实践教学在化学反应工程教学中的应用探索—以滁州学院为例

王余杰，郑建东，陈纲领，周阿洋

(滁州学院 材料与化学工程学院，安徽 滁州 239000)

化学反应工程是一门涉及高等数学、化工原理、化学反应工程、化工热力学、化工分离工程等多学科领域的科学[1]。我校在化学教育专科的基础上，于2007年创办了化学工程与工艺本科专业，《化学反应工程》在2009年第一次为化学工程与工艺本科专业开课，现已成为我院化工类专业的主干课程。但滁州学院作为新建本科院校，学生基础知识较为薄弱，仅通过理论学习学生无法较为全面的掌握化学反应工程的内容，因此结合虚拟仿真、专业实验、学科竞赛等实践教学使化学反应工程建立科学系统的理论与实践相结合的教学体系，提高教学效果。

1 虚拟仿真在化学反应工程教学中的应用

滁州学院是安徽省地方应用型高水平大学，近年来，化学工程与工艺专业作为省级综合改革试点专业及校级重点建设专业得到了长足的发展与进步，但由于一些历史原因导致化工学院建设场地严重不足，我院可供学生实践的专业实验装置较少，不能满足学生实地学习化学反应工程课程的需要。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、人机交互、多媒体、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学目的，因此开展虚拟仿真教学可以弥足教学场地不足的问题[2]。利用实验中专业实验教学资源与虚拟仿真教学资源的完美结合，可以达到完善教学资源，提高学生的实际应用能力，完善知识结构，培养创新能力。

建设与应用软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等优质教学资源，推动信息化条件下自主学习、探究学习、协作学习等实验教学方法改革，提高教学能力，丰富教学内容，拓展实践领域，降低成本和风险，开展绿色实验教学。并且通过仿真教学可以注重学生动手能力的培养，拓宽学生工程意识，并使学生对整个化工过程的设计与应用具备全局观念，实现理论和实践相结合的虚拟教学情境。

学生普遍认为化学反应工程是大学中本专业最难学习的课程之一，学习时感到理论抽象，计算繁琐。我们的虚拟仿真模拟软件包括“乙苯脱氢制苯乙烯”、“单釜、三釜串联返混状况测定”、“一氧化碳中温-低温串联变换反应”等。以上软件的使用可以使得学生在理论学习的基础上，进一步理解化学反应工程课程中讲授的PFR、CSTR等反应器的设计及返混等较为抽象的知识，使得该课程的学习效果更加显著。

滁州学院立足地方，针对滁州市化工典型案例，与北京欧倍尔软件技术开发有限公司联合开发具有地方特色的虚拟仿真教学软件。安徽金禾实业股份有限公司作为全球最大的甲、乙基麦芽酚供应商，我们与其联合开发了“麦芽酚工业生产过程”、“吡啶盐酸盐PHC生产工艺”等虚拟仿真软件，使学生了解了具体的工业生产案例，进一步拓展了学生的思维空间和培养工程创新能力，同时也提高了学生的工程应用能力，为学生提供网络虚拟实习机会，并为就业打下坚实的基础。

2 专业实验在化学反应工程教学中的应用

化工专业实验的开设主要为化工专业理论课程的补充，但滁州学院化学反应工程的教学起步较晚，且由于早期滁州学院人才培养方案制定的不合理性，化工专业实验为第七学期开设，此时化学反应工程的理论教学已经结束，很多学生在进行专业实验时理论知识已经基本忘记，导致无法实现理论与实践相结合，实验效果较差。

在制定化学工程与工艺专业2016版人才培养方案时，我们将化学工程与工艺专业实验贯彻到化学反应工程的教学过程中，即灵活安排实验时间，比如在讲授完固定床反应器时，开展“一氧化碳中温-低温串联变换反应”专业实验，在实验中为学生实际讲解固定床反应器的基本知识，气固相催化反应工程的基本类型及数学模型。由于化学反应工程知识的抽象性，很多学生对于“返混”的概念无法有效理解，在讲述返混等理论知识时，开设“连续循环反应器返混状况测定”、“单釜、三釜串联返混状况测定”等实验，加深对返混概念的理解。

3 课程设计在化学反应工程教学中的应用

化学反应工程是化学工程与工艺专业的核心课程，主要研究化学反应动力学方程的应用与反应器的设计，内容枯燥。尽管通过理论课程的学习，学生可以进行反应器的设计，计算反应器的体积，但却很难用于工程实际，对于理论上讲的化学反应动力学模型和非理想反应器模型的工业应用更是无从下手。在课程设计中布置化学反应工程相关的课题，可以使学生将工程问题和工艺问题进行很好的关联，加深学生对化学工业过程的理解。滁州学院化学工程与工艺专业学生在进行专业课程设计过程中，化工系全体老师作为指导老师，学生5人一组，围绕化学反应工程的理论知识，结合指导老师自己的科研方向提炼出设计题目。如气固催化反应的本征及宏观动力学方程的求解及应用是化学反应工程课程中较为重要的知识点，围绕这一内容布置相关设计题目，如甲烷催化燃烧，机动车尾气的处理，VOC的处理等。在设计过程中，要求学生自学有关化学工艺学和化工设计相关知识，并查阅相关参考资料，熟悉反应过程的条件，使用催化剂等，然后小组讨论确定工艺流程，选定工艺条件，通过反应器的选型、设计和工艺计算等，对涉及到的工程问题和工艺问题进行综合，撰写设计说明书[3]。通过这种综合性的专业课程设计训练，锻炼了学生综合运用化工原理、化学反应工程、化工热力学等理论知识的能力。

4 学科竞赛在化学反应工程教学中的应用

很多学生认为化学反应工程课程枯燥，在将来的工作中很难得到应用，平时学习只是为了应付期末考试。滁州学院虽然属于应用性本科高校，但学生的动手能力并不强。由于实验室场地的限制，学生在学习过程中没有足够的实践环节，理论和实践没有有效的对接。化工相关学科竞赛可以帮助学生在《化学反应工程》学习过程中实现理论和实际有效结合。在化工类专业相关的学科竞赛中，学生不仅可以将所学理论知识应用于实践中，而且可以在竞赛中加深化学反应工程理论知识的理解。以学科竞赛为依托，将学科竞赛与实践教学充分融合，并将其贯穿于日常的化学反应工程教学中，有利于培养理论功底深厚且应用实践能力强的化工人才[4]。

滁州学院自2017年开始参加由中国化工学会、中国化工教育协会、教育部高等学校化工类专业教学指导委员会主办的全国大学生化工设计竞赛，每年均取得全国二等奖以上的好成绩。2018年参加了由教育部高等学校化工类专业教学指导委员会主办，四川大学化学工程学院承办，赢创工业集团独家冠名赞助的“赢创杯”第二届全国“互联网+化学反应工程”课模设计大赛，并取得了全国三等奖，设计题目为“气固相催化反应过程及内外扩散影响的消除”。化学反应工程课模设计大赛可以增加学生对《化学反应工程》课程的理解程度，促进学生的创新能力，在创新中强化理解和应用反应工程解决实际问题的能力，起到教学相长效果。依托化工类相关学科竞赛对化学反应工程的理论教学中的应用，使得教学目的更加明确，教学目标更加清晰，教学任务更加具体，促进了学生对《化学反应工程》课程的学习兴趣，提高了学生的学习效果。

5 结论

在化学反应工程理论教学中融入不同的实践教学过程，使学生在掌握化学工业中的基础理论、基本概念的同时，学会从工程的角度发现问题，思考问题，并具有独立解决工程问题的能力。