课程。多所兄弟院校也早就开设了这些基础课程。线性代数和运筹学的开设可以解决反应器设计过程的优化问题;概率论与数理统计是实验数据处理和理解反应工程中一些基本概念的基础;数值计算和C程序语言两门课程是工科学生重要的基础课程,加开这两门课程也是落实我校化学工程与工艺专业培养计划中对学生计算机水平的要求,对学生的就业能力的提高有好处;数学物理方法和流体力学是传递工程等课程的基础,加开这两门课程可以大大的提高学生工程数学能力,为就业和进一步深造打下更坚实的数理基础。考虑到Matlab在科学和工程计算领域的突出作用,建议开设Matlab在化工中的应用的相关课程[5]。化工热力学和化工原理是反应工程的基础,故将化工热力学和从第四、五学期调整至第三、四学期;化工原理和反应工程两门课程共同构成了化学工程最核心的部分课程,将化工原理从第四、五学期调整至第二、三学期,反应工程从第三学期调整至第五学期,也是考虑到化工原理是反应工程的基础。同时,将计算机模拟与仿真删去,将其中的知识分散到加开的MATLAB在化工中的应用和数值计算这两门课程中。从上表2中还可以看出,加开的课程中,突出了数理课程的基础,同时,适度的拓展经济和计算机相关的课程,也增加化工制图和电工学等实践性较强的课程,这对培养学生的工程实践能力是必不可少的。

2.2整合化工专业实验

应用化学和化学工程篇9

龚克指出,[5]大学教育区别于基础教育的标志之一,应是从以教为主转变为以学为主。改进以“管灌”为主的培养模式,激发学生的主动求知欲是真正提高教育质量的关键。在化学反应工程课程的双语教学中,我们也在逐渐转变观念,采用多种多样的课堂教学方法,改变完全以教师为中心的讲授式教学为多种教学方法并用,以提高学生学习的主动性为目的,着力提高课堂教学效果。下面拟对主要采用的几种教学方法进行介绍。

1•讲授式教学:即教师系统地向学生传授科学知识。由于本课程采用双语教学,学生在学习中往往花费较大精力在理解语言、语法上,反而忽视了课程知识,导致学习效果不够理想。[6]针对这一问题,我们在教学中改变传统的灌输式教学,采用多种形象、生动的手段,如大量的图示、动画,以图文并茂的方式进行讲解,避开学生在语言方面的障碍,使其注意力转移到课程知识的学习,引导学生不要过多关注语言、语法,强调英语语言以“用”为目的,提高学生对知识的接受效果。课堂上经常设问,激发学生克服语言障碍从课本中寻找答案的兴趣。教学中重视双语应用实效,根据学生接受知识的程度,逐渐提高英文讲授和表述的比例;鼓励学生多运用英文,从看例题、做习题开始,到逐渐习惯用英文写作业和考试答卷。

2•互动式教学:即授课过程中教学双方经常进行交流互动。例如在教学中,教师提供工业反应器范例,由学生自行发现反应器的设计特点并主动质疑,然后全班讨论或小组讨论,继而选出学生代表,用英语表达自己对该反应器设计特点的认识和分析原理,最后教师作总结或纠正要点。教师经常选出教材中较为生动的典型章节或例题,提出问题,由学生自行阅读课本,让学生带着兴趣学习,引导学生猜读不熟悉的单词;以学习课程知识为重点,让学生自行讨论阅读的内容,最后教师强调这部分内容中的关键概念和原理。每次课结束,教师都布置任务给学生,要求学生总结本次课程的内容。下次课上首先抽出几位同学对前一次课的内容进行提纲挈领的回顾,由此督促学生课下自主复习,及时回顾,保证知识的连贯性,达到温故而知新的目的。这些互动式教学方法促使学生自主阅读教材,并运用英语语言表达自己对课程内容认知,取得了很好的教学效果。

3•感知式教学:教学中利用各种方式让学生直接感知实际的反应器。我们认为,仅给学生讲授理论知识,往往很难达到预想的效果,而直接感知对化学反应工程教学具有非常重要的作用。由于反应器是化工工艺过程的核心设备,我校有大量的科研力量投入在反应器设计中,已开发的反应器包括催化裂化、催化裂解两段提升管反应器及渣油加氢裂化悬浮床反应器等。此外,各科研组用于科学研究的反应器多种多样,如固定床反应器、流化床反应器、釜式反应器等。在教学过程中,课程组教师创造各种条件,让学生进入实验室参观实际反应装置,不能参观实物的,则以生动的照片、图片来展示,将反应器的特点直观地展示给学生,让学生将抽象的理论与实物建立起联系,显著提高教学的实效。

4•训练式教学:即教学注重学生对所学知识的反复实际训练。目前推进的“卓越工程师培养计划”中,很注重培养学生的工程设计能力,在化学工程与工艺专业随后的课程中有专门培养工程设计能力的化工设计课程,其中不可避免地涉及化学反应器的设计。由此,在课堂教学中,我们除了让学生就每个知识点进行反复训练,还设计题目,让学生就多个知识点甚至整个知识体系进行训练;并设法找到工业实际反应器的数据,例如石油化工过程中涉及的油品催化裂化流化床反应器、乙苯脱氢制苯乙烯固定床反应器、邻二甲苯制苯酐反应器等,让学生身临其境地进行反应器计算或设计的训练。在教学中,针对具体的教学内容,我们分别采用不同的教学方法,激励学生充分发挥主动性,并尽力使课程理论与工程实际相结合,取得了较为满意的教学效果。

