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化工實驗大賽對化工原理課程的教學(xué)改革

全國大學(xué)生化工實驗大賽是由教育部高等學(xué);ゎ悓I(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會、中國化工教育協(xié)會共同主辦的針對高校化工類及相關(guān)專業(yè)全日制在校本科生的基于化工原理的理論和實驗的學(xué)科類競賽。我校位于廣西桂林,屬于西南賽區(qū)。一直以來,我;I(yè)教師都積極組織學(xué)生參加化工實驗大賽,但比賽結(jié)果不盡如人意。2017年進入復(fù)賽的隊伍有三支,最終進入決賽的隊伍有一支;2018年進入復(fù)賽的隊伍只有一支,最終未能進入決賽;2019年進入復(fù)賽的隊伍有兩支,但最終卻未能進入決賽。初賽進入復(fù)賽的隊伍,依據(jù)的是隊伍中每個隊員的化工原理筆試成績;進入復(fù)賽的隊伍數(shù)量反映了我校學(xué)生對化工原理理論知識的掌握情況。雖然2017年和2019年我校進入復(fù)賽的隊伍數(shù)量超過一支,但與西南地區(qū)的同類院校相比,參賽隊員的化工原理理論基礎(chǔ)還是有一定的差距,所以最終能夠復(fù)賽勝出的隊伍很少。進入復(fù)賽后取得的成績包括理論、仿真和實驗三部分的成績。從我校參賽隊伍復(fù)賽的表現(xiàn)可以看出,化工原理實驗和仿真方面的學(xué)習(xí)力度也有待加強。2019年6月,我;瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)通過了工程教育專業(yè)認證,結(jié)合認證要求,已經(jīng)對化工原理實驗的實驗項目、仿真實驗等進行了完善,教學(xué)目的與化工實驗大賽的內(nèi)涵高度重合。因此,為了提高我校學(xué)生化工實驗大賽的參賽水平及獲獎層次,對化工原理理論課程的教學(xué)改革是十分必要的。所以,從課程的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段方面考慮,本文中提出了加強化工原理教師的團隊建設(shè),完善課程考核和成績評定的方法,多媒體教學(xué)與“雨課堂”技術(shù)相結(jié)合以輔助課堂教學(xué)等具體建議,以期找到適合我校化工原理理論教學(xué)的一些措施。
一、加強化工原理教師團隊的建設(shè),實現(xiàn)教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變
在課堂教學(xué)過程中,學(xué)生是課堂的主體。鑒于此,教師在教學(xué)設(shè)計時應(yīng)有意識地對教學(xué)活動進行組織和有針對性的引導(dǎo),充分發(fā)揮課堂的主導(dǎo)作用。所以,有必要加強化工原理課程教學(xué)團隊的建設(shè),進一步改革及完善教學(xué)內(nèi)容和方式,以適應(yīng)專業(yè)認證和新工科建設(shè)的需要。通過對我校近三年“化工原理”理論課學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和考試成績進行分析,發(fā)現(xiàn)學(xué)生運用基礎(chǔ)理論分析和解決單元操作中各種工程實際問題的能力較弱。因此,在課堂教學(xué)中需加強計算示例和課堂練習(xí)講解典型單元操作,輔以課堂練習(xí)和課后作業(yè),使學(xué)生掌握單元操作的工作原理及相關(guān)計算,提高學(xué)生運用基礎(chǔ)理論分析和解決單元操作中各種工程實際問題的能力。由此可以看出,要以學(xué)生發(fā)展為本,因地制宜進行化工原理課程的教學(xué)活動。所以,想要提升學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效果,就要促進化工原理教學(xué)團隊的建設(shè),而教學(xué)團隊的建設(shè)可通過承擔(dān)化工類教改項目和化工原理相關(guān)課程的建設(shè)項目實現(xiàn);條件允許的話,還可以組織編寫適用于本校學(xué)生的《化工原理》教材、《化工原理習(xí)題集》等,為教學(xué)內(nèi)容的更新和完善提供支持。
二、以專業(yè)認證的要求為基準,完善課程評價體系
