《化工原理》课程教学中学生工程意识的培养

《化工原理》是化工及其相关专业学生一门重要的专业基础课，具有从基础课到专业课过渡的桥梁作用。《化工原理》课程探讨化工生产过程中的动量传递、热量传递和质量传递的基本规律，研究基本规律所控制的主要单元操作的计算和优化以及典型设备的选型和设计，目的是培养学生分析和解决化工生产中实际问题的能力。地方高校由于地理位置和经费的原因，化工及相关专业学生进入化工厂参观和见习的机会比较少，工程意识相对比较薄弱。因此，在地方高校化工原理课程的教学过程中，应当加强培养学生的工程意识，使学生提早建立工程思维的观念，能够用工程观念分析和解决化工生产中的实际问题。
一、在理论教学中培养工程意识
在讲解每一个化工单元操作时，一定要明确地告诉学生学习这个化工单元操作的目的，也就是要告诉学生学习这个单元操作能够解决化工生产中什么样的实际工程问题。学习流体的流动和输送这一单元操作时，一定要明确地告诉学生学习这一单元操作主要是为了确定化工生产中输送一定量的流体所需要的能量和设备，流体流动的管道管径以及流量的控制。学习吸收这一单元操作是为了解决化工生产中气体混合物的分离问题。学习精馏这一单元操作是为了解决化工生产中解决均相液体混合物的分离问题。
《化工原理》理论课程的教学应当对课程内容和教学方法进行必要的设计，注重培养学生选择单元操作和设备的能力、调节和控制生产过程的能力以及技术经济的意识。例如将一定量的液体从某一位置输送到另一位置可以采用液体输送设备（如各种泵），也可以采用压力或者真空输送的方法，究竟采用哪一种输送方法，要综合考虑该液体的性质、这几种输送方法对设备要求的复杂程度、液体输送过程操作和调节的难易程度以及技术经济问题。均相液体混合物的分离可以采用精馏的方法，也可以采用萃取或者冷冻结晶的方法，实际采用哪一种分离方法，取决于该均相体系对这几种单元操作和设备要求的复杂程度、生产过程操作和调节的难易程度以及技术经济问题。气体混合物的分离可以采用吸收的方法，也可以采用吸附或者冷冻精馏的方法，最终采用哪一种分离方法，取决于该体系对这几种单元操作和设备选型复杂程度、生产过程操作和调节的难易程度以及技术经济问题的要求。
二、在实验教学中培养工程意识
《化工原理》是一门通过长期实验的总结和工程实践验证了的实验学科。在化工原理实验教学过程中，通常学生仅仅满足于学习和掌握某一单元操作的理论、设备的操作方法以及对实验结果进行简单的判定，而没有对实验方案进行设计以及对操作过程进行优化的观念，更不可能考虑到实验是否可行、是否经济及环境保护等工程问题。因此，教师在进行实验讲解时，应当有目的性地引入相关的工程观念。在进行每次实验时，教师应尽可能地根据实验所用的主要设备，结合工程实例提出相关的工程概念。例如在进行用填料精馏塔分离乙醇和正丁醇混合物的实验时，教师对学生可以提出以下问题：该混合物的分离为什么要采用精馏分离这一单元操作？萃取和膜分离等单元操作是否可以？为什么要采用填料精馏塔? 板式塔行不行？然后对这些问题进行讲解。在精馏实验讲解过程中，应结合多媒体动画，讲解精馏过程中怎样通过回流比的调节来控制分离程度，什么是漏液和液泛，它们有什么危害，如果出现这些非正常现象如何进行调整等工程实践问题。离心泵若操作和安装不当，在运行过程中会发生“气缚”和“汽蚀”现象，理论课学习时学生已对此两种现象有了大致的了解，但这两种现象在具体的实践过程中的本质和危害，学生往往认识不深刻。因此在离心泵性能曲线测定实验讲解中，教师应提供离心泵的模型、已经汽蚀的离心泵腐蚀叶片，然后结合多媒体动画讲解“气缚”和“汽蚀”现象，这时学生就能在头脑中形成初步的工程观念。因此，在实验教学中，教师的实验讲解可以使学生掌握相关单元操作的原理、设备和操作，更能使学生深刻认识到掌握工程科学的研究方法和工程经验的意义。
三、在课程设计中培养工程意识
课程设计是培养学生综合运用所学的理论知识和技能分析和解决实际问题的重要环节，所以在课程设计中更应该重视学生的工程意识，尤其是要有过程速率的观念和优化的观念。化工生产过程速率决定设备的生产能力和生产的经济效益，因此，实际的化工生产过程都要求有较高的过程速率。
而过程速率与过程推动力成正比，与过程阻力成反比，所以在进行过程设计时要告诉学生，如果想要提高过程进行的速率必须考虑加大过程的推动力，减小过程进行的阻力。优化的观念包括设计优化和操作过程优化。设计优化是指在进行单元操作设计或者设备设计时要考虑在经济上最合理，操作过程优化是指对给定的设备怎样调整操作参数使其性能达到最佳化。为了化工生产过程运行时取得最佳的经济效益，应当告诉学生在进行单元操作设计或者设备设计时，必须要有优化的观念。
由于学生缺乏单元操作及其设备的感性知识，所以在化工原理课程设计中，在进行单元操作设计时，学生只能按照指导书和资料进行模拟设计，很少或者不能结合工程实际综合考虑来进行设计。因此，教师在指导学生进行单元操作设计时，最好带领学生参观一下化工厂实际的化工单元操作及其设备，增加他们的感性认识。由于化工生产过程的制约因素较多，所以在课程设计中，在选择具体单元操作时，要综合考虑实际物料的特性、工厂的具体地理位置和水文条件、环境保护等多种因素，尤其要考虑到技术经济的因素。又由于化工生产过程的影响因素较多，所以在运用所学过的基本原理和理论进行具体单元操作设计时，还要告诉学生应当考虑到影响该单元操作的各种因素，但还要进行合理的取舍，抓住主要矛盾。