二、理论教学与实践教学充分融合

近年来由于校院两级投入的加大,我们的实验和实践教学条件取得了较大的发展。化学反应工程课程组教师,充分抓住各实践教学环节的机会,将本课程中的理论融入实践教学之中。

目前,针对本课程所设置的教学实验有五个,包括:多釜串联反应器停留时间分布测定实验、固定床及流化床的流动特性实验、管式反应器内的烃类裂解反应实验、苯酐合成反应过程实验以及乙苯脱氢制苯乙烯实验,以强化学生对非理想流动、流体流动示踪方法、停留时间分布、实际反应器形式以及转化率、选择性、反应器换热方式等的认识。这些教学实验,为本课程的实践性教学提供了良好的支撑。进行相关实验时,我们进一步强化学生所学的理论知识,重温重要的概念,使学生在实验过程中切实认识真正的反应器,并运用所学理论知识进行反应器的操控和数据的处理。

我校拥有良好的实践和实习教学条件。化学工程与工艺专业的学生均要经历认识实习和生产实习等实践环节。化学反应工程课程组教师充分利用这些实践环节,引导学生把课程的相关理论知识与现场实践相结合。例如在实习中,我们给学生下达任务,了解相关工业反应器的形式,认识其特点,了解其中所发生反应的类型和特点,调研并取得反应器进出物料组成和流量数据,以此进行物料衡算,计算目的产物的收率、选择性等,使学生对反应工程所学内容有一个回顾,体会到本门课程所学知识在实际工作中的作用,激发学习兴趣,实现理论与工程实际的紧密结合。

我校专为化工专业建成了一个仿真计算实验室,安装了常减压、催化裂化、加氢精制等典型的炼油装置仿真软件。在配合实习教学的同时,它们可以进一步深化学生对化工反应器的认识。仿真实验室还安装了化工设计模拟软件,为化工设计实践提供了良好条件。承担化学反应工程课程的教师,也参与化工设计实践的指导,从中进一步强化有关反应器设计理论的应用,使抽象的理论体现于具体的工程设计中,让学生体会到学有所用。很多学生在化工设计总结中感慨地表示:以前学了那么多理论,不知道有什么用,通过化工设计,又将以前的理论知识回顾了一遍,设计出一套实际的装置,收获很大,很有成就感!目前,我国推进的“卓越工程师培养计划”注重提升学生的工程实践能力和创新能力,[5]本课程理论教学与实践教学充分融合的教学方案无疑正好吻合了“卓越工程师培养计划”的总体思路,也是我们进一步努力的方向。

三、教学与科研相结合

科研在高等教育中具有十分重要的地位,要培养创新型人才,建设一支合格的教师队伍,必须把科学研究作为提高教师素质的关键环节。教学工作是教师的天职,而科研对教师学术水平的提高有着积极的促进作用。国内外经验证明,没有高质量的科学研究,就不可能建立一支高水平的师资队伍。没有高水平的师资队伍,同样也不可能有高水平的教学质量和科学研究。科研是提高教师综合素质和教学能力的第一促进力。

我校化学反应工程课程组教师均具有较强的科研背景,在炼油工艺和催化领域取得了大量的研究成果,掌握着该领域的最新进展,所承担的科研任务大多与化学反应工程课程知识有着紧密的联系。例如,催化裂化两段提升管反应器就是利用化学反应工程的知识所开发出的新型反应器。已开发的多产丙烯(TMP)技术的中心环节也与非均相催化反应动力学和反应器设计直接相关。教师在科学研究中进行自我完善与发展,通过科研工作促进自我知识结构的更新、知识体系的充实、对知识前沿的把握和对学科知识的理解,为教学内容和教学方法的改革奠定了“能动性”基础。

有深厚的科研背景,可以保证教师授课中知识传授的准确性与知识重点的掌握,同时教学中教师会自然而然地把科研中获取的生动案例结合进来,实现将科研成果向教学内容的转化。将科研成果融入课堂教学,一方面能有力促使学生掌握较宽的化学反应工程基础知识,学习化学反应工程的研究方法与思路,了解化学反应工程最新进展及发展方向,另一方面也激励学生提高创新思维的能力,加强工程观点、提高分析工程问题和解决工程问题的能力。以下即是科研成果向教学转化的两个实例:

实例1,利用两段提升管催化裂化技术的科研成果,课上给学生讲授两段提升管反应器的设计思路,从反应动力学特性、反应器流动特性等多角度进行案例剖析讲解,使学生在理解理论知识的同时,接触到工业实际反应器设计案例,抓住学生的兴趣点,大大提高教学效果。

实例2,我们利用科研中对反应器流动行为示踪研究的经验,生动形象地将非常抽象、难懂的非理想流动现象和概念介绍给学生,并利用图片、动画给学生演示非理想流动示踪研究的过程,使学生产生浓厚的学习兴趣。

应用化学和化学工程篇10

中图分类号：G642.0?摇 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）05-0027-02

“化学工程基础”是理科院校化学专业的专业基础课程，主要内容为化学工程的基本原理和化工生产的各种单元操作，包括化工过程的动力学原理、热力学原理、能量守恒与转换原理、质量传递原理以及相应过程的控制机理、操作方法、影响因素、设备结构和工艺过程等，具有与生产实践紧密联系的特点，应用性很强，是理科化学类专业唯一的一门工程技术课程。

