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多媒体技术及装备在高校教育教学中的应用,为高校教育教学的发展注入了新的活力。由于高校多媒体教学环境需要设置大量视、听媒体同时又需方便教师教学应用,因此要在工程建设过程中进行一体化的整体考虑和最优化的方案设计,其中实现系统功能的稳定性、适应性和方便教师教学应用应是首要的条件。最近首都经济贸易大学在信息化教学环境建设工程中应用的北京艾威康电子技术有限公司一体化解决方案,成功实现了上述要求和建设目标,为信息化装备如何促进教育教学,建设适应教学需要的信息化环境提供了一个较好的范例。
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来源:中国教育技术装备 2007年1期
关键词:化学工程实验技术课程;改革;创新能力;策略
在量子力学的建立发展下,现代化学理论得到了快速发展,但实验在化学研究和化学教学中仍占据非常重要的地位,高等化学教学中的实验教学作用也日益突出。化学教学中的实验教学在培养学生化学学习认知、研究能力和应用化学能力等方面发挥了重要的作用。在新课改的深入发展下,高等化学教学在讲授了化学基本原理和化学实验技能基础上,开始着重培养学生独立化学实验设计的能力,注重对学生展开实验技术和化学知识综合应用能力的训练[1-5]。高等化学实验课程体系改革成为高等化学教育发展的重要内容,得到了越来越多人的关注。完整化的高等化学实验教学改革内容包括化学实验课程体系和课程内容的优化、化学实验基地的建设、化学实验具体实践操作方法、化学实验组织管理等,其中最为重要的是化学实验课程体系。
1高等学校化学工程实验技术课程发展现状
在高校的扩招发展下,化学工程实验技术课程实验基地建设质量参差不齐,同时在学生毕业就业竞争的日益激烈下,在化学实验教学中很多学生过度重视理论,轻视了实验教学。现阶段高等学校化学实验教学存在的问题具体体现在以下几个方面:(1)在化学工程技术实验课程内容上存在“三多三少”的现象,从总体上看,依赖课堂理论教学的验证性实验课程较多,设计性的实验课程少;独立性的单元操作课程多,综合性的实验课程少;经典类型的实验课程多,能反映最新科学研究成果的内容少。(2)化学工程技术实验课程是根据化学理论课程体系设置的,在实验课程的安排上过于强调对化学课堂教学的补充,忽视了化学实验课程开设的本身特点,无法发挥出化学实验课程的本身作用。(3)化学工程技术实验课程教学模式单一,注重按照教师事先安排好的内容开展教学,无法发挥出学生学习的主观能动性。
2化学工程技术实验课程内容的设置
2.1精选基础性、理论性强的化学实验
化学工程技术实验课程内容改革的指导思想是要加强学生动手操作能力的训练,注重提升学生综合素质的培养,通过化学实验教学进一步巩固学生在课堂上掌握的化学理论知识。为此,教师可以在有限的教学学时中,精选化学基础理论实验教学内容,如可以为城市土木工程建设专业的学生开设胶体溶液性质类实验课程,在实际教学中要注重引导学生进行实验教学方案的设计,具体包括实验流程设计、胶体溶液的配制、实验仪器的安装和实验操作等[6]。
2.2注重精简重组验证性化学实验
化学工程技术实验课程要减少验证性实验在总体实验中的比重,验证性实验中繁多的验证内容不利于激发学生的学习兴趣,也不利于培养学生化学学习的综合素质,浪费了有效的课堂教学时间。在原有的化学实验教学中,“氧化还原反应与电化学”及“电解质溶液”是常见的验证性实验,实验验证过程简单,方便学生的观察,但在实验操作过于简单的情况下不利于调动学生学习积极性。为了解决这个问题,教师可以将这两个实验进行精简处理,在两个实验的重组中以“氧化还原反应与电化学”实验为主体内容,将“电解质溶液”的实验内容融入到原来电池的组成和电动势的测定中,让学生在原有电池的电解质溶液中加入适当的物质,如氨水、硫化钠等,之后应用精密的微安表对电池电动的情况进行观察,从而了解物质浓度变化对电极电势产生的影响[7-9]。这种精简重组之后实验的开展能够提升学生学习的积极主动性,实现学生自主化学习。
2.3增设应用型和综合应用型化学实验
