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化学科学与工程范文1
【关键词】：化学工程；系统；和谐；辩证法
自然界中的和谐系统比比皆是，大至宇宙，小到原子；地球生态系统是和谐的，动植物群落是和谐的，人类社会体系是和谐的，健康的人体更是一个绝妙的和谐体。所有这些和谐系统遵循着同样的辩证综合的规律，具体可以归纳出三条：1．统一律；2．层次律；3．进化律；所有和谐系统具有同样的性质：1．开放性；2．自组织性；3．非线性；4．无限发展性[1]。当爱因斯坦把大半生致力于统一场论时，其哲学上的需要相对物理学上而言或许要来得大，面对物理学的系统和谐，理论规则的分立是不能令他觉得满意的。而化学工程的发展是不是因循同样的哲学历程呢？
在化学工程作为学科开始被重视之前，化学工业已具有了相当的规模，各种具体的工程与工艺都被独立开来，在认识上是被分为各门特殊的知识，因此，当国外高等院校在十九世纪末开始设置"化学工程学"时，开设的课程大多是学习当时化学工业的各种工艺学，"化学工程"的概念在当时还是相当模糊的，在理论上充其量是化学与机械的一种混合（amalgam）。然而这种理论混合的模式在德国人看来却是很正统的，即使在今天，他们也避免专论"化学工程"，而是称之为"过程工程"（Process Engineering），这一名称实际上要比"化学工程"的范畴更广，甚至更为准确，凡是涉及一定流程与工艺的领域都是适用的。但我们习惯上还是沿用"化学工程"的名称。
二十世纪开始，化学工业迅猛发展，在社会经济中占的比重越来越大，客观上需要化学工程学科的发展和支持。随着生产力的发展，人们对事物运动规律性的认识也愈来愈深化，愈来愈有概括性。伴随着其他领域科学技术的快速进步，人们逐渐认识到化学工业中各门看似不相干的工程和工艺中存在着共同的物理特性。1901年，美G.E.的Davis《化学工程手册》的发表，初步提出了"化工物理过程"的原理。1900年始，以合成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工厂出现，如1913年，德哈勃-博施法高压合成氨技术的产业化，星火燎原的，化学工业呈现出巨大的发展前景。到了二十年代，美MIT的一些学者提出：不管化工生产的工艺如何千差万别，它们在众多的典型设备中进行着原理相同的物理过程。1920年，美MIT成立了第一个严格意义上的化工系，时W.K.Lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见解，引出了"单元操作"（Unit Operation）的概念，这一概念在苏联时期和我国则广泛称为"化工原理"。
1900年始的"分离工程"研究使"单元操作"的概念日趋成熟。被称为单元操作的过程主要有流体流动、传热、干燥、吸收、蒸发、萃取、结晶和过滤等，以这些单元操作作为研究和学习的主要内容，是化学工程学科在二十世纪前半期发展的核心，其理论迅速成为发展化学工业的重要基石。这种把千变万化、千差万别的过程和工艺概括成"单元操作"是生产力发展到一定水平的反映，是化学工程学从"个性"到"共性"的第一个哲学性概括，是在一个系统整体性把握的高度上建立了一门技术科学，体现了系统科学发展的和谐统一规律。
随着"单元操作"概念的确定，另一方面，化学工程学科中重要支柱之一的"反应工程"亦逐渐浮出水面。从最初的德Winkler流化床煤气化炉的应用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工艺的开发，又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产，化学工业上发展的高峰持续不绝，1940年美国FCC炼油开发成功，成为石油化工的起点。直到1957年，欧洲第一届反应工程会议，明确提出"反应工程"的概念，成为化学工程学科的重要组成部分，是化学工程学的进一步和谐统一。"反应工程"的建立，乃至今日仍备受困扰的"过程放大效应"问题，及从"逐级放大"到"数模放大"的研究都带动了"化工过程系统工程"的发展，并共同体现了系统科学发展的和谐层次律。
就在"反应工程"发展的同时，"单元操作"得到了更加深刻的认识，人们发现各单元操作之间存在着更为普遍的原理，"过滤只是流体传动的一个特例；蒸发不过是传热的一种形式；吸收和萃取都包含着质量的传递；干燥与蒸馏则是传热加传质的操作……"[2]于是单元操作可以看成是传热、传质及流体动量传递的特殊情况或特定的组合。这种认识的深化过程并没有停止，人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的类似性。于是从二十世纪50年代开始，人们综合了以往的成果，开始用统一的观点来研究三种传递过程。1960年，美威斯康辛大学（Univ. Wiscosin）的R.B.Bird教授出版了《Transport Phenomena》一书，系统地采用统一的方法来处理三种传递现象，从此化学工程学科的核心过渡到了"三传一反"的系统性概念。"三传"的研究是系统科学和谐进化律的又一体现，使化学工程学达到了一个新的整体性高度，这种高度的和谐统一是对客观世界本质性的认识，并在学科上反映出了系统科学的基本原理和性质，其影响力是普遍性的，是跨学科的，不仅使"传递原理"成为化学工程学的重要基础，同时在生物工程、机械、航天和土木建筑等工程学科上也具有重要意义，并日益成为工程专业共有的一门技术基础课，只是侧重点有所差异而已。
至此化学工程学科自身经历了一系列的演化和发展，并在短短的一个世纪中达到了一个前所未有的高度，涵括了众多的生产和应用领域，如医药、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化学品等，每年为社会提供数以亿吨计的千百万种产品，是人们衣、食、住、行须臾不可离开的物质基础，为社会繁荣作出了巨大贡献。然而事物总是一分为二的，从人类发展最为激动人心的口号"征服自然"到今天庞大的工业化进程，地球自然生态系统遭遇了前所未有的严峻局面，这之中，化学工业是造成大规模环境污染及恶性重复污染的主要过程之一，化学工程学科需要肩负起新的使命。1990年，"生态化工"（Eco-Chemical Engineering）的概念提出来了，相应在化工生产和过程工艺中提出了"清洁化工"和"绿色化工"的概念，因时应势，化学工程学开始了系统科学的自组织过程，这也是和谐系统对立统一发展的需要。在系统科学看来，自组织是和谐系统的基本性质之一，只有自组织系统能通过外部和自身内部的不断协调、整合，在适应环境的同时保持自己的特性并产生新的功能。从自发到自觉地，化学工程学吸收了自组织的理论，不断在广度和深度上充实、完善和发展。