一、人才培养的要求

当代化学工业对化学化工类人才的培养提出了更高的要求。如何培养基础理论知识扎实、工作适应性强、具有创新能力的人才，是综合性大学化学化工教学改革面临的重要课题。目前，综合性大学化学与应用化学专业每年都有相当一部分毕业生进入化学、化工和制药等企事业单位业从事研究开发或工程技术工作，这种趋势还会随着创新性国家的建设而逐年增长。化学工程基础是综合性大学化学专业的专业基础课，也是唯一的一门工程技术类课程，该课程的教学改革与实践对于理工学科交叉与学生综合素质的培养是综合性大学化学与应用化学专业其他课程所不能替代的。在充分发挥综合性大学基础理论研究优势的同时，通过对理科专业化学工程基础课程教学内容的更新、充实和调整，为化工类企事业单位培养和造就具有开拓创新精神、胜任科学研究与工程技术工作、适应性强的化学化工专业人才。

二、教学内容与教学方法的优化

以创新教育思想为指导，研究改革化学工程基础课程教学内容和教学方法，建立培养学生创新能力的化学工程基础课程内容新体系。动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程（“三传一反”）仍将是化学工程基础教学的核心内容，应不断充实更新才能反映学科发展现状和适应社会经济需求。化学和化学工程学是支撑物质转化相关工业的学科，前者研究分子之间发生反应的可能性、必要的条件和产物的结构，后者研究物质的流动、质能传递及其对反应过程与产物的影响。

1.优化更新教学内容，反映体现学科发展与技术进步。化学工程基础作为理科化学专业的工程技术课程，其教学内容除了动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程以外，还应当及时反映和体现学科的发展与技术进步。根据授课学时，突出教学重点，优化教学计划，精选教学内容。以化学工程学的基本观点、基本原理和基本方法为核心，结合典型化工过程，理论联系实际，使学生在有限的教学学时内，掌握本门课程的基本知识，熟悉研究与应用对象，为今后从事化学化工专业技术工作打下坚实基础。在其他科学技术的带动和社会需求的推动下，化工分离技术近年来取得了很大进步。新技术不断涌现，膜分离和超临界流体萃取等新型分离技术就是其中的代表。我们在教材的编写和课堂教学中，有意识地加入这些内容，便于学生从课堂上了解新的科学知识，拓宽学术视野。

2.引导学生建立工程技术与技术经济观点，提高学生综合素质。科学与技术的交叉和渗透，要求我们培养的学生不仅要掌握扎实的基础理论知识，还要学会运用所学的理论解决工程实际问题。综合性大学理科化学专业的学生基础理论知识比较扎实，在课堂教学中，我们根据教学内容，结合工程实际，启发学生从工程实际问题出发，强调工程实际的特点，突出工程实践的技术经济问题，灌输学生节能减排与绿色环保的理念，训练学生综合运用数学、物理与化学等多学科知识，综合分析化工单元操作与工业装置中涉及的复杂问题，培养学生的工程技术思维方法与工程设计等综合素质。

3.改进教学方法，提高教学效率。化学工程基础课程的课堂教学内容涉及化工单元操作与工艺过程。综合性大学化学专业的学生一般没有见过真实的化工设备，对化工厂与化工设备和装置缺乏感性认识，通过多媒体教学技术和传统课堂教学方法，可以促进学生感知与思维、理论与实践的结合，提高学生对化学工程基础的学习兴趣，激发他们的学习热情，使他们由不熟悉、不了解化工企业与装置转变为喜欢应用学科、乐于进入与应用密切相关的教师实验室开展业余科研。为此，我们一方面利用多媒体的优点，在课堂教学中放映一些设备的实物图像。另一方面，在有关课程中增加了实习参观环节，组织学生到石油化工厂、有机化工厂和精细化工厂等企业参观实习，增强学生对加热炉、精馏塔、泵、换热器等主要化工设备的感性认识。

三、教学团队与课程体系的建设

以先进的教学理念为先导，以高水平的教学团队为根本，以科学的课程新体系为核心，以优良的规划教材为保障，强化教学团队的建设，使所有主讲教师成为教学改革的高水平运动员和创新教育的优秀教练员。

1.建设高水平教学团队。从事课堂和实验教学的主讲教师也要承担高水平的科研项目，提高教师的科研水平。我们承担“化学工程基础”的主讲教师都具有教授职称并担任博士生导师，承担了一些科学研究项目。同时，也积极思考和实践课程的教学改革，奠定了学生创新能力培养的坚实基础。没有高水平的教学团队，不可能进行教学改革的实践，更不可能培养出具有创新精神的学生。

2.构建工程教育、创新教育的课程体系。夯实基础，将理科化学知识和工程知识有机结合。理科化学基础课程、化工过程开发、化学工程基础及多门专业课程的开设，可将学生所学知识形成知识链。重视对学生业余科研和毕业论文的指导，吸引对化学工程有兴趣的同学来实验室和博士研究生、硕士研究生一起进行科学研究，培养学生的创新意识和对科学研究的兴趣。通过毕业论文阶段的培养，加强了学生对知识的掌握和运用，特别是对“应用”和“工程”概念的强化。近年来，来我们化工实验室进行业余科研和毕业论文的学生每届都在十人以上，占理科化学专业学生的5%作用。

3.将科研成果向教学实践转化，形成教学促进科研、科研反哺教学的良性循环。构建应用学科人才培养、现代科技发展相适应的“基础性、综合性、工程性、创新性”体系。我们承担了国家和企业的一些化工类科研项目，特别是在水与废水处理、化工分离和国防化学等方面取得了一些科研成果，我们注意将教师的科研成果和科研实践融入课堂教学。从事课堂教学的主讲教师与实验课指导老师一起合作，将“渗透汽化膜分离”编入了实验教材和开展了教学实验，受到学生的欢迎。