在化学工程技术实验课程改革思想的指导下,教师要根据学生专业学习的特点增设应用型和综合应用型化学实验。例如,可以增设水硬度测定、金属材料腐蚀和防护测定实验、金属材料老化等综合型化学实验。在水硬度测定实验中,教师应用离子交换法和蒸馏法演示净化水的过程,通过实验向学生展示应用导电率来衡量和评价水纯度的重要意义。学生对实验兴趣很高,为了获得更精确的实验数据,一次次反复验证自己的实验,改进自己实验操作方式,对促进学生的化学学习具有重要意义。
3化学工程技术实验课程教学过程
3.1教学方式的选择
教师可以采用交互式的教学模式向学生具体介绍化学实验技术原理和重难点问题,通过交互式实验教学研究设计让学生能够有效解决化学实验学习中遇到的难点问题。化学教师要根据化学工程技术实验课程教学指导思想制定科学合理的教学方案。定期安排教师互相听课,从而促进教师之间的教学交流,提升彼此教学水平[10]。应用多媒体技术开展化学工程技术实验课程教学,通过多媒体的引入弥补传统化学实验教学视野狭窄的问题,缓解实验教学经费和学生人数之间的矛盾问题。
3.2培养学生良好的化学实验习惯
(1)教师要引导学生形成严谨、科学的实验研究作风。这种作风在化学实验操作中的表现是,学生能够仔细观察化学实验操作出现的各种现象,在发现实验现象和预期实验构想存在出入时,学生要能够从各方面查找误差的原因,和其他学生进行讨论,从而及时解决实验操作中出现的问题。
(2)原始性实验记录对于学生实验思路的形成、实验规律的把握等具有重要意义。为此,在实验开始阶段,需要学生仔细、规范的记录化学实验现象和实验操作获得的结果。
(3)学生要养成良好的卫生习惯,在化学工程技术实验课程过程中教师要监督学生注意做好实验器具回收工作,不能随意丢放实验器材以及实验产生的各种杂物。
3.3完善教学评价体系
在化学工程技术实验课程教和学习的过程中建立相应的激励评价机制,对提升学生的化学实验能力,促进化学实验教学发展具有重要的意义。为此,高等院校可以从化学工程技术实验课程教学内容、教学方式、教学管理和教学评价等方面建立相应的实验教学管理和评价考核机制[11]。在学生化学学习方面,学校要建立学生成绩和学分结合的学习评价方法,具体包括学生能否按时到达实验室、能否在实验之间做好了充足的准备以及学生是否如实记录了实验操作过程和做好实验总结。
4化学工程技术实验课程师资队伍建设
化学工程技术实验课程教师队伍的素质和能力对整个化学实验体系运行发展具有重要的作用。为此,高校需要加快打造一支结构合理、人员素质高、掌握多种化学实验教学技巧的教师队伍[12]。为了充分发挥高素质化学实验教师队伍在化学工程技术实验课程教学中的优势,学校可以制定一系列能够提升化学实验教学质量、促进实验化学有效运行的政策,充分发挥出教师在化学工程技术实验课程教学中的优势力量,培养学生化学学习综合能力。
5完善化学工程技术实验课程保障体系建设
高校需要从制度上进一步保障化学工程技术实验课程教学的开展,通过化学工程技术实验课程制度的建设,加强化学实验指导教师对化学课程教学各个环节的重视,具体包括化学实验教学方案、化学教学实验过程和化学实验结果的验收管理等,充分发挥出化学实验教学的重要地位和作用。
6结语
化学工程技术实验课程的开展不仅仅是为了加强学生对所学化学理论的理解、提升学生化学基技能训练和应用能力,更重要的是培养学生在生活实际中应用化学知识的能力。结合不同专业学生所学专业特点,进一步拓展学生化学知识面,提升学生化学学习兴趣,实现学生对所学化学知识的灵活运用。学生化学工程技术能力和他们综合能力的提升密切相关,科学合理的化学实验内容和规范化的化学实验技能训练,对培养学生的自我创新艺术,提升学生的科学研究能力,增强学生在社会主义经济市场中的竞争力具有重要作用。为此,需要有关教育人员根据不同专业学生化学学习的需要进一步完善化学实验教学体系。
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关键词:化学工程技术;化学生产;有效应用