化工原理是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門核心課程,主要包括化工單元操作的基本原理、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)、選用和操作原理以及工藝計算等內(nèi)容。為保證本課程對專業(yè)培養(yǎng)目標、培養(yǎng)成果的貢獻,課程所有的教學(xué)活動都要圍繞課程目標開展;趯I(yè)認證的標準,結(jié)合我校化工原理課程的教學(xué)情況,對課程的教學(xué)大綱、課程的考核和成績評定方法進行了完善,以更科學(xué)合理地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。
本;ぴ淼某煽冇梢韵聝刹糠謽(gòu)成:平時成績和期末考試成績。其中,平時成績占該門課程最終成績的30%,主要考查學(xué)生作業(yè)完成情況、課堂紀律與綜合表現(xiàn)、課堂問答與討論、參與輔助教學(xué)活動等;期末考試成績占該門課程最終成績的70%,主要考核學(xué)生對單元操作的基本概念和原理以及一些常規(guī)操作的理解和掌握情況,包括化工原理基本計算公式的物理意義、使用方法和適用范圍以及化工單元操作過程的基本概念和計算,以及運用化工原理基礎(chǔ)理論知識、原理和方法進行初步設(shè)計和計算的能力。課程結(jié)束后,任課教師會結(jié)合學(xué)生的最終成績及教學(xué)過程中學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握程度進行歸納總結(jié),進而提出課程下一年的教學(xué)改進措施。
三、多媒體教學(xué)與“雨課堂”技術(shù)相結(jié)合,輔助課堂教學(xué)
多媒體教學(xué)在我國高等學(xué)校教學(xué)實踐中占有主導(dǎo)地位。但其實有的課程如果僅僅使用多媒體的話,無法達到理想的教學(xué)效果。結(jié)合我校“化工原理”課程的授課情況,發(fā)現(xiàn):純粹的以老師、多媒體為主的教學(xué)方法,已不能適應(yīng)如今學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識和提高工程思維能力的需要。多媒體教學(xué)方法在一定程度上忽視了學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的存在,阻礙了學(xué)生創(chuàng)新與創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。而“雨課堂”的出現(xiàn),為改善課堂氣氛及學(xué)習(xí)效果提供了思路。將多媒體教學(xué)與“雨課堂”技術(shù)相結(jié)合,能夠全面提升課堂教學(xué)體驗,增加師生之間的互動,使得教學(xué)活動更為便捷,從而推動化工原理課程的教學(xué)改革。在化工原理的授課過程中,教師可以利用“雨課堂”通過課前發(fā)送預(yù)習(xí)題目、課堂發(fā)送知識點習(xí)題、課程結(jié)束發(fā)送一些重難點的討論分析題,以便實時了解學(xué)生的知識點掌握情況,及時調(diào)整自己的上課內(nèi)容及進度安排;同時,“雨課堂”的使用,能夠加深學(xué)生對重要知識點的理解,培養(yǎng)了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力,大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,使學(xué)生更積極地投入化工原理課程的學(xué)習(xí)。
四、化工原理教學(xué)實驗設(shè)備的推薦: 

MYR-320 化工傳熱綜合實驗裝置

技術(shù)指標 說           明
裝置特點 1、化工傳熱綜合實驗裝置,化工傳熱綜合實驗設(shè)備,化工傳熱綜合實驗臺整個裝置美觀大方,結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,整體感強,具備強烈的工程化氣息,能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)代化實驗室的概念。
2、整體為自行式框架結(jié)構(gòu),并安裝有禁錮腳,便于系統(tǒng)的拆卸檢修和搬運。
3、本給熱系數(shù)測定實驗裝置以空氣和水蒸汽為介質(zhì),采用水蒸汽-空氣換熱體系,數(shù)據(jù)測量準確,實驗效果理想,自動化程度高。
4、整套實驗裝置可根據(jù)用戶要求,選擇采用光滑管與強化換熱管,進行兩種換熱形式的效果對照。
5、
化工傳熱綜合實驗裝置,化工傳熱綜合實驗設(shè)備,化工傳熱綜合實驗臺采用工業(yè)化自動蒸汽發(fā)生器提供蒸汽源,操作簡潔、方便,更為安全。
6、蒸汽發(fā)生器設(shè)計有安全水封,消除安全閥失靈帶來的安全隱患。