化学是实验性很强的学科，化学工程作为一个共性的工程学科，我们应充分利用科学技术发展和教学改革带来的机遇，加强化学与化学工程的结合，为国家培养更多复合型创新人才。

参考文献：

应用化学和化学工程篇11

1.1应用型本科人才要求

根据现代化学工业的特征及社会对化工人才需求的趋势,应用型高校化学工程与工艺专业的目标是培养化学化工理论基础扎实,实践动手能力、自主学习能力、创新能力及外语与计算机应用能力较强,适应化工、冶金、能源、轻工、医药、环保等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理等方面工作的应用型高级工程技术人才[2]。为了实现上述目标,化学工程与工艺专业应用型本科人才应具备的基本素质与专业能力包括7个方面:①树立正确的世界观,具有良好的人文精神、科学素养,能处理好人与环境、人与社会的关系;②掌握化学工程与工艺的基本理论和基本知识;③掌握化学装置工艺与设备设计方法,掌握化工过程模拟优化方法;④具有对新工艺、新产品、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力;⑤了解化学工程的理论前沿,了解新工艺、新技术与新设备的发展动态;⑥掌握文献检索的基本方法,具有一定的科学研究和实际工作能力;⑦具有创新意识和独立获取新知识的能力[2]。因此,根据现代科技和生产的发展需要,以服务地方经济社会发展为目标,把握高等教育规律和化学工程与工艺专业特征,制定化学工程与工艺专业应用型人才培养方案,具体如图1所示。在人才培养方案制定的过程中,合肥学院借鉴德国应用科学大学培养应用型人才成功经验,非常重视企业的作用,将企业要求与学生的培养相结合,构建理论教学与实践教学相统一教学体系,确定了以“面向企业、立足岗位、注重素质、强化应用、突出能力”为指导思想的“应用型”人才培养模式。理论教学体系体现“三个服务”原则:基础理论教学要为专业技术课教学服务,理论教学为提高学生综合素质服务,把素质教育贯穿于教学全程,为培养学生具有独立分析和解决实际问题的能力服务,注重培养学生对技术成果的吸纳和综合应用能力。建立与培养目标相适应的实践教学体系,形成基础实训、专业实训及校内、外实训教学相结合的综合实训教学一体化,完成实训教学。促进学生掌握专业技能,实施“四年九学期制”,提高学生就业竞争能力。 化学工程与工艺专业是为了适应新世纪化学工业的发展而设置的,是由原来的化学工程、有机化工、无机化工、高分子化工、精细化工、煤化工、工业催化等专业合并而成的宽口径专业,覆盖面宽、涉及领域广[3]。该专业具有两大特色:一是覆盖面广。研究领域涉及无机化工、有机化工、精细化工、材料化工、能源化工、生物化工、医药化工、微电子化工等诸多领域;二是工程特色显着。该专业以化学工程与化学工艺为两大支撑点,化学工程主要研究化工过程及设备的开发、设计、优化和管理。化学工艺则研究以石油、煤、天然气、矿物、动植物等自然资源为原料,通过化学反应和分离加工技术制取各种化工产品。化学工程与工艺专业涉及的工程放大技术、系统优化技术和产品开发技术,不仅在化工领域,而且在医药、材料、食品、生工等众多相关领域均大有用武之地。因此,化学工程与工艺专业培养的学生应有较强的工程能力和工作适应性,需掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法,具有从事化工生产控制、化工产品和过程的研究开发、化工装置设计与放大的初步能力[4]。

1.3应用型化工人才实践教学体系构建

高等工程教育强调综合素质的基础作用和工程素质的定型作用。培养应用型化工特色人才,核心就是培养实践能力强的应用型人才。以培养应用型人才为目标,以科学发展观为指导,遵循教育教学基本规律,坚持育人为本,教学为纲,根据学生需要,围绕学生能力拓展和知识结构构建实践教学体系。该体系由基本技能、专业能力、综合能力三层次训练组成,将课外创新活动和社会实践有机融合。借鉴德国成功的经验,培养学生工程设计能力、项目实现能力及创新能力,构建工程化的实践教学体系如图2所示。实践教学根据能力要求可分为3个层次:基础实践层、专业实践层、综合和创新实践层。基础实践层以强化“三基”,培养基础能力为目的,将基础化学实验分为3个层次和5个模块,构成一个彼此相连,逐层提高的体系[5]。通过化学专题研究训练,强化了知识和技能的综合性;认知实习在实践教学体系中处于承上启下阶段。学生在与自己相近或相关的岗位上经过认知实习,了解专业所需要的专业知识、能力、素质,有利于他们结合自己的兴趣,规划未来发展,在专业方向的选择、课程模块的选择上会更加理性。2周金工实习和1周电工电子实习,实现基础能力培养目标;专业实践层是在理论教学和基础能力培养的基础上,通过专业基础实验、课程设计、工程实训等实践教学的环节实现专业能力培养;综合和创新能力是对技术基础知识、运用专业知识解决实际问题能力和知识迁移能力的综合体现,反映学生整体素质。通过毕业实习、毕业设计(论文)等实践教学环节,配合第二课堂科技活动,达到培养专业技术应用能力的目的。总之,各层实践教学活动层层递进、相互渗透,达到培养目标规定的专业技术应用能力的要求。