随着新世纪的到来，世界正发生着全球性的变化，经济、社会、环境和技术等领域都面临着新范畴新理念的变更和冲击[3]。化学工程学科需要因应时展而改变传统的限制，不断有新的概念提出来，如化学工程应是伺机而待的专业（a profession in waiting）；化学工程师必须"be steeped in technology"，能够创新、开发、变换、调控和适应取代；化学工程学科要从"Process Engineering"达到"Product Engineering"再到"Formulation Engineering"。进一步的综合认为，化学工程学关注着同时发生在非常广泛的时空跨度内的现象，必须具备多尺度、多目标的方法来达到过程的总体优化。涵括了五个方面[4，5]：
转贴于 ① Nanoscale（纳观尺度）：研究量子化学、分子过程与分子模拟等。
② Microscale（微观尺度）：研究微粒、气泡、液滴、控制界面胶束和微流力学规律等。
③ Mesoscale（介观尺度）：研究换热设备、反应设备、塔器以及传统的"单元操作"和"三传一反"等。
④ Macroscale（宏观尺度）：研究生产装置和生产过程等。
⑤ Megascale（兆观尺度）：研究环境过程和大气生态过程等。
于是化学工程学的核心转变到了"多尺度、多目标择优"的概念，化学工程学科又到达一个新的和谐统一的高度，进入了更高层次的系统工程领域。
新的发展的深度促使化学工程学科作出了一定尺度的"分化"，然而这还远未结束，人们对世界的认识还在不断探索不断深入，一个更深刻更普遍也更一般的问题已经触到了化学工程学科的神经，触到了化学工程学的认识本质，并促使化学工程学需要有新的"融合"。这一问题就是"非线性及其包涵的混沌原理"，相对于"线性"是人类认识客观世界的基本工具，"非线性"则是客观世界的本质特征，是"线性"反映的目的，是从科学角度看待世界的一种和谐统一；而在对"混沌发展"的研究表明，"混沌运动的普遍存在，揭示了自然界中实际系统发展演化的新行为，混沌态的自相似性使这种时间演化表现为一种空间结构，而且以其不同空间尺度上的相似性，揭示了系统复杂运动的统一性。这种统一性是一个观察"整体"的问题，只有在长时间范围（因为混沌运动是一种长时间行为）和更高层次复杂性中才能显现出来。"[6，7]这一问题涵盖了自然科学和人文社会科学的众多领域，具有重大的科学价值和深刻的哲学方法论意义。马克思曾经预言："自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面，正如关于人类的科学把自然科学总括在自己下面一样：它们将成为一个科学。"从这一角度上，"非线性"问题是这种过程一体化的契合点以及整体认识论上的共性[8]。当站在这种整体性的高度上，化学工程学科获得了全新的视野和更强大的分析解决问题的能力，并最终具有了学科融合的基础。
在整个化学工程学科的孕育、诞生和发展过程中，始终交织着学科的"分化"与"融合"，除了上述尺度（scale）上的分化以外还有着所谓的石油化工、精细化工、高分子化工等专业上的分化；另一方面，作为近代工程技术，它又是自然科学（化学、物理等）和技术科学（机械、材料等）的融合。正如物理学家普朗克（Planck）所指出的："科学是内在的整体，它被分解为单独的部分不是取决于事物的本身，而是取决于人类认识能力的局限性，实际上存在着从物理到化学，通过生物学和人类学到社会学的连续的链条，这是任何一处都不能被打断的链条。"事实上，当化学工程学科的核心发展到"非线性混沌系统"时，实现科学的融合已是其客观系统性的需要，它需要强有力的非线性解算能力和综合分析能力。基于人工智能和神经生物学的人工神经网络（Artificial Neural Networks）技术为这种系统性的融合提供了新的思路和途径。人工神经网络特有的信息处理能力在愈来愈多的领域中展现出广阔的应用前景，它具有如下特点[9，10]：
① 学习：神经网络可以根据外界环境修改自身行为，这使它比其他任何方法接受自身感兴趣的外界信息更敏感。
② 概括：经过学习训练后，神经网络的响应在某种程度上能够对外界信息的少量丢失或自身组织的局部缺损不再很敏感，反映了神经网络的健壮性（鲁棒性），即工程上说的"容错"能力。
③ 抽取：神经网络具有抽取外界输入信息特征的特殊功能，在某种意义上可以说它能"创造"出未见的事物。
④ 模拟：神经网络由众多的神经元组成，以并行的方式处理信息，大大加快了运行速度，可以逼近任意复杂的非线性系统。
当然，神经网络并非十全十美，其自身的发展就曾经历过相当曲折的过程，但是，人工神经网络（ANNs）特性的融合将是化学工程学科发展到非线性核心系统的自组织适应和需要。例如采用神经网络设计的控制系统，适应性、稳定性和智能性均较好，能处理复杂工艺过程的控制问题，也使得化学工程师不但也是机械工程师，还首先是系统工程师，并能从最一般的非线性原理出发，解决实际过程的创新、应用、开发、生产等问题。
生产力的不断发展，科学技术的持续进步，人类认识自然和改造自然的不断深化，化学工程学科必将不断"分化"和"融合"，体现出和谐系统的无限发展性质。
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化学科学与工程范文2
1课程性质与定位
精细化工门类众多,品种繁杂,技术进步迅速,产品更新频繁,是一门典型的工程技术科学.精细化工课程是以市场需求为导向,以专业技术应用能力培养为主线,以适应培养应用型精细化学品生产技术人才的需求而设置的专业核心课程,内容主要包括无机精细化学品、表面活性剂、食品添加剂、胶粘剂、功能高分子、电子信息材料、涂料等典型精细化学品的制备技术及相关知识.本课程以典型精细化学品的生产方法为主线,综合应用精细有机合成单元反应、化工原理等相关知识及能力,理论密切联系实际,突出典型精细化学品的合成与复配.课程教学按制备原理与工艺应用机理产品介绍研究进展四大知识模块顺序进行.课程讲授中注重产品开发思路的引导,通过本课程的学习,可使学生受到创新精神的熏陶,对培养学生的创新意识和能力以及将来的就业、工作能力有着重要的积极作用.课程的教学环节除了包括课堂讲授,还应有学生自学、习题课讨论、实验、答疑、课堂测试和期末考试.通过上述基本教学步骤,要求学生掌握和了解精细化工发展的重点及本学科的主要研究方向和内容,能打下精细化工工艺学的深厚基础,使学生受到良好的基本功训练,拓宽学生的知识面和增强其独立思考问题的能力.
