能源化工專業(yè)人才培養(yǎng)體系研究

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[摘要]化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)是能源化工的基礎(chǔ)，因此反應(yīng)工程作為能源化工專業(yè)的核心課程，其教學(xué)質(zhì)量的提高對(duì)能源化工創(chuàng)新人才的培養(yǎng)起到積極作用。本文總結(jié)目前教學(xué)過(guò)程中的不足，從專業(yè)人才培養(yǎng)、案例教學(xué)方法、思維導(dǎo)圖、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面進(jìn)行討論，探索了教學(xué)改革方式，以達(dá)到滿足培養(yǎng)新時(shí)代下能源化工行業(yè)對(duì)人才的要求。

[關(guān)鍵詞]反應(yīng)工程；能源化工；教學(xué)改革；案例教學(xué)；教學(xué)方法

新能源產(chǎn)業(yè)是國(guó)家“十三五”期間重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，以光電轉(zhuǎn)化、生物質(zhì)綠色技術(shù)為代表的新型化工行業(yè)對(duì)傳統(tǒng)專業(yè)提出了更高的需求。能源化工專業(yè)是常州大學(xué)結(jié)合石油石化行業(yè)特色與優(yōu)勢(shì)，順應(yīng)長(zhǎng)三角地區(qū)能源人才的需求而建立的新專業(yè)，旨在培養(yǎng)具備在新能源行業(yè)從事可再生能源利用以及能源高效轉(zhuǎn)化等科學(xué)研究、生產(chǎn)設(shè)計(jì)和技術(shù)管理的工程人才。能源化工專業(yè)是基礎(chǔ)化工拓展的新專業(yè)，部分能化專業(yè)的學(xué)生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)知程度不夠，歸屬感不強(qiáng)，定位不準(zhǔn)確，導(dǎo)致學(xué)習(xí)反應(yīng)工程等專業(yè)基礎(chǔ)課程時(shí)缺少積極性。此外，少數(shù)學(xué)生因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱，在運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解決復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)容易對(duì)反應(yīng)工程失去學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果不佳。因此，需要通過(guò)一些教學(xué)改革提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極主動(dòng)性。

1重視能源化工專業(yè)人才培養(yǎng)體系建立

能源化工專業(yè)需要立足地方，培養(yǎng)掌握化工和能源轉(zhuǎn)化與利用的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能，在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)、寬廣的國(guó)際視野、扎實(shí)的理論知識(shí)。在課堂上引入太陽(yáng)能、電能、生物質(zhì)能等能源行業(yè)的前沿動(dòng)態(tài)，尤其是國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)能源問(wèn)題，例如二氧化碳?xì)怏w排放問(wèn)題，如何轉(zhuǎn)化高效轉(zhuǎn)化二氧化碳等溫室氣體，通過(guò)具體工業(yè)案例，將反應(yīng)工程的方法和知識(shí)融于其中，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到解決能源化工問(wèn)題的方法，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)歸屬感。通過(guò)介紹反應(yīng)工程的發(fā)展歷程對(duì)能源化工的重大貢獻(xiàn)，使學(xué)生理解本專業(yè)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要意義。通過(guò)與學(xué)生分享科研經(jīng)歷、教學(xué)會(huì)議心得，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到反應(yīng)工程與能源化工的重要關(guān)系，提高學(xué)生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)知程度并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的求知欲望。