2围绕工程能力培养,实施实践教学改革

2.1突出强化实践锻炼,提高教师实践教学水平

应用化学和化学工程篇12

1 目的意义

《现代工程化学》课程，旨在使学生掌握现代化学的基本知识和理论，了解化学在社会发展和科技进步中的作用，了解化学在其发展过程中与其他学科相互渗透的特色，培养学生用现代化学的观点去观察和分析工程技术上可能遇到的化学问题，并能和化学工作者一起解决，为今后继续学习和工作打下必要的化学基础，也将培养跨世纪建设人才所必备的现代化学素养，所以编写一部适用于电气工程专业本科学生培养特点的《现代工程化学》教材，不仅可以改变学生教师无适用教材使用的困境，实现教与学的便利通畅，更可以完善基础化学教育体系，培养宽厚扎实基础理论的高级人才，尤其针对电力行业中化学知识的应用与化学问题的解决，包括新材料、能源、环境保护等领域提供理论学习平台[1]。

目前电气工程及其自动化学科[2]涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术信息与网络控制技术，机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性较强的学科，而化学学科在该专业中一直不受重视，因而导致适用于该专业的化学类教材匮乏。近年来，随着科技的发展，电气设备不断采用新材料，新技术，该专业发展受到化学新材料技术的影响很大，同时该专业学生在电气元件的选用、组装、设备防腐等方面由于化学知识缺乏往往造成制作的器件性能低下，腐蚀严重等情况。我校电气工程及自动化专业实验班开设的本科必修课《现代工程化学》目前处于无适合教材使用的状况，在整体教学过程及学生学习过程中引起诸多不便，经调研国内相关类型及层次的教材有《工程化学基础》和《工程化学》[3—4]，但理论内容相对单一，结构层次简单，与电力应用领域联结空白的现实状态，无法满足培养实验班学生的特点要求，而且在教学过程中要不断补充相关无机化学、有机化学、热力学及材料能源发展的知识内容，还要拓展前沿领域研究进展，所以建设适用于电力行业使用的《现代工程化学》特色教材具有迫切性及应用性需求。

2.鲜明特色

《现代工程化学》特色教材建设是针对我校电气工程及自动化专业实验班开设的本科必修课，是高等院校非化学化工类工科专业学生需要学习的一门重要基础课程，是培养全面发展的现代高级工程技术人员和相关管理人才知识结构和综合能力的重要组成部分。本教材从物质的化学组成、化学结构和化学反应基本规律出发，介绍有现实应用价值和潜在应用价值的基础理论和基本知识，密切联系电力行业现代工程技术中遇到的诸如材料的加工与防护、能源的开发与利用、电厂环境保护有关化学问题，了解化学与其他学科间的交叉渗透，其目的主要是帮助学生建立物质变化的观点和能量变化的观点，提高学生的科学素质和创新能力，以利于学生在今后的工作中能有意识地运用化学知识去观察、分析和解决电力行业所涉及的化学问题。本教材将现代化学基本原理与当前迅速发展的材料、能源、环境科学密切联系，同时联结电力行业中化学知识的多方面应用，具有内容简明、联系实际、突出重点的特色，可作为工科高等学校非化工类专业的普通化学课程的教材，此外教材强调化学基础理论的系统性，强化基础结构理论，尤其突出前沿领域应用研究，在编写理念、章节结构和内容安排方面进行全新尝试。

3.具体方案

3.1精选化学基础理论

通过调研及汇总资料文献，项目负责人及项目组成员认真研究本项目，结合电气工程及自动化专业实验班培养方案，确定教材编写大纲，整合无机化学、有机化学、分析化学、物理化学四大基础化学经典理论，如无机化学中物质结构包括原子结构与分子结构理论，有机化学中与能源、材料相关的重要有机物化性理论，分析化学中表征物质材料结构的光谱学内容，物理化学中化学反应规律等，强化理论联系实际，突出工程应用。

3.2汇总电力行业中化学知识的多方面应用

整合电厂仪器分析、电厂化学仪表、电厂水处理、电力用油、电力用煤等多课程实例应用内容结合基础化学理论，通过广泛调研，收集材料，结合电力行业特点，介绍有关电厂水、煤、油、气、汽、废水、仪表、锅炉腐蚀与防护等与化学学科密切相关内容。

3.3化学前沿领域研究进展

以反映新知识、新技术、新工艺和新材料为指导，突出介绍电力行业中最新化学知识理论的应用与化学问题的解决。例如发展低碳智能电网指标体系、电厂化学绿色处理、超导材料应用和输变电系统中化学问题及对策等，同时补充国外电厂中与化学专业有关的技术问题。

3.4复习指导与课后练习

精心总结各章节复习指导纲要，挑选具有代表性习题，巩固理论内容，并配合编写习题答案。

4.创新性

突出联系电力行业中化学理论应用与化学问题的解决，包括新材料、能源、环境保护等领域的实际应用研究，化学前沿领域的精粹概述。针对实验班学生培养特点，完善基础化学理论学习体系，有助于引导学生在较高层面学习化学理论，为学好学活工程化学奠定基础。

5.学生受益情况分析

通过电力行业《现代工程化学》特色教材的编写与建设，首先将改变学生无固定教材上课的现状，利于学生系统学习、预习和复习，更利于教师授课及教学安排。通过对化学基础理论进行整合，添加与电力行业相关的设备、材料、能源、环境等化学知识的应用与联结，有利于培养学生的化学素养和工程意识，将更能够适应国内电力建设的发展需求，有利于学生毕业后参与更多的实际工程、建设项目合作，更好的应用化学理论并解决在电力系统中出现的化学问题，综合培养提高学生的学习视野、信息素养、创新思维和交叉学科融合应用能力。

