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【摘要】化工原理课程是化工类及相近专业的一门主干课。在教学过程中将化工原理与日常生活紧密联系起来,通过学生熟悉的生活事例讲解各种单元操作的基本原理和规律,增加了化工原理的趣味性和应用性,取得了良好的教学效果。
【关键词】化工原理 日常生活 趣味性
【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)11(a)-0156-01
化工原理课程是综合性技术学科化工类及相近专业的一门主干课,以典型的单元操作为主要内容,以传递过程和研究方法为主线,贯穿整个内容,在教学中起到从基础课过渡到工程实际的桥梁作用,理论性和实践性均较强[1]。通过本课程的学习,学生应掌握常见单元操作的基本原理及典型设备的过程计算,培养工程观点,熟悉常见的处理工程问题的方法。由于大学本科的学生尚没有社会工作经历,工程观念非常淡薄,而且各种化工过程和设备在大多数人的日常生活中并不常见,学生缺乏感性认识,所以很难产生主动学习的兴趣。此外,对于很多211高校的本科学生而言,毕业后的工作选择很少是进行化工生产和设备操作,因此导致学生的学习目的性不明确,学习热情不高。实际上,化工原理不仅是处理各种工程问题的重要基础,在日常生活中也有着广泛的渗透。因此,为了提高学生的学习兴趣,增强学生对化工原理的理解和应用能力,提高化工原理课程的教学质量,我们在教学过程中将化工原理与日常生活紧密联系起来,将各种单元操作的基本原理用于分析日常生活中的常见现象,启发学生用以解决生活中可能遇到的相关问题,增加化工原理的应用性和趣味性,取得了良好的教学效果。
1 学生宿舍楼供水与流体流动
流体流动是化工厂中最基本的现象,但化工产品的生产过程对学生而言很遥远,因此,我们用学生宿舍楼供水系统的设计作为流体流动过程的切入点,让学生为宿舍楼设计一个水塔供水系统,在设计水塔的过程中就能够引出流体流动这一章节需要重点掌握的内容:(1)为了保证每个楼层的同学都能顺利用水,就要维持楼底水管中有一定的水压,为了维持这个水压,水塔应建多高？(2)若水塔高度确定了,需要选用什么类型的泵将水源源不断地输送到水塔中？(3)当所有水龙头都打开时,各楼层出水量是均等的吗？(4)如果楼底输送水压保持不变,采用关小一楼水龙头的方法,能否使楼上几层的出水量增大呢？要解决以上问题,就要掌握柏努利方程、连续性方程、管路阻力损失的计算、离心泵的选用等重要内容。在学完流体流动这一章之后,我们安排了专门的讨论课和同学一起解决以上各个问题,在热烈的讨论解决问题的过程中有效地将第一章的重点内容串联在一起,达到了很好的复习巩固的效果。
2 穿着方式与传热
热量传递是自然界和工程技术领域中极为普遍的一种能量传递现象,在日常生活中的应用实例也非常多,例如烧水煮饭、空调制冷、火炉取暖、穿衣服、盖被子等等。在学完热传导之后,为了强化学生对传热速率的理解,我们引用了穿衣方式的事例展开讨论:冬天来临,要想达到更好的保暖效果,应该把保暖性好的衣服穿在里面还是外面？对于这个问题,我们首先引导学生通过直觉和日常体验做出判断,然后根据多层圆筒壁热传导过程,用严谨的理论推导来获得答案。经过对穿衣方式的讨论,学生对多层材料的保温效果有了深刻的认识,明确了将保暖性能好的保温材料放在内层可以取得更好的保温效果。