7、整套設(shè)備除去特殊材料外均采用工業(yè)用304全不銹鋼材料制作,整體進行精細拋光處理,體現(xiàn)整個裝置的工藝完美性。
8、裝置設(shè)計可360度觀察,實現(xiàn)全方位教學(xué)與實驗。
裝置功能 1、化工傳熱綜合實驗裝置,化工傳熱綜合實驗設(shè)備,化工傳熱綜合實驗臺通過對空氣-水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究,掌握對流傳熱系數(shù)的測定方法,加深對其概念和影響因素的理解。并應(yīng)用線性回歸分析方法,確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。
2、通過對管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣—水蒸氣強化套管換熱器的實驗研究,測定其準數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強化比Nu/Nu0,了解強化傳熱的基本理論和基本方式。
3、求取簡單套管換熱器、強化套管換熱器的對流傳熱系數(shù)αi總傳熱系數(shù)Ko。
4、了解熱電偶、熱電阻溫度計的使用。
設(shè)計參數(shù) 1、套管換熱器:內(nèi)管ф22×1.5mm,外管ф52×1.5mm,換熱段長度:1.0m。
2、蒸汽發(fā)生器:不銹鋼制作,加熱功率:2KW,操作電壓220V。
3、氣泵:離心式中壓吹風(fēng)機,功率:250W,轉(zhuǎn)速:2800/min,風(fēng)壓:1300Pa,風(fēng)量:8m/min。
4、壓力測量:測量范圍:0-0.25MPa,精度0.5級;溫度測量:測量范圍:-50-150℃,精度0.5級。
5、熱球風(fēng)速儀:測量風(fēng)速:0.05-10m/s;轉(zhuǎn)子流量計:測量范圍:4-40m3/h。
6、實驗管道、閥門為不銹鋼和銅結(jié)構(gòu)。
7、框架為不銹鋼,結(jié)構(gòu)緊湊,外形美觀,流程簡單 , 操作方便。
8、
化工傳熱綜合實驗裝置,化工傳熱綜合實驗設(shè)備,化工傳熱綜合實驗臺外形尺寸:1500×550×1700mm。
公用設(shè)施 水:裝置自帶304不銹鋼自動蒸汽發(fā)生器,連接自來水,實驗時水蒸氣進入換熱器。
電:電壓AC220V,功率4.0KW,標準單相三線制。每個實驗室需配置1~2個接地點(安全地及信號地)。
氣:空氣來自風(fēng)機(自帶氣源)。
實驗物料:水蒸汽---空氣,外配設(shè)備:無。
主要設(shè)備 普通傳熱管:內(nèi)管內(nèi)徑d=18mm,內(nèi)管外徑De=20mm(紫銅管)。
外管內(nèi)徑d=52mm,外管外徑De=57mm(304不銹鋼管),管長1200mm。
強化傳熱管:內(nèi)管內(nèi)徑d=18mm,內(nèi)管外徑De=20mm(紫銅管,內(nèi)附螺旋線圈)。
外管內(nèi)徑d=52mm,外管外徑De=57mm(304不銹鋼管)管長1200mm。
加熱釜:304不銹鋼,加熱功率3.0KW。配帶安全閥。
孔板流量計,孔板喉徑:Φ25mm,風(fēng)壓傳感器0~10KPa。
宇電AI704M多路數(shù)字溫度顯示儀。
宇電AI702M多路數(shù)字溫度顯示儀。
宇電AI501壓差數(shù)字顯示儀。
宇電AI518溫度控制儀(帶手動功能)。
K型熱電偶溫度傳感器7支。
鼓風(fēng)機:旋渦氣泵,功率 550W,最大流量70m3/h。
電器:接觸器、開關(guān)、漏電保護空氣開關(guān)。
304不銹鋼管路、管件及閥門。
304不銹鋼儀表柜:測控、電器設(shè)備在實驗架上。
304不銹鋼材質(zhì)框架1500×550×1700mm(長×寬×高), 帶腳輪及禁錮腳。
測控組成 變量 檢測機構(gòu) 顯示機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)
風(fēng)量 孔板流量計 壓差顯示儀 手動調(diào)節(jié)
蒸汽溫度 PT100鉑電阻 溫度控制顯示儀 固態(tài)調(diào)壓模塊
溫度 K型熱電偶 數(shù)字溫度儀
五、結(jié)束語
綜上所述,科學(xué)的化工原理教師團隊,合理的課程評價體系,適宜的教學(xué)方法,能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)主動性,強化對化工原理理論知識的理解,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程思維意識,進而增強學(xué)生化工實驗大賽的競爭力。

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