2教学内容与学习兴趣
在教学内容的选取上,基于课程开设的对象并考虑到教学内容要具有科学性、知识性和趣味性,以增强学生的学习兴趣,在具体的教学内容中,应按制备原理与工艺、应用机理、产品介绍及研究进展四大板块进行,即以典型精细化学品的生产方法为主线,综合应用精细有机合成单元反应、化工原理等相关知识及能力,理论密切联系实际,突出典型精细化学品的合成与复配.(表略)是本课程的主要教学内容.在具体的教学过程中,教学内容还应紧随时代脉搏,不断充实与更新,体现其先进性,并以贴近生活的实例进行化学知识的导引.在介绍表面活性剂时,应多介绍表面活性剂的用途,比如当用作药物制剂的辅料时,它可以作为载体、乳化剂、润湿剂或渗透剂、增溶剂及助溶剂等,赋予药剂以必要的物理、化学、药理和生物学性质,有的还可以直接作为药物.在介绍食品添加剂时,除了一些重要的应用,还要着重介绍对食品添加剂的认识误区,即人们往往认为天然的食品添加剂比人工化学合成的安全,实际许多天然产品的毒性因目前的检测手段、检测的内容所限,尚不能做出准确的判断,而且,与已检测出的结果比较,天然食品添加剂并不比合成的毒性小.让学生正确看待食品添加剂的必要性、安全用量以及有毒的添加剂的危害.再如讲到合成材料时向学生介绍现在人们已合成具有光、电、磁等特殊功能的合成材料、隐身复合材料等,如在讲到农药和化肥时,要讲清农药和化肥的使用,对农业的高产起到重要的作用,又要强调农药和化肥的大量使用会导致土壤退化及水、大气和环境污染等问题.以社会生活实例为背景介绍相关的精细化学品及其应用,有助于提高学生的学习兴趣,同时还能够达到理想的教学效果.
3教学方法与手段
本着“服务是宗旨,就业是导向,倡导做中学,走产学结合的路子”的教育教学新理念,充分体现“理论与实践相结合,重视学生的技能培养”的精神;在教学过程中依据以教师为主导,学生为主体的原则,教师适时讲授,引导学生积极思维,组织学生活动、讨论;运用多媒体教学,做到理论联系实际.依据课程要求,在吃透教学资源基础上,教师应熟悉本课程教学的教学重点、难点.本课程的重点是典型精细化学品的作用原理以及主要用途.通过合理设计教学内容和环节,平时评价考核与集中评价考核相结合,教师评价与学生评价相结合突出重点.难点是培养学生理论联系实际的能力、创新能力、配方分析能力、查阅手册资料并运用其数据资料的能力.通过教师精讲、应用观摩、学生实验突破难点.课堂教学应废除灌输式,采用启发式和讨论式教学,不断把学科最新成果引入教学,精讲多练,循序渐进,用提问、启迪、讲授、探讨、总结的方式教学,最好采用举例法,引导同学们与实际联系起来,做到理论联系实际,达到教师与学生双向互动,激发学生主动学习的热情.运用板书教学及多媒体辅助教学相结合的手段,使难于理解的反应机制通过图像、图片、数据及动画结合融为一体,直观地表现出来,激发学生的学习兴趣,让学生学习更轻松愉快.同时,应用多媒体教学要体现以教师为主导、学生为主体的教学思想,提高多媒体教学水平,合理使用多媒体课件进行课程教学,提高教学效果.
4培养目标与考核方式
根据人才培养目标要求和当今社会以及学生个人发展的需要,结合我国精细化工课程的现状和发展趋势,制定本课程的教学目标如下.
4.1通用能力目标(1)培养学生刻苦、严谨、求实、创新的科学作风,树立正确的科学观和方法论,用科学的态度观察和分析问题;(2)培养和提高学生的综合能力和综合素质,使之能理论联系实际,具有创新意识;(3)培养工作严谨、有序、珍惜仪器设备的良好实验习惯;(4)培养学生良好的敬业精神和团队意识,使之具有优良的职业素养.