在讨论的过程中,学生表现出极高的热情,也拓展提出了一些其他与传热有关的问题,比如同样的气温,在没有风的时候单穿一件毛线衣就不会觉得冷,而有风时就会感觉很冷,从传热的角度解释,这是因为风使毛线衣中的空气发生流动,产生强制热对流传热,从而使传热速率大大增加所致。而如果在毛线衣外加一件风衣,哪怕风衣质地很薄保暖性能很差,人体的温暖感就能得到明显改善。这是因为风衣致密的结构阻隔了风对毛线衣内空气的扰动,空气在毛线衣内以热传导的方式进行传热,导热系数很小,热阻很大,所以使毛线衣的保暖性能增加。通过对这些日常生活现象的解释,可以使学生轻松而深刻的掌握机械枯燥的化工过程原理。
3饮用水与沉淀、过滤
学生从中学开始便在化学实验中接触过滤操作,对过滤操作有一定的感性认识,但是对影响过滤速度的空隙率,比表面积,过滤阻力等概念却是首次听到,比较生疏[2]。因此,我们在过滤讲解中加入了自来水、净化水等生活事例,以帮助学生理解过滤的原理和影响因素。自来水是人们生活中不可缺少的基本物质之一,其生产过程主要有四道工序:(1)反应,向来自于江河湖泊等的地表水中投加絮凝剂——碱式氯化铝,令水中的藻类、腐殖质、泥沙等颗粒受静电作用而形成较大的颗粒团,以易于沉淀。(2)沉淀,水中较大的颗粒团在通过斜管沉淀池时,就会沉降到斜板的底层。(3)过滤,经过沉淀后,水中残留的细微杂质再进入滤池经滤沙过滤和吸附,然后流往清水池进行贮存,并在清水中再次投加液氯进行消毒,对水体的细菌、大肠杆菌等病菌进行杀灭,整个净水处理过程到此就已完成。(4)加压供水,通过水厂二级泵房的水泵加压之后,洁净的自来水沿着供水管道,流入千家万户。在自来水的生产过程中,大颗粒悬浮物主要是通过添加絮凝剂重力沉降除去,较小颗粒主要通过滤沙等过滤介质的深床过滤,使水中的固形物含量最终达到国家指标。当过滤到一定程度时,随着滤渣的增加,在过滤介质表面会形成空隙率和比表面积均很小的滤饼,导致过滤阻力增大,所以滤池也要定期进行“反冲洗”,以保持良好的过滤效果。
4 晾晒衣物与干燥
在化学工业中,有些固体原料、半成品和成品中含有水分或其他溶剂时需要进行干燥处理。在干燥过程中,干燥介质的湿度对干燥速率的影响非常大。例如,夏天天气闷热,让人感觉非常不舒服,除了因为气温高,另一个因素就是湿度。湿度的衡量分为湿含量和相对湿度,湿含量是空气中含水气的绝对值,不能反映与饱和状态的距离,而让我们感觉不舒服的原因是相对湿度高了。当室内的温度在30℃左右,相对湿度达到60％,一般人就会有不舒服的感觉。空气的相对湿度越高,说明空气中含水量越大,越接近于饱和状态,吸湿能力越差,不适宜用做干燥介质[2]。所以,当南方地区的梅雨季节来临时,因为连日的阴雨绵绵,空气的相对湿度非常高,洗过的衣物即使晾晒多日也仍然是潮潮的,不能晾晒完全。通过对各种生活事例的讨论,拉近了理论与实际的距离,使枯燥晦涩的理论原理更容易被学生所理解。
总之,兴趣是求知的起点,通过常见的生活事例讲解各种单元操作的基本原理和规律,为单调枯燥的理论学习注入了活力,学生爱听,易懂,记忆深刻,也增加了学习兴趣。所以,要搞好化工原理的教学,提高教学效果和教学质量,必须在教学中多渠道培养学生的学习兴趣,充分调动学生的学习积极性,使其沿着愿学、会学、学会的方向发展,从而更好地学好本课程,为后继专业课的学习奠定牢固的基础。
参考文献