化学工业一直是推动我国国民经济发展的支柱产业,在化学生产中通过不断创新和优化化学工程技术,降低能源和原材料消耗,保障产品质量,提高化学生产效率,所以化学工程技术在化学生产中的应用具有非常重要的现实意义,在未来发展过程中应加大对化学工程技术的研究,进一步提高化学生产效益。
1化学生产中化学工程技术的应用
1.1超临界流体技术
超临界流体是一种处于气态和液体之间状态、压力和温度都位于临界点周围的液体,其具有液体和气体的双重特性,具有气体的压缩性和高扩散能力,又具有液体的良好溶解能力,其粘度几乎等于气体,密度几乎等于液体,其扩散性能处于气体和液体之间。在化学生产中运用超临界流体技术,运用超临界流体的特性,改变化学反应特征,优化传热系数和传质系数,合理控制压力和温度,可以有效降低化学生产的能耗。另外,超临界液体技术在加工无机物材料、复合材料、高分子材料中发挥着重要作用,最常见的技术方法包括以下几种:其一,抗溶剂法,在制备超临界流体有机物和爆炸性物质时主要应用抗溶剂法;其二,压缩抗溶剂法,这种方法主要用于加工微球类或者微孔类物质,在聚合物和药物分子共沉中应用广泛,技术方法比较简单成熟;其三,快速膨胀法,用于制备固体颗粒状化学产品。超临界技术不仅应用在材料制备方面,而且还被广泛地莹莹在化学分析中,例如,色谱技术和超临界技术的相互结合,和气象色谱相比,这种色谱研究方法更加准确、高效,并且超临界液体色谱比液相色谱更加准确。
1.2传热技术
近年来,相关研究人员对于强化传热和微细尺度传热的研究越来越多,在传热学中微细尺度传热是一个独立的专业学科,其主要探索和研究时间尺度、空间尺度的传热学规律,重点包含微重力传热传质、相变传热、热辐射、热传导。对流传热等内容。当前,我国的传热技术研究主要是集中在数值模拟、实验研究和机理研究三方面。在化学生产中应用传热技术,可以通过改进和优化换热器设备,有效提升换热的持续放热能力和传热效率,从而提高化学生产水平。并且微细尺度传热和强化传热技术在微型热管、集成电子设备、微米、纳米等领域中应用广泛,相关技术成果已经比较成熟,对于化学工业应加强传热技术和化学生产的配合研究,充分发挥传热技术的应用优势,有效提高化学生产效率。
1.3绿色化学反应技术
在绿色食品生产中绿色化学反应技术发挥着非常重要的作用,当前我国积极倡导可持续发展和节能减排理念,人们的绿色生态环保意识越来越高,绿色食品主要是指绿色没有受到污染侵害的食品,这种食品最主要的特点是营养价值高、品质优良、卫生安全指标高,是未来发展过程中的新兴产业。绿色食品加工生产过程中对于化肥和农药的使用量有着严格限制,而且还需要提高农作物产量,保障食品营养价值,降低成本,所以绿色产品生产经常面临量和质的矛盾。现代化生物化学通过充分利用基因工程技术和绿色化学反应技术,保障食品安全,增加农作物产量,确保食品营养。具体应用如下:其一,在农作物生长过程中,运用生物化学技术,减少污染农作物和污染环境的氮肥使用量,运用固氨来替代氮肥,通过应用生物化学技术,不需要施加氮肥,也可以保障农作物的正常生长发育,不仅节约了种植成本,而且有效提高了农作物的质量和产量;其二,当农作物出现病虫害时,运用生物化学技术,特别是基因工程技术,在主要农作物上转移各种病虫害基因,减少化学杀虫剂使用量,提高农作物产量,提高抗病虫害能力。
2化学工程技术在化学生产中的应用发展建议
2.1培养化学技术人才
化学技术人员对于推动化学工程技术的发展有着重要意义,因此我国应重视化学技术人才的培养,不仅要加强理论知识学习,还应强化钻研创新精神,积累丰富的实践经验,全面提高化学工程技术科研水平和综合素质。
2.2进一步提高化学工程技术水平
我国化学工程技术面临着滴状冷凝的难题,在未来发展过程中应加大对化学工程技术的研究,重点解决这个问题,推动传热技术在航空航天、石油化工、动力、机械等领域的应用,进一步提高化学工程技术水平。
3结语
在化学生产中应用化学工程技术有助于促进化学工业的快速发展,应积极优化各种化学工程技术应用,培养大量化学工程技术人才,提高经济效益和社会效益。
作者:于振永 单位:唐山中浩化工有限公司
参考文献:
[1]侯海霞,柯杨,王胜壁.解析化学工程技术在化学生产中的应用[J].山东工业技术,2015,14:91.
