摘 要：化学反应工程是化工类专业的核心课程，对于培养学生的化学反应工程基础、强化工程分析能力都具有十分重要的作用。本文阐述了根据化学反应工程课程的学科特点，通过在课程教学中进行教学内容、教学方法和教学手段等方面的改革，加强教学管理等方法，以提高课程教学质量为目标，为化学反应工程教学改革提供参考。
关键词：化学反应工程；教学改革；实践
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.200
化学反应工程是化工类专业的一门核心课程。该课程以物理化学、化工原理、化工热力学等化工专业基础课为先修课程，其主要研究物料从进入反应器到离开为止的全过程，主要解决过程中的反应动力学和反应器分析与设计两个基本问题。化学反应工程内容涉及多学科，理论较抽象，数学模型多，计算复杂繁琐，有些方程只能通过数值计算求解。因此有不少学生把化学反应工程认为是大学中最难学的课程之一[1-3]。
重庆三峡学院是一所普通本科院校，学校人才培养目标是培养应用型技术人才。在化学反应工程的教学中，结合学生的实际情况，让学生能系统掌握本课程的内容，使教学内容达到较为合理的程度，力求把化学反应工程基本观点与相关基础知识紧密联系起来，着重培养宽口径、厚基础、应用型化工高级人才。为此，以培养学生综合运用基础知识分析、解决实际问题的能力为目标，把课程的理论研究与教学方法、手段等方面研究相结合，积极地进行教学改革探索与实践[4-6]。
1 教材的选择和教学内容的精选
优秀的教材是课程教学的基本保证。有关化学反应工程的教材版本很多，体系编排差别较大，所涉及到的内容大都符合教学大纲的规定，因此合理选择教材对于教学和学习非常重要。根据我校的实际情况，在研究多个版本教材的基础上，认为普通高等教育“十一五”国家级规划教材、由陈甘棠教授主编的《化学反应工程》（第三版）符合教学内容及授课体系，该书定为我校化学反应工程课程教材。该书内容经典系统，覆盖面大，循序渐进，篇幅较短，易于学生掌握。其它版本的教材当中，朱炳辰教授主编的《化学反应工程》更注重反应工程研究方法介绍，并在相应章节中论述了反应工程学科的新进展，便于读者深入钻研。两本教材各有特色，可互为补充。另外选取优秀的外文版教材译本作为学生的参考书，让学生涉猎到化学反应工程学科的前沿知识，开拓视野。
课程教学内容要力求体现本学科的科学性、先进性和适用性。教师只有掌握了该课程的知识结构特点，才能够抓住教学重、难点，精心选择教学内容。化学反应工程课程的基本内容包括反应动力学和反应器设计与分析两个方面，依据化工过程中的化学反应与反应过程中的动量、热量和质量传递关系来讲解，并对反应器进行设计与分析，阐明反应动力学基本原理。在实际的教学中，教师应清楚课程各部分知识的结构层次与相互关系，紧紧围绕反应工程学科的两个基本问题，把基本观点与基础知识联系起来，从工程分析的角度讨论化学反应工程中的重要概念。因此任课教师备课时必须认真钻研教材，了解本学科发展动态及前沿，精心组织讲课内容，合理安排，突出重难点，内容详实。重点讲授气-固相催化反应本征动力学与宏观动力学、理想流动反应器、反应器中的混合及对反应的影响等章节，突出工程意识，增强学生分析问题和解决问题的能力。对于气-液反应及反应器、气-液-固三相反应工程和多流体相的反应过程等内容，进行适当讲解。同时努力拓宽教学内容信息，把学科研究的最新工业化成果向学生介绍，激发他们的创新意识和工程意识。对于本课程与其他学科领域交叉形成的一些新的分支，如聚合反应过程、生物反应工程、电化学等，以学生自学为主，达到开拓学生的视野和培养学生创造力的目的。
2 采用灵活多样化的课堂教学模式
课堂教学是化学反应工程理论教学的主要环节。本课程涉及较多工程数学知识，且要求有一定的逻辑思维能力，由于学生的数学基础比较薄弱，专业基础知识面也不宽，课堂讲授的内容和方法必须适当，才能收到较好的教学效果。在化学反应工程课程的教学过程中，采用多种多样的課堂教学方法，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， 以达到提高学生学习的主动性，提高课堂教学效果。下面介绍主要采用的几种教学方法。