[1] 卢莲英,余中山,魏先红.化工原理教学中的对比分析[J].高师理科学刊,2004,3(24)．
[2] 王宁惠,万钧.谈化工原理课的趣味性教学[J],天津化工,2003,6(17)．
【关键词】化工原理 日常生活 趣味性
【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)11(a)-0156-01
化工原理课程是综合性技术学科化工类及相近专业的一门主干课,以典型的单元操作为主要内容,以传递过程和研究方法为主线,贯穿整个内容,在教学中起到从基础课过渡到工程实际的桥梁作用,理论性和实践性均较强[1]。通过本课程的学习,学生应掌握常见单元操作的基本原理及典型设备的过程计算,培养工程观点,熟悉常见的处理工程问题的方法。由于大学本科的学生尚没有社会工作经历,工程观念非常淡薄,而且各种化工过程和设备在大多数人的日常生活中并不常见,学生缺乏感性认识,所以很难产生主动学习的兴趣。此外,对于很多211高校的本科学生而言,毕业后的工作选择很少是进行化工生产和设备操作,因此导致学生的学习目的性不明确,学习热情不高。实际上,化工原理不仅是处理各种工程问题的重要基础,在日常生活中也有着广泛的渗透。因此,为了提高学生的学习兴趣,增强学生对化工原理的理解和应用能力,提高化工原理课程的教学质量,我们在教学过程中将化工原理与日常生活紧密联系起来,将各种单元操作的基本原理用于分析日常生活中的常见现象,启发学生用以解决生活中可能遇到的相关问题,增加化工原理的应用性和趣味性,取得了良好的教学效果。
1 学生宿舍楼供水与流体流动
流体流动是化工厂中最基本的现象,但化工产品的生产过程对学生而言很遥远,因此,我们用学生宿舍楼供水系统的设计作为流体流动过程的切入点,让学生为宿舍楼设计一个水塔供水系统,在设计水塔的过程中就能够引出流体流动这一章节需要重点掌握的内容:(1)为了保证每个楼层的同学都能顺利用水,就要维持楼底水管中有一定的水压,为了维持这个水压,水塔应建多高？(2)若水塔高度确定了,需要选用什么类型的泵将水源源不断地输送到水塔中？(3)当所有水龙头都打开时,各楼层出水量是均等的吗？(4)如果楼底输送水压保持不变,采用关小一楼水龙头的方法,能否使楼上几层的出水量增大呢？要解决以上问题,就要掌握柏努利方程、连续性方程、管路阻力损失的计算、离心泵的选用等重要内容。在学完流体流动这一章之后,我们安排了专门的讨论课和同学一起解决以上各个问题,在热烈的讨论解决问题的过程中有效地将第一章的重点内容串联在一起,达到了很好的复习巩固的效果。
2 穿着方式与传热
热量传递是自然界和工程技术领域中极为普遍的一种能量传递现象,在日常生活中的应用实例也非常多,例如烧水煮饭、空调制冷、火炉取暖、穿衣服、盖被子等等。在学完热传导之后,为了强化学生对传热速率的理解,我们引用了穿衣方式的事例展开讨论:冬天来临,要想达到更好的保暖效果,应该把保暖性好的衣服穿在里面还是外面？对于这个问题,我们首先引导学生通过直觉和日常体验做出判断,然后根据多层圆筒壁热传导过程,用严谨的理论推导来获得答案。经过对穿衣方式的讨论,学生对多层材料的保温效果有了深刻的认识,明确了将保暖性能好的保温材料放在内层可以取得更好的保温效果。在讨论的过程中,学生表现出极高的热情,也拓展提出了一些其他与传热有关的问题,比如同样的气温,在没有风的时候单穿一件毛线衣就不会觉得冷,而有风时就会感觉很冷,从传热的角度解释,这是因为风使毛线衣中的空气发生流动,产生强制热对流传热,从而使传热速率大大增加所致。而如果在毛线衣外加一件风衣,哪怕风衣质地很薄保暖性能很差,人体的温暖感就能得到明显改善。这是因为风衣致密的结构阻隔了风对毛线衣内空气的扰动,空气在毛线衣内以热传导的方式进行传热,导热系数很小,热阻很大,所以使毛线衣的保暖性能增加。通过对这些日常生活现象的解释,可以使学生轻松而深刻的掌握机械枯燥的化工过程原理。
