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案例互动教学在化工原理课程中的应用
[摘要]化工原理是一门工程性很强的应用课程，是化工、化工类相近专业一门重要的技术基础课。化工原理这门课程的工程实践性较强，课程中关于三传一反的原理较难理解，课时少的专业学生很难在短时间内掌握化工原理的知识。针对课时少的专业，笔者在教学过程中探索以工业领域案例为导向；以学生课堂互动讨论为教学形式；试着激发学生对化工原理和化工过程领域知识的探索精神，培养其实践能力和创新意识、开阔科研视野，使其能够深刻的掌握该课程内容。
1.引言
化工原理课是高校化学工程与工艺、应用化学、环境工程、制药工程、生物技术等专业的一门理论性、实践性很强的专业技术课。课程以工业工程应用为背景；以单元操作过程为对象；以三传一反为原理框架。它主要讲授化工单元操作过程的基本原理、典型过程设备结构，进行过程工艺设计计算、设备设计或选型及单元过程的操作分析，是理论与实践密切结合的技术基础课。化工原理是门实践性较强的学科，而学生在学习过程中缺乏生产实践及经验知识，缺少对单元过程、设备的认识和了解。因此，学生普遍感觉此门学科的理论知识和计算方法抽象，不易理解；学生普遍反映课程学习起来较困难[1]。究其原因：首先，该课程的很多知识点是工程实践直接经验化而来，其次，该课程综合了物理化学、高等数学、化工热力学、传递过程和反应工程等众多学科。再次，目前很多高校迫于政策调整，对这门课程的课时进行压缩减少，使得这门课程的理论课时减少了10%左右[1]。因此，对于化工原理这门学科，尤其是学时少，学生学习起来更加困难。故针对少学时的专业，设计一套更为符合本门专业学生实际情况的教学计划显得尤为重要。
2.案例互动教学
化工原理是一门实践性较强的课程，它和工业领域的实际操作过程有着紧密的联系。由于化工原理中每个单元操作都面临着复杂的实际问题。因此，使得学生学好这门课，建立起学习的兴趣是必要的。为此，笔者在教学过程中摸索出了一种因材施教的新方法，即案例引导式教学。简单概括为，在每一章内容之前，介绍一个和本章关系较大的工业或者日常生活案例，案例需要具备一定的科学性以及需要用到本章原理去解释[2]。在介绍过程中（展示形式多样，可以口述，也可以以多媒体形式展示），适当的留一些问题，让学生带着问题去听课，之后和学生就案例中的问题进行互动讨论。以下笔者给出化工原理教学中可以用到的一些经典案例，这些案例将有意于激发学生的学习兴趣，让学生从易于理解的案例中获得一些科学原理，从而建立起探索科学问题的兴趣[3]。
3.传热案例
以家庭暖气片为例：从房间内暖气片的换热现象开始，以提问的方式引导学生。首先，介绍换热片的传热原理，引出传热的第一种方式：热传导；接着，假设房间内有空气流动，如：风扇强制空气对流，这将使得传热速率加快、使得房间里远处的人很快感受到温度的升高，这就是“热对流”。以上热对流和热传导的定义已经给出。再次，引出热辐射。在自然生活中，热辐射存在于很多地方，如：太阳对地球的热传递，人能感受到热量，这是由于太阳以热辐射的方式向地球传递热量。综上，三大传热方式的简单原理已经解释的较清晰了。传热的形式包括：热传导，热对流，热辐射[4]。本文将详细讲解传热案例。
热传导：热量为什么会传递？换热片温度高，导致和换热片接近的空气温度升高，高温空气分子能量较高，通过在无规则的碰撞分子之间发生能量传递，高温的分子使得相邻的低温分子温度升高，从而实现热量传递。在密闭房间内，假设无空气流动，仅仅靠无规则的分子碰撞发生热量传递，这样的热传递就是热传导。
热传导速率的影响因素：热传导是热量传递的一种方式。热传导的速率有快有慢，这跟一些因素有关。传热介质的性质对热传导的速率影响很大，也可以用案例的方式来引导学生去思考，让学生自己思考自己得出结论。这里给出一个日常生活的传热介质案例来引导学生。不少学生都有游泳的爱好，可是为什么在水中明显感觉较冷呢？为什么下雨天里，衣服被淋湿了，人体就明显感觉冷呢？在学生的互动中可以得到很到答案，但是基本都会以非科学术语的方式回答。教师在解释的时候需要注意学生对专业术语的理解能力。水和空气都是一种传热介质，气体和液体的本质区别体现在分子原子之间的距离上。液体分子之间的距离较近，而液体分子之间的距离要高于气体分子多个数量级，因此在热传导时，气体的热传导的阻力要远高于液体。即气体的热导率要远低于液体。由此，大体可以得到热导率的对比：气体<液体<金属[4]。
热对流：一个比较简单的例子，倒一杯开水放在桌子上，由于杯子里的水和周围空气的流动，使得水温逐渐变得和周围环境的温度一样了，这是热的对流。如果在杯子上加个盖，就把对流的道路挡住了。可是这杯水依然会变凉，只是时间长些。这是因为杯子有传热的性质，这就是上面讨论的热传导。在房间内，起初无空气流动，仅