化学科学与工程范文3
关键词：化工工艺学；课程建设；工程能力；教学
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0271-02
随着我国经济迅速发展，社会对对化工人才培养提出了更高的要求。本科院校工科教育的主要目标之一是培养高素质的工程技术人才，使学生在获得专业知识和技能的同时具备较高的综合素质和创新能力。教育部“卓越工程师培养计划”明确提出“……改革工程教育人才培养模式，提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力……”。强化学生工程能力的培养已成为高校工科专业人才培养的核心任务。化学工程与工艺专业肩负着培养高级化工人才的使命，专业工程性质突出。培养学生的工程能力，不仅要加强实践环节建设，更要重视理论课教学特别是专业课教学的指导作用。化学工程与工艺专业主要面向的工业部门是化学工业，属流程工业，往往涉及一系列物理、化学和生物加工过程。化工产品的生产是各种化学单元反应和化工单元操作的有机组合和综合应用。化工工艺学是根据化学、物理、物理化学、化学工程原理和其他科学的成就，研究综合利用各种原料生产化学产品的方法原理、操作条件、流程和设备，以创立技术先进、经济合理、安全环保的化工生产工艺的学科，被认为是架在实验室研究与工业生产中的一个桥梁。课程工程性强，存在许多与实践环节的关联点，是培养学生工程能力的适宜载体。关于化工工艺学课程教学已由不少报道。黄美英[1]等对强化课堂教学、加强实践与理论教学相结合以及强化学生工程观念等方面对《化工工艺学》课程教学方法的改革进行了探讨；邱玉娥等[2]指出该课程教学应加强工程意识和创新意识的培养，并尝试采用“传统型、技改型、创新型”案例教学法强化培养学生的技改创新意识。王钧伟等[3]认为可通过精选教材内容、强化实践教学、追踪学科发展、开设专题报告、加强绿色教育等方式，提高学生学习热情，锻炼学生的实际动手能力，培养学生的创新意识，增强教学效果。本文介绍了在化工工艺学的课程建设和教学中突出学生工程能力培养的一些新尝试。
一、课程教学目的再认识
从化工生产工艺角度出发，运用化工过程的基本原理，阐明化工工艺的基本概念和流程组织、物料衡算、热量衡算的通用方法，介绍典型产品的生产原理、典型流程、关键设备、工艺条件。典型产品生产工艺的讲解重点放在分析和讨论反应、分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件的依据、反应设备的结构特点、流程的组织等；同时对工艺路线、流程的经济技术指标、能量回收利用、副产物的回收利用及三废处理运作进行一定的论述。使学生获得广博的化学工艺知识，培养工程能力，以便在生产与研究开发工作中开拓思路，灵活运用，不断开发应用新技术、新工艺、新产品和新设备，更好地满足社会需要。为强化工程能力培养，要重视本课程对专业实验、课程设计、生产实习等实践环节的指导作用，教学活动与实践环节有机关联，画龙点睛，有的放矢。
二、课程教学资源建设突出学生工程认知、工程设计、实验操作
依据课程实践性、综合性、复杂性，为提高学生的工程认知能力和感性认识，基于FLASH和网页制作等软件工具，开发了多功能的化工工艺学资源库，包括：例题分析、图形演示、生产装置实际录像和图片、实习现场实际教学录像和图片等。学生可随时通过网络观摩这些资源。学生将工业生产装置和工艺展示的视频看作理论联系实际的视觉纽带，访问的积极性高。《化学工艺学》中流程图较多，如果采用学生自己看书本中的流程图，然后老师讲解的教学方法，很容易让学生感觉枯燥无味，所以本课程特别重视直观、丰富多彩的多媒体教学方式的高效应用，课件可通过网课程络平台自由访问。在绘制工艺流程图时，尽量使用动态画面，如把物料的流动做成动画，管道、设备、阀门等做成立体图，不同的物料及公用工程用不同的颜色区分，力求逼真、醒目。固体燃料气化制备合成氨原料气的间歇造气过程的操作循环的动画演示就很受学生欢迎。在本课程的建设安排了课程设计，其中大约■的设计题目与授课内容直接相关，如合成氨、芳烃分离、天然气制甲醇等，着重培养学生分析问题、解决问题的综合能力，锻炼和提高其对工艺路线的设计、设备选型，以及车间布置和管道布置的能力，培养正确、熟练查阅工艺设计规范、手册及参考书的技能。将教师科研项目、社会正在建设的工程项目等引入教学，强化学生的应用意识和工程观念。化工专业综合实验中设置乙苯脱氢、反应精馏、喷雾干燥、空气分离等与化工工艺学授课内容直接相关的实验项目。
三、课程教学突出培养学生的“当代工程观”
工程观是人们关于工程活动的基本理念，是认识和进行工程活动的指南。工程观念的强弱和趋向直接影响着从业人员的实践能力。在当代学科交叉渗透的趋势下形成的当代工程观[4]是对传统工程观的扬弃和超越。当代工程观视生态环境为工程活动的内生因素，认为工程活动不但受生态环境的制约，而且应按照生态规律重塑生态活动的方式[4]。化工工艺学是培养学生工程意识的良好媒介。在绪论部分，我们强调工艺技术不同于实验室制备技术，工艺路线评价要突出理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的安全性、经济上的合理性，还要突出环境及生态相容性。讲解具体产品的生产工艺过程中，将原子经济性（AE）[5]、环境商（EQ）[6，7]的概念进行具体计算、剖析。比如氯醇法与乙烯环氧化法制备环氧乙烷路线的比较就是用案例教学提高学生对可持续发展的责任意识和创新素质的生动素材。
四、授课过程强化与实践环节的联系
在授课过程中，我们适时引入后期开设的专业实验、课程设计的题目，提高学习的针对性，如介绍乙苯脱氢时让学生思考专业实验将重点考虑的问题：降低体系分压的方法、测定乙苯转化率和苯乙烯收率的方法、采用色谱定量时苯乙烯的出峰顺序等；在讲解物料衡算、热量衡算、工程图纸视图、流程组织时强调在课程设计、毕业设计中的实际应用；在介绍特殊设备布置时强调设计发展，如介绍合成氨工艺技术时引入废热锅炉的适度倾斜布置；适时介绍生产实习中遇到的工艺技术问题，并启发学生分析、解决这些问题，引导学生建立工程应用意识；授课期间带学生去观摩校内实验及中试装置，突出情景式教学，使理论学习与实践环节无缝统一、相互促进。
五、授课过程突出原理-条件-流程-设备一条主线
为强化工程意识，使学生形成做工程就是做细节的理念，在介绍氨、C8芳烃、甲醇、苯乙烯、环氧乙烷、丙烯腈、氯乙烯等产品制备技术时，用整体一条线的思想组织教学：按照产品性质、用途―生产原理（含主副反应、热力学和动力学分析）―催化剂选择―工艺条件讨论─工艺流程比较―设备分析的顺序，由浅入深，渐入佳境。