3饮用水与沉淀、过滤
学生从中学开始便在化学实验中接触过滤操作,对过滤操作有一定的感性认识,但是对影响过滤速度的空隙率,比表面积,过滤阻力等概念却是首次听到,比较生疏[2]。因此,我们在过滤讲解中加入了自来水、净化水等生活事例,以帮助学生理解过滤的原理和影响因素。自来水是人们生活中不可缺少的基本物质之一,其生产过程主要有四道工序:(1)反应,向来自于江河湖泊等的地表水中投加絮凝剂——碱式氯化铝,令水中的藻类、腐殖质、泥沙等颗粒受静电作用而形成较大的颗粒团,以易于沉淀。(2)沉淀,水中较大的颗粒团在通过斜管沉淀池时,就会沉降到斜板的底层。(3)过滤,经过沉淀后,水中残留的细微杂质再进入滤池经滤沙过滤和吸附,然后流往清水池进行贮存,并在清水中再次投加液氯进行消毒,对水体的细菌、大肠杆菌等病菌进行杀灭,整个净水处理过程到此就已完成。(4)加压供水,通过水厂二级泵房的水泵加压之后,洁净的自来水沿着供水管道,流入千家万户。在自来水的生产过程中,大颗粒悬浮物主要是通过添加絮凝剂重力沉降除去,较小颗粒主要通过滤沙等过滤介质的深床过滤,使水中的固形物含量最终达到国家指标。当过滤到一定程度时,随着滤渣的增加,在过滤介质表面会形成空隙率和比表面积均很小的滤饼,导致过滤阻力增大,所以滤池也要定期进行“反冲洗”,以保持良好的过滤效果。
4 晾晒衣物与干燥
在化学工业中,有些固体原料、半成品和成品中含有水分或其他溶剂时需要进行干燥处理。在干燥过程中,干燥介质的湿度对干燥速率的影响非常大。例如,夏天天气闷热,让人感觉非常不舒服,除了因为气温高,另一个因素就是湿度。湿度的衡量分为湿含量和相对湿度,湿含量是空气中含水气的绝对值,不能反映与饱和状态的距离,而让我们感觉不舒服的原因是相对湿度高了。当室内的温度在30℃左右,相对湿度达到60％,一般人就会有不舒服的感觉。空气的相对湿度越高,说明空气中含水量越大,越接近于饱和状态,吸湿能力越差,不适宜用做干燥介质[2]。所以,当南方地区的梅雨季节来临时,因为连日的阴雨绵绵,空气的相对湿度非常高,洗过的衣物即使晾晒多日也仍然是潮潮的,不能晾晒完全。通过对各种生活事例的讨论,拉近了理论与实际的距离,使枯燥晦涩的理论原理更容易被学生所理解。
总之,兴趣是求知的起点,通过常见的生活事例讲解各种单元操作的基本原理和规律,为单调枯燥的理论学习注入了活力,学生爱听,易懂,记忆深刻,也增加了学习兴趣。所以,要搞好化工原理的教学,提高教学效果和教学质量,必须在教学中多渠道培养学生的学习兴趣,充分调动学生的学习积极性,使其沿着愿学、会学、学会的方向发展,从而更好地学好本课程,为后继专业课的学习奠定牢固的基础。
参考文献
[1] 卢莲英,余中山,魏先红.化工原理教学中的对比分析[J].高师理科学刊,2004,3(24)．
[2] 王宁惠,万钧.谈化工原理课的趣味性教学[J],天津化工,2003,6(17)．