关键词:应用化学 化学工艺学 理论教学
应用科学是研究和说明特定的设备运用于特定的生产和生活领域的具体方法和具体程序的科学。应用科学是理论科学和技术科学在生产和生活中的具体化和实际应用[1]。
化学工艺学是一门综合性、实践性很强的课程,是应用化学专业在学习了化学基础理论后所开设的一门应用性课程。该专业培养具备化学基本理论、基本知识和较强实验技能,能在科研机构、高等学校及企事业单位从事科学研究、教学工作及管理工作的专门人才。根据本专业的特点,在开设化学工艺学课程时应能充分将化学基础理论、基本技能与实践有机的结合起来,实现理论科学、技术科学对应用科学的指导。通过对本课程的学习使学生对化学工艺学所研究的内容有较为系统的认识。能将基础化学所学的知识与化学工艺学较好的衔接和运用起来,实现理论与实践的结合。对化工生产的基本原料、工艺过程、设备、环保要求有全面的了解。
一、根据专业特点安排教学内容
1.教学内容与基础化学密切相联系
应用化学专业与化学专业相比,增强了应用背景,是化学与化工的衔接,是化学学科在应用方面的拓展,培养的是理工结合的应用型人才[2]。本专业学生受到基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练,具有较好的科学素养,具备运用所学知识和实验技能进行应用研究、技术开发的基本技能。因此,化学工艺学课程教学内容的选择应满足专业的特点。在教学内容安排时,选择典型工艺进行较详细的介绍。无机化工工艺部分以合成氨为教学重点。合成氨在化学工业发展中具有里程碑式的意义,它在几大化学领域都有突出的发展。是化学理论与实践结合的成功典范。“正是由于对氮、氢、氨体系化学平衡的研究,把热力学理论推进到了真实气体高压化学平衡的研究领域,在研究氨合成催化反应速率方面,推动了反应动力学的发展。这些理论的形成直接指导了氨的合成。”[3]同时,合成氨在催化技术的应用方面也为现代催化理论奠定了基础,许多重要的催化理论概念如催化剂的活性中心、催化剂表面的非均一性、毒物作用及催化机理等都是在研究合成氨的反应过程中确立下来的。有机化工工艺部分以烃类裂解为重点。以“三烯”(乙烯、丙烯、丁二烯)和“三苯”(苯、甲苯、二甲苯)总量计,约65%来自乙烯装置,因此,常常将乙烯生产作为衡量一个国家石油化工生产水平的标志。[4]烃类裂解工艺在反应设备、分离系统、能量利用等方面都代表着最先进的世界化工发展水平,这对于培养学生工程理念,了解世界化学工业发展方向是非常重要的。
2.注重基础理论与应用相结合
将基础理论与实践应用相结合不仅仅是基础理论知识的简单应用,对学生来讲首先带来的是思维模式的改变。基础理论是由概念、定律等建立起来的具有严密逻辑结构的知识体系。学生更擅长从概念到概念,从公式到公式的思考模式。但实践中有更为复杂的因素对工艺过程的选择、工艺条件的确立、产品的分离等产生影响。在化工生产中对反应的化学热力学和化学动力学的研究是决定工艺条件的最重要的化学基础理论。反应的温度、压力、浓度、催化剂或其他物料的性质以及反应设备的技术水平等各种因素对产品的数量和质量有重要影响[5]。在课堂教学中应充分把化学热力学、化学动力学知识与实践中的应用结合起来。例如在合成氨的生产中平衡氨含量是一个非常重要的参数,从平衡常数KP=PNH3/P0.5N2P1.5H2开始分析,到最终确立平衡氨含量XNH3/(1-XNH3-Xi)2=KPpr1.5/(1+r)2,分析此式不难看出总压强P,平衡常数KP氢氮比r以及惰气的含量都对平衡氨X的含量有影响。