2.1 讲授式教学
教师系统地向学生传授学科知识。教师在讲授每一章时都可先用几分钟的时间，采用图示的方法，概括本章主要内容和基本理论结构框架，让学生领会教学目标，明确教学思路和重、难点以及具体应用实例，特别要联系实际和知道如何应用到相应的具体计算当中。在每一堂课开始时，都应该有承上启下的对上一节课的内容相应的总结，使学生能够将知识有机地结合起来。教师在讲授过程中要详细讲解典型内容，并要突出重、难点。如气-固催化反应和气-液反应过程，可以根据反应物分子必须接触碰撞才能进行反应的共同特点入手，讲解其最基本的反应步骤。让学生了解其共性后，能够举一反三，推导出相应的液-液、液-固反应过程，既调动了学生学习的积极性，又能使学生牢固掌握基本理论。
2.2 互动式教学
即授课过程中教学双方经常进行交流互动。教师可以选出教材中较为典型的章节或例题，首先提出问题，由学生自行阅读课本，让学生带着问题自主学习，以学习课程知识为重点，让学生自行讨论阅读的内容后，全班讨论或小组讨论，最后教师强调并总结该部分内容中的关键概念和原理等。每次课程结束时，教师可以给学生布置总结本次课程内容的任务，下次课上随机抽出几位学生对前一次课的内容进行提纲挈领式的回顾，由此达到督促学生课后自主复习，及时消化，保证知识的连贯性，达到温故而知新的目的。互动式教学方法能够促使学生自主学习，新问题的提出，又能刺激学生主动想法获取问题答案，学生上课的积极性很快提高，取得了良好的教学效果。
2.3 归纳对比法教学
化学反应工程教材中的概念抽象，公式繁多，教学推导过程复杂。归纳对比法在化学反应工程的教学过程和指导学生复习巩固知识过程中起着重要的作用，可以把零散的、不成系统的基本概念知识系统化、理论化。例如，将理想反应器和非理想反应器，连续反应器和间歇反应器，平推流反应器和全混流反应器，等温恒容反应与等温变容反应，流化床反应器和固定床反应器等基本概念进行对比。通过比较，找出概念的相同点和不同点，把相近的概念区别开来，从而达到简化、概括和记忆的目的。除了本学科之内的概念比较外，也可以不同学科进行比较。如把反应器中三传问题与化工原理中的单元操作相比较，把宏观动力学与物理化学课程的本征动力学相比较，有意将化学反应工程和已经学过的课程进行联系，以加深学生对该课程学习的兴趣。将复杂的概念用列表、提纲等简单明了的形式表达出来，使学生在“识同辨异”中增进学习兴趣，在“归纳”中渗透，在“对比”中巩固，最终达到提高学习效率的目的。
2.4 案例教学法[7]
化学反应工程教材中的很多化工案例，内容过于简略，学生很难从中真正领会到案例的作用。对于教学过程中选用的一些能够反映技术发展前沿和创新科研的工业实例，可采用案例教学法。从化工实践中选取合适的案例，进行专题讨论，充分调动学生学习的积极性，发挥学生在学习中的主体作用，使他们通过积极的思维后主动获取知识。在案例教学的讨论中要注意教材中前后章节内容的连贯性，不孤立分割每一章节内容，要让同学意识到，所学的知识不是独力的而是共同为解决实际问题服务的。例如在讲授固定床气-固相催化反应时，选择学校实习基地宜化化工集团公司合成氨多段绝热固定床反应器的案例，结合生产实习认识，对固体催化剂的装载具体要求，反应器的具体实际类型和操作条件、操作方式等进行详细讲解和讨论，让学生深刻体会气-固相反应的过程、固定床催化器的特点、使用情况和选型原则等，初步掌握化工生产过程分析问题和解决问题的方法，培养学生理论联系实际能力。案例教学可以给学生留下深刻的印象，从而激发他们的创造欲，使他们成为推动学科发展与技术进步的新生力量。
3 理论教学与实践教学充分融合
在教学过程中，化学反应工程课程组教师充分认识到理论教学与化工专业实验和化工设计的统一性，理论知识能指导实践，科学实践又能帮助将感性认识上升为理性认识后，再应用到实践中去。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。
