环境工程专业开设“化工原理”课程的教学内容设计思考_时焕岗.pdf
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1、时焕岗 等.环境工程专业开设“化工原理”课程的教学内容设计思考2023,Vol.37,No.1收稿日期:20220518基金项目:南京工程学院教学改革与建设项目(JXJS2021024)作者简介:时焕岗(1984),男,副教授,博士,主要从事环境工程相关的教学与科研工作,E-mail:shg doi:10 16597/j cnki issn 1002154x 2023 01 016环境工程专业开设“化工原理”课程的教学内容设计思考时焕岗 张雯娣 张东平(南京工程学院 环境工程学院,江苏 南京 210116)摘 要“化工原理”是化工制药类专业的核心课程,也在环境工程类专业中广泛开设。作者从环境工
2、程人才培养目标及毕业要求体系出发,讨论了在环境工程专业开设“化工原理”课程的教学内容要求,从三全育人的角度,思考如何在“化工原理”课程教学中进行课程思政的教学设计。关键词 化工原理 环境工程 教学设计 课程思政中图分类号:G642 文献标志码:A “化工原理”作为一门经典课程,在环境工程类专业广泛开设,并涉及理论教学、实践教学及课程设计等内容。“化工原理”在基础课与专业课之间起着承前启后、由理及工、由基础到专业的桥梁作用1 3。近年来,不少环境工程专业专门开设了“环境工程原理”课程,该课程主要介绍环境污染物治理技术中各单元过程的基本原理、典型设备的构造与操作原理,课程内容侧重稍有变化,但是依然
3、基于“化工原理”课程4。在工程教育认证标准 环境工程专业补充标准中,“化工原理”可以替代“环境工程原理”,也说明了“化工原理”课程在环境工程类专业的重要性。作者基于环境工程专业的人才培养目标及毕业要求,结合南京工程学院在环境工程专业电力环保方向开设“化工原理”课程的经验,从“化工原理”理论教学内容、实践教学、课程设计内容及课程思政设计等方面,思考了在环境工程专业“化工原理”课程的教学内容及体系构建,以达到有效支撑学生毕业要求的目的。1 理论教学内容“化工原理”教学内容一般包括流体流动、流体机械、机械分离、传热、蒸馏、吸收、干燥等主要单元操作。这些教学内容看似并不相关,但是内在都是“三传”,即“
4、传热、传质、传动量”。以“三传”为核心,每一种单元操作都既有外在形式上的区别,也有内在联系的共性。流体流动是“化工原理”的基础内容,通过静力学方程及伯努利方程,从静态到动态,从理想状态到有阻力的实际情况,计算流体流动过程中的各种参数。流体流动研究的一个重点就是流动过程的阻力损失的计算,而控制或减少流体流动过程中的阻力又是控制流体流动能耗的一个重要元素,这对环境工程案例中的节能减排意义重大。流体机械主要介绍流体输送设备,具体是泵与风机的性能及选型。在环境工程各种应用场景,流体机械的运用十分普遍,如废水的输送、车间通风、鼓泡操作等。由于我校还单独开设了“泵与风机”课程,该部分内容可适当弱化,仅结合
5、流体流动内容介绍设备扬程(或风压)、功率、效率参数的计算。机械分离涉及非均相物质的分离,主要涉及沉降、离心分离、过滤等操作,这些操作在环境工程领域十分常见,是处理水中悬浮物及气体中的颗粒物等操作的理论基础,应是环境工程开设“化工原理”的重要内容,也是“水污染控制工程”“大气污染控制工程”等课程的重要理论基础。蒸馏操作主要介绍均相液体混合物中的物质分离,利用物质在不同温度下挥发度不同而达到分离的目的,广泛应用于石96第 37 卷第 1 期Vol 37,No 1化工时刊Chemical Industry Times2023 年 2 月Feb.2023 2023,Vol.37,No.1教改论坛油化工
6、、生物制药等领域,但在环境工程领域的应用较少。结合环境工程专业培养目标及毕业要求,我校的环境工程专业开设的“化工原理”课程中,删除了蒸馏章节的介绍。吸收操作介绍均相气体混合物中的物质分离,利用物质在溶剂中不同的溶解度达到分离的目的。吸收操作教学中举例较多的是 SO2气体在水中的吸收,该操作既是“化工原理”课程介绍吸收理论知识的经典案例,也是环境工程领域处理尾气中 SO2气体的真实操作,在环境工程开设“化工原理”课程的理论教学内容中应重点介绍。最后,干燥操作看似简单,却同时涉及传质与传热两个过程,是传递过程的综合利用。干燥操作在环境工程领域也应用较多,如污泥的干化等。2 实践教学内容在“化工原理
7、”教学过程中,实践教学非常重要,很多经典的实验已有上百年的历史。课程教学内容中,一些图表或者经验公式都是前人在大量实验的基础上整理得到的。比如流体流动章节的雷诺数与流体流动摩擦系数之间的关系图(莫迪图)就是在大量实验的基础上绘制而成的。而流体的对流传热公式,更是根据不同管内、管外条件有很多公式的变化,这些都是通过大量实验数据整理归纳得到的5 7。在“化工原理”实践教学中,最广泛开设的实验是流体流动阻力系数测定实验,其典型的实验流程图如图 1 所示。该实验通过测定在不同粗糙度的水平管中,流体以不同流速(雷诺数)流动时的阻力变化,得出流动阻力系数、雷诺数、管道相对粗糙度之间的关系,是绘制莫迪图的基
8、础。同时,通过流体流动阻力系数测定实验,学生们可以学到离心泵的启停、阀门的开启关闭、流量计的使用及倒 U 型压差计的使用等多方面的知识,实验的综合性较强。在“环境工程原理”“水力学”等课程教学中也经常会涉及流体流动阻力系数测定实验,体现了此实验的广泛适用性。精馏实验,作为化工专业较为经典的实验,一般都会开设。通过精馏实验,可以让学生们理解物质分离的原理,但是环境工程专业开设精馏实验的较少。正如前面所介绍的,精馏操作在环境污染物治理过程中的应用极少,所以精馏实验的开设就显得不重要了。当然,塔设备的实验在环境工程专业还是十分重要的,但侧重点应该是吸收塔,因为吸收操作在环境污染物治理过程中广泛使用,
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