研究生“高等化学反应工程”课程教学方法探讨
摘要：教学中精炼理论、突出重点，提高研究生基础理论水平；课堂教学与课题研究相结合，提高研究生分析问题、解决问题和实践技能水平；课堂讨论式教学，提高研究生综合素质水平。
关键词：高等化学反应工程；创新；分析问题
作者简介：张萍（1960-），女，湖南安化人，上海电力学院环境与化学工程学院，副教授；辛志玲（1975-），女，山东海阳人，上海电力学院环境与化学工程学院，副教授。（上海 200090）
中图分类号：G643.2 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）15-0063-02
化学反应工程学科的形成和发展至今已经历了近百年的历史。随着社会和科技的进步，化工方面的新知识和新理论被不断拓扩，如何结合当今社会的人才需求来创新和完善高校研究生高等反应工程教学是值得探讨的课题。
高等反应工程是化工类专业的一门涉及物理化学、化工热力学、化工传递过程、优化与控制等知识领域的技术基础课程，主要研究工业规模化学反应过程的生产过程、生产装置、优化设计与控制，是一门综合性强、涉及面广、数学要求高的专业技术学科，[1]该课程涉及大量数学模型的建立及理论推导。研究生的“高等化学反应工程”课程相对于本科生的“化学反应工程”课程在分析反应工程的物料衡算和能量衡算方面，更加强调非定态的衡算和非理想反应器的设计分析，在设备设计、优化方面的要求更高。
上海电力学院（以下简称“我校”）的化学工程与技术专业硕士研究生于2012年开始招生，目前已招收两届，“高等化学反应工程”是该专业的学位课程。这两届研究生的课堂调查结果表明，学过“高等化学反应工程”主要前期课程“物理化学”、“化工原理”、“化学反应工程”和“化工传递过程”的学生百分比分别为：80%、61%、24%和10%。因此，如何使研究生既掌握基础理论，同时又具备一定的工程分析水平，并在知识的深度和广度方面加以拓展，增强创新动力，不断提高分析问题和解决问题的能力，是讲授这门课程所面临的难点。在两届研究生教学的探索中，笔者主要从以下几个方面着手，力求达到教学目标。
一、理论精炼明了，内容重点突出
与本科教育不同，研究生教育的本质是培养研究者的教育，重点是培养研究生的科学研究水平和工程实践能力。因此，研究生的专业课程学习不仅是掌握“基础理论”和“专门知识”的渠道，更是研究生从接受知识向探究知识的转变及由追求知识向追求能力的转变。[2]
本校招收的该专业研究生其本科专业背景多有不同，因此笔者在教学中注意由浅入深、循序渐进。首先，使研究生掌握基本反应的原理和高等反应工程的理论，教学讲授从物理化学的化学反应动力学开始，结合高等反应工程章节中的反应动力学知识及实验研究方法，将反应动力学的理论知识和实验方法、实验设备和数据处理放在一起讲解，既使未学过“化学反应工程”的学生不感到“高等化学反应工程”内容难以理解，也使学过的学生有新收获。
“高等化学反应工程”课程内容繁杂，其中物料衡算和能量衡算是一系列方程式推导的基础，在讲授过程中，笔者注意突出重点难点，抓住共同特点，讲解典型内容。虽然该专业的研究生一半以上未接触过反应工程，不清楚什么是反应工程和化工传递过程中的物料衡算和能量衡算，但是由于研究生已经接受了系统的专业理论学习，相比本科生来说获得知识能力和自控能力较强，因此笔者在讲授均相反应器和非均相反应器时，特意从定态物料衡算和能量衡算出发，过渡到非定态的物料衡算和能量衡算，重点讲清楚部分反应器设计方程的由来，并详述反应器的特性以及反应器间的相互联系，让学生整体了解所学知识，明确课程内容讲解的思路。同时将一些反应器的设计方程交由学生课后自己推导，使他们主动地从所学知识中寻找解决问题的方法，并进行有机的结合，从而牢固掌握化学反应工程的基本理论和方法。
二、课堂教学与研课题究相结合
研究生教育承担着培养创新人才和各层次专门人才的重任，是国家培养高层次人才的重要途径，也是我国高等教育的重要环节。研究生教育中很重要的是强化对研究生创新科研能力和科研协作能力的培养，[3]如何提高研究生的学术研究能力是研究生培养的关键。我校是一所原隶属于能源部有着发电工业背景的工科学校，化学工程与技术专业是由电力行业水处理系统沿革发展而来的，该专业主要培养的是应用型学位研究生，因此在教学过程中如何提高研究生的解决问题能力和实践操作技能显得尤为重要。