6.致谢

本论文由东北电力大学 "电力行业《现代工程化学》特色教材建设" 教学改革项目支持，特此感谢。

参考文献

[1] 周立亚. 工程化学课程的性质和教学探讨[J]. 广西大学学报 No.1， 2002

[2] 李孜. 电气工程专业本科教育改革初探[J]. 中国电力教育 No.15 2012

[3] 李海艳. 工程化学课程的教学实践探讨 [J]. 产业与科技论坛 No.11，2011

[4] 樊华，邓健. 工程化学多媒体教学课件的研制与实践[J]. 【摘要】《现代工程化学》是针对我校电气工程专业实验班开设的本科必修课，是高等院校非化学化工类工科专业学生需要学习的一门重要基础课程，本文详尽阐述了《现代工程化学》教材建设的目的意义、鲜明特色、具体方案、创新性及学生受益情况分析。

【关键词】现代工程化学特色教材建设研究

1 目的意义

《现代工程化学》课程，旨在使学生掌握现代化学的基本知识和理论，了解化学在社会发展和科技进步中的作用，了解化学在其发展过程中与其他学科相互渗透的特色，培养学生用现代化学的观点去观察和分析工程技术上可能遇到的化学问题，并能和化学工作者一起解决，为今后继续学习和工作打下必要的化学基础，也将培养跨世纪建设人才所必备的现代化学素养，所以编写一部适用于电气工程专业本科学生培养特点的《现代工程化学》教材，不仅可以改变学生教师无适用教材使用的困境，实现教与学的便利通畅，更可以完善基础化学教育体系，培养宽厚扎实基础理论的高级人才，尤其针对电力行业中化学知识的应用与化学问题的解决，包括新材料、能源、环境保护等领域提供理论学习平台[1]。

目前电气工程及其自动化学科[2]涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术信息与网络控制技术，机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性较强的学科，而化学学科在该专业中一直不受重视，因而导致适用于该专业的化学类教材匮乏。近年来，随着科技的发展，电气设备不断采用新材料，新技术，该专业发展受到化学新材料技术的影响很大，同时该专业学生在电气元件的选用、组装、设备防腐等方面由于化学知识缺乏往往造成制作的器件性能低下，腐蚀严重等情况。我校电气工程及自动化专业实验班开设的本科必修课《现代工程化学》目前处于无适合教材使用的状况，在整体教学过程及学生学习过程中引起诸多不便，经调研国内相关类型及层次的教材有《工程化学基础》和《工程化学》[3—4]，但理论内容相对单一，结构层次简单，与电力应用领域联结空白的现实状态，无法满足培养实验班学生的特点要求，而且在教学过程中要不断补充相关无机化学、有机化学、热力学及材料能源发展的知识内容，还要拓展前沿领域研究进展，所以建设适用于电力行业使用的《现代工程化学》特色教材具有迫切性及应用性需求。

2.鲜明特色

《现代工程化学》特色教材建设是针对我校电气工程及自动化专业实验班开设的本科必修课，是高等院校非化学化工类工科专业学生需要学习的一门重要基础课程，是培养全面发展的现代高级工程技术人员和相关管理人才知识结构和综合能力的重要组成部分。本教材从物质的化学组成、化学结构和化学反应基本规律出发，介绍有现实应用价值和潜在应用价值的基础理论和基本知识，密切联系电力行业现代工程技术中遇到的诸如材料的加工与防护、能源的开发与利用、电厂环境保护有关化学问题，了解化学与其他学科间的交叉渗透，其目的主要是帮助学生建立物质变化的观点和能量变化的观点，提高学生的科学素质和创新能力，以利于学生在今后的工作中能有意识地运用化学知识去观察、分析和解决电力行业所涉及的化学问题。本教材将现代化学基本原理与当前迅速发展的材料、能源、环境科学密切联系，同时联结电力行业中化学知识的多方面应用，具有内容简明、联系实际、突出重点的特色，可作为工科高等学校非化工类专业的普通化学课程的教材，此外教材强调化学基础理论的系统性，强化基础结构理论，尤其突出前沿领域应用研究，在编写理念、章节结构和内容安排方面进行全新尝试。

3.具体方案

3.1精选化学基础理论

通过调研及汇总资料文献，项目负责人及项目组成员认真研究本项目，结合电气工程及自动化专业实验班培养方案，确定教材编写大纲，整合无机化学、有机化学、分析化学、物理化学四大基础化学经典理论，如无机化学中物质结构包括原子结构与分子结构理论，有机化学中与能源、材料相关的重要有机物化性理论，分析化学中表征物质材料结构的光谱学内容，物理化学中化学反应规律等，强化理论联系实际，突出工程应用。

3.2汇总电力行业中化学知识的多方面应用

整合电厂仪器分析、电厂化学仪表、电厂水处理、电力用油、电力用煤等多课程实例应用内容结合基础化学理论，通过广泛调研，收集材料，结合电力行业特点，介绍有关电厂水、煤、油、气、汽、废水、仪表、锅炉腐蚀与防护等与化学学科密切相关内容。

3.3化学前沿领域研究进展

以反映新知识、新技术、新工艺和新材料为指导，突出介绍电力行业中最新化学知识理论的应用与化学问题的解决。例如发展低碳智能电网指标体系、电厂化学绿色处理、超导材料应用和输变电系统中化学问题及对策等，同时补充国外电厂中与化学专业有关的技术问题。

3.4复习指导与课后练习

精心总结各章节复习指导纲要，挑选具有代表性习题，巩固理论内容，并配合编写习题答案。

4.创新性

突出联系电力行业中化学理论应用与化学问题的解决，包括新材料、能源、环境保护等领域的实际应用研究，化学前沿领域的精粹概述。针对实验班学生培养特点，完善基础化学理论学习体系，有助于引导学生在较高层面学习化学理论，为学好学活工程化学奠定基础。