如不考虑组成对平衡常数的影响,当氢氮比r=3时平衡氨含量具有最大值。考虑到组分对平衡常数KP的影响,具有最大XNH3的氢氮比略小于3,随压力而异,约在2.68~2.90之间[6]。因此惰性气体对平衡氨含量的影响必须考虑进去。这是实施合成氨工业生产的一个重要理论依据,理论上的定性讨论与实验上取得的定量数据完全吻合,满足了定性与定量的统一,理论与实践的统一[7]。在对化学反应的速率分析中,基础化学理论中对动力学方程式的描述学生很熟悉,但在实践的工业生产中,反应动力学方程式与反应控制步骤的研究、反应温度、催化剂等因素有密切的联系,反应所用的催化剂不同,反应条件不同,则动力学方程式也不相同,这使实际的动力学方程式与基础化学中所学习到的相差甚远。因此,通过课堂教学让学生了解化工过程的复杂性。在实践中,实现一个化工过程对基础化学理论不是一个简单的应用。这也是工艺课程本身所具有的特点。
二、以化工生产过程及工艺流程为教学重点
应用化学专业的学生已学习了化工原理,对主要化工单元操作的基本原理、过程、计算方法等有了系统的掌握。但对实际生产过程相对比较陌生,通过对具体工艺单元的介绍结合所学的化工原理知识,学生能归纳出工艺单元的共性,对工艺过程的结构有一个概括的了解,并能对工艺流程有一定深度的认识。
1.掌握通用反应单元工艺的特点
化学反应单元是根据化学反应类型来分类的。反应单元仅是生产中的一个环节。在教学中根据学科需要有选择的介绍一些典型反应单元。由于同一反应单元有不少共性,通过对具体反应单元工艺的学习使学生自觉的找出规律性的东西,这样便于学生掌握所学的知识,也能很好的指导今后的科研、生产,做到触类旁通。例如在学习了二氧化硫催化氧化制硫酸、乙烯环氧化制环氧乙烷等后学生很快发现氧化反应是强放热反应,生成的副产物较多,对于烃类氧化还要防止造成深度氧化等特性。在找出反应的共同点后,针对反应单元的特点,对实际生产中设备的要求、流程的选择就有清晰的认识。如氧化反应器的设计必须从安全的角度出发,对易深度氧化的反应应选择有良好性能的催化剂以防止深度氧化的发生,等等。通过对反应单元的学习比较使学生能更加灵活的运用反应单元工艺。
2.以化学反应为核心,探索工艺流程的内在联系
工艺流程指工业品生产中,从原料到制成成品各项工序安排的程序。对于不同的化工产品其生产工艺流程也各不相同。但各流程都是围绕着化学反应这一核心问题展开的。如烃类裂解流程。根据裂解反应吸热、体积增大、裂解产物组成复杂、二次反应的影响等特点,裂解反应在高温、短停留时间条件下有较高的产品收率。这一反应特点,也决定了在对核心设备管式裂解炉设计时应满足传热面积大、裂解管变径,裂解管程数减少等的要求。从流程上来看,由于裂解产物组成复杂因此后续分离系统非常的庞大。从能量的利益来看,乙烯装置的节能技术关键是使用最少的裂解原料和燃料得到最大收率的目标产品,最大限度地回收裂解余热,并将回收热量合理分配到压缩、深冷、精制各工段。优化装置蒸汽系统,合理利用蒸汽等级,节约能量,并可向界区外输送能量[8]。因此,从化学反应性质入手充分发现流程中各单元的内在联系,把握好问题的主线,这样才能真正的对工艺过程有一个清晰的认识。在实际生产中还要充分考虑如何以最少的消耗、最低的成本得到最高的生产效率制。在教学中要让学生明确一个具体工艺流程安排不仅仅是生产实际对理论的检验,更多的还要从社会的、经济的角度去作全面的考虑。虽然一般工艺过程的组成大致相同,但每种产品的生产还有特殊性。在讲课时,抓住主要矛盾以展开,并着重于基本原理、基本知识和基本规律的讲解,力求达到清晰、严格和准确。