强化学生工程能力的培养已成为工科高校实践和理论教学的核心任务，通过化工工艺学教学培养学生工程能力是课程建设的内在要求。强化与工程认知、工程设计、实验操作相关教学资源建设，授课中贯彻当代工程观，授课过程与实践环节紧密结合，用原理-条件-流程-设备整体一条线组织教学等是在化工工艺学教学中培养学生工程能力的有效措施。
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化学科学与工程范文4
关键词：化工过程；设计；优化；研究生；课程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）33-0060-02
《化工过程设计与优化》课程是化工类研究生专业课中的一门综合性强，知识面广泛的化学工程专业课，可以培养化学工程专业学生的工程实践意识，受到国内化工专业高校的重视。合肥工业大学化工学院制定了《化工过程设计与优化》的研究生课程计划，学院经过研究，决定从2006年开始在化学工程专业研究生中开设《化工过程设计与优化》选修课程。经过几年的教学实践，改进了教学内容和教学形式，开课取得成功。在近6年的校本部研究生及企业研究生班教学过程中，我们对课程内容和教学方法进行了一些有益地尝试，逐步形成了一套适合本校学生特点的教材，培养了学生的化学工程实验意识和工作能力，毕业学生受到用人单位好评。
一、分析取舍国内外相关教材的教学内容
“优化”已成为一门系统的数学理论性学科。国外的一些原版教材或译书箱大多涉及优化的数学模型建立、因素分析和计算等理论，或者介绍Aspen Plus和PRO/II等软件的应用等。教材的数学理论性强，难度大，与化学工程关联度偏小，难以直接用于本校化学工程专业研究生的教学。国内出版的化工过程与设计方面的教材较多偏重工艺描述，与化工优化知识的结合点少，不能直接采用。我们从国内外的教材中进行选取，注重各章知识点完整性和连贯，强化工程实践意识的培养。经过几轮教学效果比较和学生反馈，最终确定总学时32，主要教学内容分为：①优化基本理论及概念；②优化理论在化工领域的应用；③项目立项及化工厂设计；④化工过程优化与设备选型；⑤化工与优化专题讨论。近年来，通过与华东理工大学、天津大学等高校的调研与交流，收集整理相关的图书资料，我们还对现有教学讲议及PPT课件进行了一些充实和完善，最终形成包含有化工基础知识，管路及设备选型，工艺路线优化，各种操作单元设计优化与组合方法，公用工程设计，计算机辅助设计基础知识，可研性报告编写，技术经济分析，绿色化工过程等适用合肥工业大学的生源状况的教学讲义及PPT，解决了课程缺少合适教学资料支持的问题。
二、改革教学方法，因人施教
随着研究生招生人数的增加，合肥工业大学化工学院研究生的生源发生较大变化。2012年度，“211”以上生源占33%，其他大多为阜阳师范学院、合肥学院，皖西学院等本省非工科背景生源。这些学生中，有的缺乏化工基础知识，有的实际工作经验丰富，但理论功底薄弱。针对生源情况，我们在教学中注意适当补充一些基础化学工程知识点，通过化工与优化专题讨论教学过程，布置相关章节阅读作业，补充理科或师范生源学生的化工管路，流体输运机械，反应釜，搅拌器类型，板式塔或填料塔等知识点。通过教学方法上的设计，通过4～5个学生搭配组成的学习小组，共同完成一个设计型课题，让非化工专业背景学生掌握化工设计的基础知识。对基础好的学生，则布置Aspen Plus、PRO/II和ChemCAD软件应用专题，让学生通过工艺过程，掌握计算机辅助设计、模拟及优化系统知识，参加化工项目设计竞赛。在教学过程中，教师把与企业合作中得到的感受向学生做生动地讲解，并结合企业中的化工优化与化工厂设计实例，课堂气氛活跃，师生有所互动，受到本校学生及企业研究生班学员的好评。
三、培养学生的化工经济分析和绿色化工思想
近年来，国家对化工项目申报和实施过程有了法定程序，如项目经济分析，可行性论证，安全与环境评估及社会影响等流程。一些用人单位反映，相当多的化学工程专业研究生不会编写项目可研性报告，不了解项目的设计―评估―施工―验收―冷模―中试―生产整个流程。中国化工学会理事长等专家在合肥工业大学做学术报告时，曾呼吁化工学院应对研究生增设化工项目的可行性报告编写，项目经济分析，平立面优化设计及绿色化工等课程。因此，教学过程中，我们以化工学院与合肥安邦化工有限公司合作开发的“2000t/a溶剂法TAIC交联剂的清洁生产技术研究及产业化项目”为范例，从项目建议书开始，在课堂上把科研报告，环评，安评，总图设计，施工图设计等资料展示给学生，讲评化工厂建设的资料编写技巧，使学生对化工厂设计过程有了认识。在安徽省化工设计院的帮助下，结合该项目的设计图纸，补充学生化工设计制图、识图知识及化工产品的分类等国家标准。
四、在教学过程中丰富教学内容，改进教学方法
《化工过程设计与优化》属于新开课程，考虑到缺少教材和教学经验，化工学院把《化工过程设计与优化》课程定位为研究生的专业选修课，进行教学实验。在2006学年选课过程中，研究生导师和学生对这门课不太了解，选课的学生只有5人。起初，我们从图书馆查阅有关优化和化工设计的图书资料，从20多本相关图书中寻找出相关的教学素材。例如考虑到化学工程专业学生的理论数学基础较弱，我们避开严格的数学推导过程，直接采用应用数学的优化结果，如求取极值和黄金分割法等一些优化方法，来处理化工领域的一些工艺优化问题。我们将管路计算，污水处理，工艺参数，换热器，精馏塔的设计与优化作为第二章。课程结束后，布置一些化工过程的优化专题课外作业。在承担的教学过程中，先后补充了常见化工单元操作优化与设备造型，化工识图，化工经济评价，绿色化工设计等内容。随着选课人数的增加，我们在教学方式上进行了改进，增加专题讨论环节。将学生分为若干个专题组，让学生根据所学知识，通过查阅文献，对管路设计及优化，项目建议书，搅拌器形式与选型等某个单元进行演讲和讲评，调动了学生的工程实践意识，活跃了课堂学术气氛。我们对学生的专题作业进行总结，从中选定一些新的知识点，补充到课件，用于下年的教学。
《化工过程设计与优化》课程处于发展与完善阶段，涉及的内容多，教学内容起点高，国内各个高校还没有相对固定或成熟的教辅资料。从师资上讲，教师的工程实践经验不足，难以把握教学内容。拟通过与同行交流学习，完善教材内容和教学形式。
参考文献：
[1]何小荣.化工过程优化[M].北京：清华大学出版社，2003.