通过调查研究生导师的背景，笔者发现该专业研究生的导师所从事的主要研究方向是环境工程、防腐材料性能、功能电池、催化剂制造和电厂水处理设备及机理等，真正涉及化学工业的课题不多。根据这一特点，笔者在教学中注重实例讲解和分析导师研究课题中所遇到的问题，如：环境工程废水处理中MBR动力学模型的建立；化学反应方程式中幂指数模型与吸附模型的应用；依据火力发电厂煤燃烧的典型缩核模型，以电厂水处理中树脂交换设备为例，说明固定床反应器的操作特性和设计要求等等。在加强学习理论知识的基础上，笔者要求研究生对学科前沿加以关注，提高他们探究知识的热情，强化科研实践与课堂教学的结合。教学中，笔者要求研究生根据导师的研究方向，了解化学反应工程在该研究方向上的发展及应用近况，学会撰写研究综述，同时通过查阅大量系统的资料，获取反应工程最前沿的知识，不断提高理论研究水平。
三、课堂讨论式教学，提高综合素质
化学反应工程课程以综合性和广泛性的工程理念贯穿其全部内容，因此从实际出发学会分析、解决工程技术问题，是高等化工反应工程教学的一项非常重要的任务。在教学中，笔者通过课堂讨论，启发学生的创造性思维，激励学生的创新动力，培养学生主动获取知识的欲望和独立思考的能力，调动其学习积极性，并注重提高他们的综合素质。在课堂教学课程安排中，笔者有目的地组织二次讨论课，一次是对课本中一些结论进行讨论和论证，由学过前期课程的同学与未学的同学混合组成小组，每组4～5人，目的是通过讨论使未学过高等反应工程前期课程的学生能理解其基本原理和方法，掌握课本上的基本知识，熟悉高等反应工程分析问题的方法和原则；另一次讨论是由学生自行设计实验方案，进行专题讨论，将所学的知识贯穿起来，懂得如何克服工程上传递和流动等物理因素对化学反应的影响，从反应器类型、操作方式和操作条件出发，了解反应器内传递过程中影响化学反应的各种因素，学会有效、正确地利用应用反应器进行实验，以及与传递过程规律相结合，解决反应过程的优化和控制等问题。研究生按照教师要求利用课余时间查阅相关的新近资料，经过消化理解，进行认真细致的课前准备。上课时，由一名研究生上台讲解，而教师则同其他研究生在台下听讲。教师从研究生的讲述中可以基本了解其掌握知识的程度，查阅资料的多少，其他研究生通过台上研究生的讲述，也扩展了知识面。在讨论课上，其他小组的成员可以提问，由该组的成员作出回答。为了上台讲好课，课前小组成员必须深入自学、充分讨论。通过学习和研讨，有利于培养创新性思维，提高研究能力，掌握正确的研究方法。在课堂讨论中，教师可以系统简释理论知识，学生也可以相互间自由讨论、争论，由此掌握基本理论，提升自身素养，并在掌握现有知识的同时，努力探求新知识。这样不仅让研究生学会分析问题，更让他们学会对所研究的问题进行综合归纳和比较，懂得如何发现新问题，寻求解决问题的途径。笔者通过开展讨论式课堂教学，调动了研究生的主观能动性，促使他们自觉成为知识的主动探求者。
四、考核成绩评定
笔者有针对性地改革考核方式，重点考察研究生掌握知识的能力，如：采用开卷考试、小组研讨和课程论文相结合等方式，注重考核研究生将所学知识融会贯通、应用于解决实际问题的能力；指导研究生撰写课程论文，促使其查阅大量文献资料，了解学科发展前沿，拓宽知识面，通过考核力求提高研究生分析问题和解决问题的能力。
总之，化学反应工程课程涉及大量理论模型的数学推导和工程实践方面的问题，课堂教学的主要目的是培养研究生掌握基础理论和分析、解决工程实际问题的能力，使其能熟练运用所学理论知识解决相关领域的实际问题。通过以上教学探索，笔者获得了有益的经验，收到了较好的效果。
参考文献：
[1]刘其海，周新华， 尹国强.化学反应工程教学方法创新讨论[J].广州化工，2010，38（7）：256-258.
[2]韩壮志，尚朝轩， 何强.研究生专业课教学设计模式研究[J].中国电力教育，2010，（1）：90-92.
[3]杨高云.有关研究生教学的思考[J].临床与实验医学杂志，2013，
12（14）：1162-1163.
（责任编辑：王意琴）
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