5.学生受益情况分析

通过电力行业《现代工程化学》特色教材的编写与建设，首先将改变学生无固定教材上课的现状，利于学生系统学习、预习和复习，更利于教师授课及教学安排。通过对化学基础理论进行整合，添加与电力行业相关的设备、材料、能源、环境等化学知识的应用与联结，有利于培养学生的化学素养和工程意识，将更能够适应国内电力建设的发展需求，有利于学生毕业后参与更多的实际工程、建设项目合作，更好的应用化学理论并解决在电力系统中出现的化学问题，综合培养提高学生的学习视野、信息素养、创新思维和交叉学科融合应用能力。

6.致谢

本论文由东北电力大学 "电力行业《现代工程化学》特色教材建设" 教学改革项目支持，特此感谢。

参考文献

[1] 周立亚. 工程化学课程的性质和教学探讨[J]. 广西大学学报 No.1， 2002

应用化学和化学工程篇13

20世纪90年代初，以波音公司为首的大型跨国公司对各工程专业毕业生提出了一系列新的要求，促使欧美大学改革工程教育观念和模式。麻省理工学院(MIT)等大学经过探索研究，创立了CDIO工程教育模式［1］。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，是近年来国际工程教育改革的最新成果［2］。2008年中国CDIO工程教育模式研讨会上，与会专家指出:CDIO作为一种指导工程教育人才培养模式改革的教育思想观念和课程设计的框架体系，符合现代工程技术人才培养的一般规律，具有良好的发展前景和推广价值。CDIO的核心在于根据工程链环节的工程、岗位、职业、行业的学生知识、能力和素质的要求，以工程设计为导向，以项目训练为载体，来重新设置课程和教学模式［3］。因此，应积极推广CDIO的经验和做法，努力促进我国工程教育改革和人才培养模式改革。在教育部的发起和组织下，我国于2006年正式开展了工程教育专业认证的试点工作。2011年教育部提出实施“实施卓越工程师教育培养计划”，是改革和创新工程教育人才培养模式，提高工程教育质量的战略举措。作为教育部第二批参与“卓越工程师教育培养计划”的高校之一，四川理工学院在卓越工程师培养方面正在进行积极的探索与实践，提出建立“立足地方、面向行业、构建具有工程精神的应用型人才”培养体系，实施以能力为导向的工程教育课程体系改革，按照课程内容进行整合、重构，建立了通用能力、专业能力、综合能力等三大课程模块，创新多元化人才培养模式［4］。但笔者团队认为:提升工程教育质量的工程教育改革，并不是单纯的培养方案和课程体系的调整，而应该是一个系统工程，其中心和核心的任务是培养高素质应用型人才。这就要求培养方案中的每门课程都要树立培养应用型人才的理念，围绕应用型人才培养的中心任务进行课程体系和结构调整，进行教学方式和模式的改革。《有机化学》课程作为材料、化工、生工、轻化等本科专业群的核心专业基础课程，对后续专业课程的学习和专业知识体系的构建具有重要的作用。但现阶段，《有机化学》课程存在自成体系、自我封闭的问题，很少与后续专业课程挂钩，也很少考虑到课程的理论知识在实际工程问题上的应用，这些都不利于高素质应用型专业人才的培养。为此，笔者团队几年来一直尝试和探索在化工类工程专业的《有机化学》基础课程的教学中，融入工程教育理念，调整知识结构体系，改革教学模式，提升《有机化学》基础课在工程教育和应用型人才培养中的作用和地位，更好的服务于应用型人才培养。

1《有机化学》课程改革思路

相对于化工类工程专业的核心专业课程，如化工原理、化学反应工程、分离工程、化学工艺学和化工设计等课程，《有机化学》课程作为专业基础课程，理论性强且自成理论体系，基本可归属于理论课程的范畴。其教学的重点主要集中于系统讲授各类有机化合物的结构和性质的关系及其相互转化的方法，介绍有机化学反应原理和影响因素、有机化合物的立体化学、分离鉴定和结构表征等内容。因此课程的授课教师普遍认为《有机化学》只是一门理论课程，其任务就是为学生后续专业课程的学习奠定相应的理论基础，在课程的教学中难以实施工程教育理念和“做中学”的教学方式。同时，由于课程的理论性较强，多数学生们认为本课程学习与将来所从事的工作不会产生多大联系，学习兴趣不高和学习动力不足。因此，要在工程教育背景下，首先必须解决课程的改革思路问题，如在《有机化学》在教学中融入工程教育理念的可能性和现实性。美国麻省理工学院教授、国际CDIO创始人EdwardF.Crawley在关于工程教育改革的主题报告中指出，基于产品、过程、系统的生命周期的开发和部署(product，process，anddevelopmentanddeploymentofsyctemlifecycle)的工程实践环境下的工程教育更为有效，CDIO只是基于该工程教育理念的模式之一;对于无实体产品的工程专业，MIT的教育者提出了4M(Measure－Model－Manipulate－Make)教育模式;无论CDIO模式还是4M模式，工程教育的核心基础是情景教育(ContextualLearning)［5］。即学生在学习与工程职业相关的知识和技能并知道如何有意义的应用所学知识和技能时，学习更为积极主动和有效率。另外，工程教育是培养学生的工程理念，赋予学生今后从事相关工程职业的综合能力，除了具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决工程问题的基本能力外，还需要具有团队协作能力、批判性思考能力和综合思考、解决问题的意识属于综合素质和能力，这些能力在很大程度上需要通过基础课程教学来培养。综上，只要教师在《有机化学》课程教学中，牢固树立工程教育理念，实施工程背景的情景教育，理论联系实际，使学生在工程教育的氛围中学习，受到工程教育的熏陶;同时注重学生团队协作能力、批判性思考能力和综合思考、解决问题的意识属于综合素质和能力的培养，就可以使《有机化学》课程更好的融入化工类工程专业的工程教育体系，服务于学生的“大工程观”的培养，满足工程教育专业认证对专业基础理论课程的要求。