[2]刘道德，等.化工设备的选择与设计[M].长沙：中南大学出版社，1991.
[3]陈声宗.化工过程开发与设计[M].北京：化学工业出版社，2005.
[4]胡上序，等.化工过程的建模/仿真和优化[M].杭州：浙江大学出版社，2006.
[5]祝湘陵，郭海敏.高等教育综合化与工科研究生创新型人才培养[J].长江大学报（社会科学版），2007，31（1）：117-119.
[6]李柏林，张建伟.“石油化学”课程改革与实践[J].中国电力教育，2010，（28）：93-94.
[7]刘敏，罗婕，戴玉春.仿真技术在《化工原理》教学中创新应用与实践[J].河北化工，2010，33（9）：71-73.
[8]Warren L.McCabe Julian C.Smith Peter Harrott Uint operations of chemical engineering，sixth edition，McGraw Hill Education，ISBN 7-5025-4428-3，2001.
化学科学与工程范文5
关键词：物理化学 教学改革
物理化学是以物理学的原理和技术研究化学问题的学科，是化工类各专业中最重要的的四大基础课程之一[1]。它在数学、物理学及无机化学、有机化学、分析化学的基础上，进一步系统阐述化学的理论，为后续的专业课程学习、知识应用和科学研究提供更全面、更直接的基础，是链接基础学科和应用学科、科学研究的桥梁。[1]
由于该课程内容逻辑性强、概念抽象难懂、公式较多，导致学生常常不易理解接受，难以学好。加上我校学生多来自西部民族地区，原有理论基础较为薄弱，因此结合我校实际情况，对物理化学课程的教学思想、教学方法等进行了一系列的实践与探索。
1 重新设计教学方案，体现分层教学思想
我校化工学院和生命科学与工程学院均开设物理化学课程，共涉及7个专业，在教学方案设计上，分为3个层次：第一层次为化学工程与工艺专业、高分子材料与工程专业、应用化学专业；第二层次为环境工程专业，制药工程专业；第三层次为食品工程专业，生物工程专业。针对不同专业的培养方案和要求，在实际教学中需要在各个层次上体现出教学学时，教学目的，教学内容上的差别，通过设计教学的各个环节使各专业学生达到专业培养方案中所提到的要求，因此我们制定分层次的教学大纲，制定分层次的教学进度表，在教学中除了讲授物理化学基础理论知识之外，还要整理不同专业方向的前沿知识，注重理论联系实际，体现分级教学的思想。[2]
2 大胆探索和尝试，提出3大教学法
以著名教育学家奥苏贝尔的同化理论为依据，结合物理化学课程的自身特点，充分考虑学习者的心里特征，通过教学方法的创新，使学生对知识本身和形成过程产生兴趣，从而达到良好的教学效果。
2.1框架式教学方法
物理化学分为热力学、动力学、电化学、界面化学、胶体化学五大部分，在教学中要让学生掌握每一个部分要解决的核心问题，比如热力学解决能量、方向和限度问题；动力学解决速率和机理问题；电化学解决电解质溶液理论问题，可逆电化学问题和不可逆电化学问题。对物理化学理论知识体系有一个全面的认识。
在具体到每一章每一节的学习，在教学中会把事先准备好的教学提纲材料印发给学生，提纲中包含了章节学习重点、难点；知识结构主线；要预习的内容、进度；讨论的问题；达到的学习要求等信息。
在每一个章节学习结束后，都加一个框架总结的环节，例如在物理化学热力学的教学中，要求学生做到以下几点：
① 掌握热力学中 U H F G S函数间的联系
②掌握五个函数及重要公式间的联系
③掌握重要公式间的联系
④提倡由一个公式出发推导其他公式。
2.2 科学研究辅助式教学法
科研和教学本身就是相辅相成的，以科研来带动教学，激发学生的兴趣， 拓展学生的能力，提升学生的科学素养[2]，在实际教学中我们会安排二类研究性题目，一是学生感兴趣的题目；二是教师的科研题目。从实验题目的选择、实验方案的设计到实验数据的处理， 都由学生独立完成， 这既能让学生在分析问题，解决问题的过程中巩固和提高理论知识，又为学生将来的科学研究打下了良好的基础。通过这种教学方式的实施，取得了良好的教学效果，并多次在学校“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中取得优异成绩。
2.3 互动式教学法
教学是以学生为中心的双边活动，教师在主持，设计，调整教学的过程中，应该把学生的学习主体地位摆在首位，使学生在学习过程中有着积极的兴趣和饱满的精神状态，积极主动的思考。在实际教学中，我们发现互动式学习是一个很好的教学模式。例如， “ 偏摩尔量”和“化学势” 一节的教学中， 可以采用课堂讨论方式，课前教师给学生拟定如下几个讨论题目： （1）偏摩尔量和摩尔量的区别是什么？为什么在多组分体系热力学中必须要学习偏摩尔量？ （2）从化学势的定义中能够看出化学势是一个表示什么含义的物理量？（3）学完偏摩尔量、化学势和偏摩尔量集合公式，我们能从理论上解决什么问题？在交流互动中，认真听取每一个学生的发言，对独特的见解或新颖的观点， 进行鼓励。在交流互动中，对学生的观点进行归纳和总结[3]，取得了良好教学效果。[3]
3 教学改革的实践效果
物理化学教学改革实施多年，在化工学院和生命科学与工程学院近40个左右的专业班级上实践，取得了良好的教学效果，主要表现为以下几个方面：
1）实现了分级教学，教学内容更加合理。
2）借鉴和吸收先进教育理论，由传统的“老师为中心”的模式转变为“学生为中心”的模式，注重了学生的学习心理。