2改進(jìn)反應(yīng)工程的案例教學(xué)方法

反應(yīng)工程涉及多門工程學(xué)的核心內(nèi)容，這對(duì)于大多數(shù)沒有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)難度較大，面對(duì)這種情況案例教學(xué)法應(yīng)運(yùn)而生，案例教學(xué)法就是從化工實(shí)踐和教師的課題中選取合適的案例，進(jìn)行專題討論，必要時(shí)教師可配合多媒體向?qū)W生生動(dòng)展示化學(xué)反應(yīng)工程在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，用來(lái)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的工程分析能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如，在氣固相催化反應(yīng)這一章節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生思考反應(yīng)器設(shè)計(jì)和優(yōu)化問(wèn)題，并鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)代工具例如計(jì)算機(jī)編程解決復(fù)雜反應(yīng)器設(shè)計(jì)中涉及的數(shù)學(xué)問(wèn)題。以年產(chǎn)5萬(wàn)噸鄰苯二甲酸酐生產(chǎn)的項(xiàng)目為例，根據(jù)催化反應(yīng)特點(diǎn)選擇反應(yīng)器類型，選擇適宜的催化劑，計(jì)算催化劑床層高度等等。此外，還可建立相應(yīng)的反應(yīng)器模型，對(duì)操作條件、流動(dòng)狀態(tài)、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際的方法，開闊學(xué)生眼界，把課程內(nèi)容和復(fù)雜工程問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，擺脫課本上枯燥的學(xué)習(xí)模式。通過(guò)案例教學(xué)法，啟發(fā)學(xué)生的思維，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和關(guān)聯(lián)，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。學(xué)生通過(guò)獨(dú)立思考提出解決問(wèn)題的方案，與實(shí)際生產(chǎn)中的方法進(jìn)行比較，引導(dǎo)學(xué)生建立學(xué)以致用的理念。此外，還可以邀請(qǐng)熟悉案例的資深化工工程師為學(xué)生進(jìn)行講解，增加學(xué)生對(duì)案例了解，從而使學(xué)生們更加熟悉理解這門核心課程。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)只注重課本知識(shí)講授的教學(xué)觀念，除了傳統(tǒng)基本概念的講授，將思想政治教育和科研前沿案例融入教學(xué)，擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)的發(fā)展歷程，講授學(xué)科名人名事填補(bǔ)課堂間隙，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師的活動(dòng)根據(jù)學(xué)生在教學(xué)中的“成績(jī)”，采用問(wèn)題式學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，以簡(jiǎn)單工程問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生，提高自身的學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生思考并討論實(shí)際性的問(wèn)題，建立科學(xué)思維，讓學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)具有較為直觀的認(rèn)識(shí)；然后對(duì)學(xué)生討論的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，例如我們從能源化工角度出發(fā)，如何讓學(xué)生理解流化床提高化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)效率，首先讓學(xué)生先了解化學(xué)氣相沉積技術(shù)的發(fā)展水平，然后結(jié)合基本原理進(jìn)行優(yōu)化與完善。通過(guò)提問(wèn)的方式讓學(xué)生充分理解和掌握課程的重點(diǎn)內(nèi)容，幫助學(xué)生搭建反應(yīng)工程的知識(shí)體系，加深理解。在教學(xué)過(guò)程，采用以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，優(yōu)化傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)體系。在學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，合理運(yùn)用線上線下混合式教學(xué)方法。通過(guò)線上課程資源，讓學(xué)生充分預(yù)習(xí)知識(shí)；課堂上，教師講授和提問(wèn)知識(shí)點(diǎn)；教師布置課堂作業(yè)以及思想政治作業(yè)題，學(xué)生可以通過(guò)查閱相關(guān)資料完成作業(yè)，并對(duì)所學(xué)的知識(shí)有深刻的理解與應(yīng)用。采用“介紹復(fù)雜工程問(wèn)題-學(xué)生提問(wèn)-老師講授知識(shí)-師生互動(dòng)-課堂作業(yè)-講解習(xí)題-反饋-優(yōu)化教學(xué)”的教學(xué)方法，改進(jìn)教學(xué)思路，利用翻轉(zhuǎn)課堂的模式，認(rèn)識(shí)到學(xué)生掌握知識(shí)的程度，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的查漏補(bǔ)缺。通過(guò)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，跟蹤學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。根據(jù)課前線上教學(xué)平臺(tái)中學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，得出評(píng)價(jià)結(jié)果。課中根據(jù)學(xué)生的討論、發(fā)言和提問(wèn)等表現(xiàn)做出評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解不透而影響后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。在習(xí)題課堂上，重點(diǎn)講授學(xué)生習(xí)題中的易錯(cuò)點(diǎn)，糾正學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解和應(yīng)用的偏差。