2《有机化学》课程改革措施

2.1构建面向不同专业需求的差异化

《有机化学》课程体系在《有机化学》课程教学中，改革现有的同质化的课程教学模式，在保证课程的基本理论知识体系的前提下，针对每一个化工类工程专业对课程的不同需求，设计差异化和针对性的课程知识体系。如安全工程专业，注重引导学生对危险有机化学品安全知识学习，养成查阅典型常见有机化合物的MSDS的习惯，引导学生通过解读化合物闪点、爆炸极限、危险特性、危害等信息认识其危险性和毒性，了解其防护措施和泄漏处理等化工安全的专业知识。对化学工程与工艺专业，则侧重安排有机化学副反应控制、后处理分离纯化的可能性和方法手段等知识。因杂环、甾族、生物碱是药物的基本结构和功能单元，药物在体内代谢和药理作用又涉及与碳水化合物、蛋白质和核酸等类化合物的作用，因此其他化工专业较少涉及的内容，又成为制药工程专业必需的基本知识。

2.2尝试《有机化学》课程的情景教育

《有机化学》虽然只是一门理论基础课程，但课程涉及的有机化合物在日常生活和化工生产具有广泛的应用;有机化学反应的产物，大多是化工、医药产品或中间体。因此在学生掌握了一些基础理论知识后，在课程后半程教学中，通过合理设计课堂教学内容，采用IDG(inspiration，guidance，anddiscussion)教学模式［6］和“以研究为本，解决一个实际问题”的单元模块式教学模式，尽可能实施情景教育，开展研究型和创新型教学，让学生在学习过程中思考如何将基础的理论知识应用于产品开发实例的分析、处理和设计上，打通基础课程和专业课程的联系。在每一章节引入2～3个应用和产品开发实例，通过引导学生思考相关的原料选择、成本控制、反应实施(副反应控制)、后处理分离等问题，达到对学生实施工程观的培养和一定意义上的工程情景教育的目的。例如对于格氏试剂这部分内容的教学，常规的教学方式是介绍格氏试剂的制备、性质和反应;对于格氏试剂这类在有机合成和精细化学品生产上具有广泛应用的重要有机试剂，单纯作为一个重要知识点进行教学，无法激起学生的学习兴趣，对格氏试剂的应用也没有感性的认识，完全背离了工程教育的理念。笔者团队通过录制、剪辑实验室小试规模和车间中试规模制备、使用格氏试剂的视频，结合视频简要介绍格氏试剂制备及反应时溶剂处理、镁屑处理、实际操作过程无水无氧条件的达成、反应引发等过程的操作细节及注意事项;在使学生掌握教学内容的同时，也让学生了解在研究和生产环节实际实现一个书面反应需要注意和考虑的问题，了解实验室和车间规模完成一个反应的区别，培养学生综合思考和解决问题的能力，从而达到工程观的培养和情景教学的目的。同时通过介绍未按操作规程对乙醚/四氢呋喃溶剂进行无水处理、制备格氏试剂时反应条件控制不好导致反应釜冲料引起火灾和爆炸事故的实例，给予学生以警示和培养学生的安全意识。

2.3精心设计习题，培养学生的科学性思维

如精心设计有机化合物合成题，以实际问题代替随意设定的习题，让学生在解决问题过程中学会综合考虑安全、经济成本、环境保护等实际因素对产品开发和生产的影响。同时选择具有几条合成路线的化合物，给出可能的合成路线，将学生分成几个小组，每个小组在充分查阅资料，综合考虑原料来源和成本、工艺条件、实际收率、目标产物分离的难易程度以及综合评价成本、安全和对环境的影响等诸方面的因素后，提出可行的和最佳的方案;并组织学生讨论，对其他小组的方案进行评价。即使学生受到工程理念的熏陶，也能培养学生的团队协作和批判性思考等综合能力。2.4在《有机化学实验》课程的教学中引入研究型教学模式改革现有实验课程固定实验项目的教学模式，在初步完成基本操作和基本技能的训练后，筛选和安排1～2个综合性和设计性的创新实验项目，将资料查阅、实验方案拟定、合成、分离提纯及鉴定表征等环节连成一体，将实验进化为微型科研项目，让学生以完成项目的方式进行实验课程的学习，培养学生的团队精神和协作精神，提高学生的工程素质和应用能力。

3结语

笔者团队根植培养应用型人才的理念，根据课程特点，积极探索化工类专业基础理论课《有机化学》的课程改革。在教学中践行CDIO工程教育理念，引入情景教学模式，优化课程内容，提出了一些具有可操作性的措施和方法，取得了一定的正面成果，使《有机化学》课程能更好地服务于高素质工程人才培养的核心任务。当然，本文只是我们在工程教育背景下实施《有机化学》课程改革的初步经验和心得，尚有诸多不完善之处。另外，基础理论课程教师普遍缺乏工程背景，制约课程的教学改革，难以完全满足工程教育的要求，如何克服这一问题也需要在今后的教学过程中继续探索和思考。

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