3）在教学方法上实现转变，由传统的“教师讲学生记记笔记做习题”转变为框架式教学法、科学研究辅助式教学法、互动式教学法相结合。
总之， 物理化学课程作为化工类各专业的一门基础理论课程， 需要我们结合化工类各专业的特点和培养要求，合理选取和不断更新教学内容，大胆尝试教学内容改革；不断学习和借鉴新的教育学，心理学的最新成果和理论，大胆尝试教学方法改革。最终培养出基础知识深厚，创新意识和创新能力强的实用型专业人才。
参考文献：
[1] 苏育志 宋健华关于物理化学课程教学改革的实践和探索[J]广州师院学报.1998（4）.19：14-18.
[2]高盘亮 与时俱进，实现物理化学教学的创新[J]临沂师范学院学报2004（6）.26：76-78.
[3] 赵东江 高师院校物理化学教学的改革与实践[J]吉林省教育学院学报2005（2）.21：54-56.
Research and Exploration on the teaching of physical chemistry curriculum reform in Ethnic Universities and colleges of Engineering Physics
PengCheng1 TianHUA1
（1 Chemical Engineering institute of Northwest University For Nationalities Gansu Lanzhou 730030）
化学科学与工程范文6
Abstract： Food science and engineering has practical extremely features.There are out of touch with the actual production for the traditional practice teaching mode， and other defects. In order to improve the quality of teaching and professional teaching effectiveness to build a good platform， the practice teaching mode of food science and engineering major of production-learning-research cooperation was built.
关键词： 产学研合作教育；实践教学；模式
Key words： production-learning-research cooperation education；practice teaching；mode
中图分类号：G40 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）05-0250-02
0 引言
食品科学与工程专业属我国高等院校中理工科专业，其培养目标是培养具有化学、生物学、食品工程和食品技术知识，能在食品领域内从事食品生产技术管理、品质控制、产品开发、科学研究、工程设计等方面工作的食品科学与工程学科的高级工程技术人才。[1]食品科学与工程专业的培养要求是，主要学习化学、生物学和食品工程学的基本理论和基本知识，受到食品生产技术管理、食品工程设计和科学研究等方面的基本训练，具有食品保藏、加工和资源综合利用方面的基本能力。食品科学与工程专业的培养目标与培养要求决定了学生除了要掌握扎实的理论基础外，还需要具有一定的实际动手能力以及分析问题、解决问题的能力，食品科学与工程专业所具有的实践性极强的特点，也决定了实践教学环节在人才培养过程中的特殊地位与作用。然而，传统的实践教学模式存在与实际生产脱节等弊端，已不能完全适应当代高校教育的需要。构建产学研相结合的实践教学模式，可以实现教学、科研、生产三结合，更有效地提高办学水平和人才培养质量，克服高等教育脱离社会实践需要的倾向。[2]
1 产学研相结合的实践教学模式的特点
产学研相结合实践教学模式是一种以培养学生的全面素质、综合能力和就业竞争能力为重点，充分利用学校、企业与科研场所等多种不同的教育环境和教育资源，以及各自在人才培养方面的优势，把以课堂教学传授间接知识为主的学校教育与直接获取实际经验、实践能力为主的生产、科研实践有机结合，把理论知识、生产实际与科学研究三个环节有机结合，把理性认识与感性认识有机结合而形成的一种多元化的实践教学模式。[3]
产学研合作教育为学生提供了一个真实的实践环境，让学生在真是的实践中感受体验知识，激发自身的求知欲和奋发向上的情操，达到自我塑造、自我发展、自我完善的过程。[4]
构建产学研相结合的实践教学模式，可以为学生构建一个把理论知识——生产实际——科学研究三个环节融为一体的实践教学模式，将产学研有机结合，以人才培养为中心，以学生就业为导向，紧紧围绕实验教学、教学与科研、教学与生产、教学与市场等关系，使学生能够以教学实验指导实际生产，以生产实践拓展教学实验，进一步强化学生实践能力的培养，使他们成为真正的应用型人才。
2 改革传统实践教学方式，构建产学研相结合的实践教学模式