3通過(guò)思維導(dǎo)圖提高學(xué)習(xí)效率

按照傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，學(xué)生們大多是被動(dòng)的接受知識(shí)。反應(yīng)工程的理論內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，且涉及到龐大的數(shù)值計(jì)算，會(huì)造成學(xué)生的學(xué)習(xí)困難。造成教學(xué)過(guò)程矛盾重重，教學(xué)效率極其低下。思維導(dǎo)圖是英國(guó)著名教育家東尼提出，通過(guò)思維導(dǎo)圖法將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，能夠進(jìn)行深入探索和講解，同時(shí)對(duì)課堂內(nèi)容做適當(dāng)?shù)难诱梗瑨伋鰡?wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變思維方式，而不是傳統(tǒng)的被動(dòng)去接受知識(shí)。而思維導(dǎo)圖方法的好處在學(xué)習(xí)反應(yīng)工程這門課中體現(xiàn)的就更加明顯，通過(guò)對(duì)知識(shí)系統(tǒng)化、條理化的梳理，層層遞進(jìn)地展現(xiàn)知識(shí)體系的邏輯框架，有效避免落入理解片面的誤區(qū)。以“均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)”為例，以“反應(yīng)速率”、“動(dòng)力學(xué)方程”、“數(shù)據(jù)處理”為主要節(jié)點(diǎn)，邏輯順序按照反應(yīng)工程知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律展開，每一堂課又根據(jù)知識(shí)內(nèi)涵展開。其中“動(dòng)力學(xué)方程”又是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，思維導(dǎo)圖將這些獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來(lái)，向?qū)W生清晰地展示出這一章的框架，條理清晰。反應(yīng)工程課程涉及大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和工程實(shí)踐方面有關(guān)的問(wèn)題，由于通過(guò)思維導(dǎo)圖的學(xué)習(xí)方法，將零散知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)拓展、深入挖掘、實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的快速梳理，提高課堂質(zhì)量，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維。

4計(jì)算機(jī)技術(shù)引導(dǎo)反應(yīng)工程新的學(xué)習(xí)方法

由于反應(yīng)工程具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，所以它在能源化工中占有非常重要的地位。但因?yàn)槠淅碚搩?nèi)容相對(duì)獨(dú)立，又涉及到龐大的數(shù)值計(jì)算，所以大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中都會(huì)感到困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用現(xiàn)代工具進(jìn)行教學(xué)具有明顯的優(yōu)越性。在反應(yīng)工程的課堂上，現(xiàn)代工具主要指的是計(jì)算機(jī)技術(shù)，其中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件和流程模擬軟件Aspen讓學(xué)生感到興趣，有興趣就會(huì)有動(dòng)力，它們是反應(yīng)工程教學(xué)的重要補(bǔ)充，具有直觀性、操作性、安全性的特點(diǎn)，讓學(xué)生看到與書本不同的知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的全面技能，完善學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備。雖然不是真正的動(dòng)手，但也一定程度上彌補(bǔ)了書本的不足，學(xué)生們可以自主完成書本內(nèi)容，從而具備完備的知識(shí)體系，因此化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，完成對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。學(xué)生在仿真系統(tǒng)中上級(jí)操作，過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)對(duì)操作結(jié)果自動(dòng)評(píng)分，完成操作后可以提交虛擬實(shí)驗(yàn)仿真報(bào)告，提高學(xué)習(xí)效率。Aspen是非常實(shí)用的流程模擬軟件，通過(guò)利用模塊化方式，對(duì)化工生產(chǎn)中反應(yīng)、混合、流動(dòng)狀態(tài)、分離、換熱等單元操作進(jìn)行模擬計(jì)算，學(xué)生利用Aspen軟件搭建的反應(yīng)體系模型，增強(qiáng)操作的靈活性，加強(qiáng)對(duì)反應(yīng)工程知識(shí)點(diǎn)的鞏固。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用于反應(yīng)工程教學(xué)，解決了復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，使得反應(yīng)過(guò)程變得更加形象化，提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不僅拓寬了學(xué)生的視野，理順了知識(shí)體系，并且培養(yǎng)了綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，且通過(guò)虛實(shí)結(jié)合，才有效提高了真實(shí)實(shí)驗(yàn)效率和結(jié)果最優(yōu)化。

5結(jié)語(yǔ)

反應(yīng)工程是能源化工專業(yè)非常重要的核心課程，本文從專業(yè)人才培養(yǎng)、案例教學(xué)方法、思維導(dǎo)圖、計(jì)算機(jī)技術(shù)四個(gè)方面進(jìn)行改革：明確專業(yè)方向定位，清晰課程知識(shí)體系，加強(qiáng)體系內(nèi)各部分內(nèi)容的聯(lián)系，使學(xué)生深入淺出的掌握課程體系知識(shí)；基于本課程具有較大的難度，靈活使用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代工具，加強(qiáng)信息技術(shù)與反應(yīng)工程課程的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力；同時(shí)采用多種教學(xué)手段提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，通過(guò)師生共同努力，解決課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)相關(guān)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生自我管理的能力；結(jié)合虛擬仿真，在原有的知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定程度的延伸，促進(jìn)基礎(chǔ)理論知識(shí)和工業(yè)實(shí)踐的結(jié)合。

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作者：梁倩 李忠玉 單位：常州大學(xué)石油化工學(xué)院