由于校院两级投入的加大，实验条件和实践教学条件有了较大的发展。针对本课程所设置的教学实验有多釜串联反应器停留时间分布测定实验、管式反应器烃类裂解反应实验、苯酐合成实验、固定床与流化床的流动特性测定实验和乙苯脱氢制苯乙烯实验。现在开设的化工专业实验中，有很多实验是和理论课程紧密相连的，只要科学合理安排理论教学和实验教学，就能使二者有机结合，为本课程的实践教学提供良好的支撑。进行相关实验能够进一步强化学生所学的理论知识，让学生在实验过程中认识真正的反应器，并将所学理论知识运用到反应器的操控和数据的处理。改变那种老师“抱着走”的单一教学方法，提高学生学习的积极性和主观能动性。
课程设计是完成课程教学后对该课程基本知识和技能进行综合应用的一个教学环节，通过课程设计培养学生解决生产实际问题的能力和知识的综合应用能力。为了进一步深化学生对化工反应器的认识，建成了仿真计算实验室，仿真实验室安装有化工设计模拟软件，为学生化工设计实践提供了良好条件。化学反应工程课程的主讲教师也是化工设计指导老师，学生以小组为单位，教师提出设计课题，学生查阅工程手册等资料，采用CAD 绘制设计图纸，并通过答辩完成课题设计。通过反应工程的课程设计，初步培养学生的工程理念。
化学工程与工艺专业的学生都必须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教学环节，引导学生把课程理论知识与现场生产实践相结合。例如在实习中，给学生下达任务，了解相关工业反应器的形式和特点，其中所发生反应的类型和特点，记录反应器进出物料组成和流量等数据，利用该数据进行物料衡算，计算主产物的收率、选择性等，使学生利用所学知识，体会到所学知识在实际工作中的作用，激发学生学习兴趣，实现理论与工程实际的紧密结合。
4 改革考核方式
考试具有测评教师教学水平和学生学习效果的功能，还有引导学生积极学习的“无形指挥棒”作用。考试制度的改革可以同时有效促进教学内容、方法和手段的改革。考试通常有开卷和闭卷两种，各有特点。本课程采用平时成绩（占20 %）和期末考试成绩（占80 %）相结合的考核方法。化学反应工程课程试题多年来一直坚持教考分离，每次考试试卷由其他教师按基本要求从试题库出70%的考题，主讲教师根据各自的讲课特点出30%的考题组合而成。这种命题方式既考虑了课程的基本要求，实施教考分离，又能充分发挥各主讲教师自己的讲课特色，要求学生体会课堂教学的内容。
平时成绩按照学生平时出勤、作业、课堂回答问题及课堂练习考核、写小论文、写专题报告等情况综合评定给出。平时学生可以上学校化学反应工程精品课程网站，自主学习，使学生的综合素质得以提高。
期末笔试考核学生必须掌握和熟记的基本理论、数学模型与计算方法等，按照期末笔试答题情况给出期末成绩。这种综合评定成绩方式督促学生注重综合素质的提高，对学生良好的学风建设起到了促进作用。任课教师在每次考试后，要求必须对试卷进行详细分析和课程总结，找出试卷中学生存在的共性问题和薄弱环节，为下一轮教学起到借鉴和促进作用，并注意在教学过程中不断改进和完善，实现教与学两方面共同提高。
5 结束语
在当今实施素质教育、培养创新型人才的社会大背景下，化学反应工程作为一门工程学科，要求学生系统掌握反应工程课程的内容，能够把反应工程基本观点与工程知识紧密联系起来，从工程应用分析的角度来讨论重要的工程概念。通过课堂教学与专业实验、生产实习相结合以及创建课外实践教学活动平台和考试形式等多方面的教学改革，并比较了改进前后的教学方法对教学效果的影响进行，发现不同的内容采取相应的教学方法，学生更便于理解掌握教学内容，收到了良好的教学效果。化学反应工程的教学改革还只做了初步的改革探索与实践，每个学校具体情况都不一样，应根据自己的专业方向和办学特色做进一步的探讨。
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