三、结束语
应用化学专业是介于化学与化学工程之间的一个应用理科专业,其任务是培养理工结合型的“用”化学的人才[9]。理论课的教学仅仅是学好这门功课的一个环节。要真正的掌握好这门课程还需要加强实践环节的学习。通过采用将多媒体、化工仿真实验、生产实践教学与化学工艺学课程教学相结合的教学方式,强化学生的化学工程意识,提高分析和解决化工生产实际问题的能力。同时,结合本地区化学工业发展的特点,对应用化学人才的需要不断调整教学内容。在科技发展迅猛的今天,应让学生了解更多化学的理论前沿、应用前景、最新发展动态,以及化学相关产业发展状。
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在美丽的海滨城市青岛,在靠海、靠山的地方,坐落着一所特别的大学,那就是青岛科技大学。一走进校门,你就能看见一个大大的代表性标志——橡胶轮胎。青岛科技大学被誉为我国橡胶界的“黄埔军校”,也是我国最早开设橡胶专业的学校,并在办学的过程中形成自己的橡胶品格,影响着在校的每一位学子,而且创造出一系列的“橡胶神话”。这当然不仅仅指的是橡胶专业方面。
展开学校发展的历史画卷,你仿佛看见一条奔腾的江河,奔流不止,或遇险滩,或遇大浪,而无论什么都不能阻挡它前进和发展的脚步,它始终朝着大海的方向奔腾不息。追溯学校的办学背景可以清晰地发现,它的前身是1950年9月创建的沈阳轻工业高级职业学校,1956年8月迁至青岛,改名为青岛橡胶工业学校,后历经山东化工学院、青岛化工学院发展阶段,1998年由原国家化学工业部划转山东省,2002年正式定名为青岛科技大学。
60余年发展积淀形成的橡胶工程、化学化工、化工机械等优势学科,在国内高校中具有鲜明的特色,这正是学校的生命力和竞争力所在。2004年,橡塑材料与工程实验室获批成为山东省属高校第一个教育部重点实验室;材料学、化学工程、应用化学等7个二级学科获准成为博士学位授权点。2007年以来获准建立材料学、化学工程、化学、机械工程4个博士后流动站,增加1个生态化工教育部重点实验室和1个高性能聚合物成型加工技术教育部工程中心。2009年2月,由科技部批准,青岛科技大学申报的国家轮胎工艺与控制工程技术研究中心获批立项建设,这是第三个落户青岛的国家级工程技术研究中心。
如今,青岛科技大学分建三个校区,分别是在繁华的四方区、风景优美的崂山区和诺贝尔文学奖的获得者莫言的家乡——高密(高密校区)。在四方校区你能感受到学校的历史感,那种有历史沉淀感的并不高大的建筑物,会让你深刻地感受到一所高校文化与岁月的沉淀所散发出来的气息,让你一下子被这里的学习氛围与文化氛围深深吸引。来到崂山校区,你会发现不止是周围的环境优美,有山、有海,靠近啤酒城和青岛会展中心,校园永远是那么整洁、干净。高密校区与国外20余所大学建立了合作关系,为学生出国留学、继续深造创造了良好的条件。“办学特色突出、办学声誉优良、办学环境优美、办学条件优越”的省内一流的教学型新校区已在高密这片热土茁壮成长。
(责任编校?筑周峰)