食品科学与工程专业实践教学的目标是：通过系统的实践训练，强化理论教学内容，训练基本专业技能，加深对专业、行业、社会的认识。学生在实践教学环节的训练过程中，不仅应该完成从感性认识到理性认识、再从理性认识到实践的飞跃，还应该在实践教学环节中建立强烈的事业心和责任心，使学生通过实践教学环节，能够掌握较强的分析和解决食品工程中出现的实际问题的能力，成为适应面广、适应性强、既能从事技术开发、也能参与产品研发和企业的技术改造，具有较强综合素质的专业人才。
基于食品科学与工程专业实践教学的目标，改革食品科学与工程专业的实践教学体系，构建实验课程与生产实际及科学研究紧密结合的产学研相结合实践教学模式。其结构图如图1。
2.1 产学研相结合的实践教学模式的软件建设 目前各高校食品科学与工程专业的实践教学环节大多是以实验教材中的实验项目为基本内容在校内实验室完成的，这种墨守成规的实践教学模式，往往与当地的地方经济与特色，以及食品加工企业设计生产操作存在较严重的偏差与脱轨。因此，深化食品科学与工程专业的实践教学环节改革，构建更加科学有效的实践教学模式的研究，显得尤为必要与迫切。
产学研相结合实践教学模式的软件建设包括实践教学目标体系、内容体系、管理体系、评价体系和保障体系等，其目的是对实践教学环节的监督、约束与规范，使实践教学过程能够按照科学的约定成熟的条例、规则及规章制度保质保量地完成，以获取应有的教学效果。产学研相结合实践教学模式的软件建设如结构图2。
2.2 构建与实际生产紧密结合的实践教学模式 构建与实际生产紧密结合的实践教学模式，应该根据地方经济与农产品特色，针对当地及周边地区食品加工企业的实际状况，改革、建立具有当地特色的食品专业实验教学内容体系，使校内实验教学内容能够与相对应的食品加工企业的实际操作紧密结合。与实际生产紧密结合的实践教学模式如结构图3。
构建产学研相结合实践教学模式，需要充分了解当地食品产业特色及食品加工工业现状，并结合学校食品专业的实验实践教学课程与教学内容，建立对口的见习实习基地以及互惠双赢的合作机制，构建与生产实际紧密结合的实践教学模式。
茂名市是全国最大的水果生产基地及罗非鱼养殖基地，茂名的博贺港是全省三大渔港之一，盛产龙虾、对虾、海参、鲈鱼、膏蟹等，全市水产品产量居全省第一。因此茂名的食品加工业近年来一直迅猛发展，果蔬加工保藏、水产品加工、肉制品加工、饮料、酿酒等一应俱全，这为我校食品相关专业构建产学研相结合实践教学模式提供了极好的条件与资源。比如：食品加工与保藏原理实验项目“软罐头的杀菌保鲜设计性实验”，我们结合茂名龙海海蜇集团有限公司的实际生产设计实验，该公司加工的即食海蜇丝采用软包装袋包装，且需要进行杀菌试验。食品分析实验中的实验项目 “麦芽质量指标的测定”，我们结合湛江珠江啤酒有限公司的实际生产进行，该企业为我校食品科学与工程专业实习基地，已完成5届学生的认识实习。该实验项目从实验原料到检测指标及检测方法，均按照该企业的实际操作标准及要求进行，这样，既可实现学习与生产的完全对接，同时也增加了该实验项目的趣味性。茂名市质量技术监督局是我校食品科学与工程的实习基地，该局负有对食品的生产、流通领域的产品质量实施监督检（抽）查的质量监督职能，该局的质量计量监督检测所检测食品分析的种类及项目较为齐全，包括目前我们所开设的所有食品分析实验项目。我们组织食品科学与工程专业学生到该局参观，部分学生参与到日常检测工作中，在相关技术人员的指导下，完成多个食品成分的检测。
通过与当地生产实际相结合实践教学环节，学生能够在校内实验、见习实习等教学活动中更好地将理论与实际相结合；校内与校外相结合，能够更深地体会到学有所用，更强烈地激发学习兴趣。
2.3 构建与科研创新紧密结合的实践教学模式 鼓励教师将自己的科研体会、科研经验、科研方法、学科研究领域所了解的新进展以及科研成果融入实验教学、课程设计、实习实践、毕业论文等实践教学环节之中。通过构建与科研创新紧密结合的实践教学模式，使学生在本科学习期间有较多的机会与渠道接触与参与教师的科研领域，让他们尽快适应一场“学习的革命”，尽早进入“科研”角色，加入到实践创新项目中，提高组织协调能力及创业创新能力，树立合作意识，培养团队精神。与科研创新紧密结合的实践教学模式如结构图4。
学生科研训练是人才培养的重要组成部分，为了使学生尽早进入专业科研领域，接触学科前沿，掌握必要的科研方法及科研能力，学校应该给学生创造与提供更多的科研训练渠道，再通过教师与企业间的充分接触，建立面向科研的横向联系，为学生参与科研提供项目内容保证。同时综合组织机构、执行程序、项目来源、政策保障等方面制定大学生科研训练计划并加以实施，使科研能力的培养环节真正渗入到实践教学过程之中。
3 构建产学研相结合的实践教学模式需要解决的关键问题
①改革实践教学体系，增加见习实习及科研创新环节的权重，使实践操作与科研创新进一步融入教学过程之中。②结合地方特色与当地食品加工工业现状，调整食品科学与工程专业的专业实验内容，充分融入与食品加工企业相对应或者相关联的实验项目或实验方法，完成具有本地特色的实验教材建设。③建设见习实习基地，充分利用地方资源，以校企合作为目的，建立互惠互利共同发展的双赢合作机制。④鼓励师生科研合作，加强实验室及科研条件建设，拓宽学生参与教师科研的渠道，建立食品科学与工程专业的本科生导师制，以及教师指导学生科研的激励机制。
参考文献：
[1]赵辉，平文祥，李海英等.综合性大学食品科学与工程专业人才培养模式和课程体系改革的研究[J].黑龙江教育，2008，（1，2），66-67.
[2]李东霄，常景玲.“产学研”合作教育课程体系的探索与实践[J].教育学术月刊，2011，（3），96-99.
