胡美秋

(北方民族大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

高等反應(yīng)工程的知識結(jié)構(gòu)較化學(xué)反應(yīng)工程更為完整，理論性更強(qiáng)，是一門綜合性強(qiáng)、對數(shù)學(xué)要求頗高、涉及物理化學(xué)、化工熱力學(xué)和化工原理等知識學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)課程[1]。隨著社會(huì)和科技的進(jìn)步，高等反應(yīng)工程的理論知識在實(shí)際化工領(lǐng)域中得到越來越多的應(yīng)用[2]，對于學(xué)習(xí)這一門課程的化工類碩士研究生來說，這對他們現(xiàn)在或?qū)淼膶W(xué)習(xí)、生活和工作都具有重大意義。

1 高等反應(yīng)工程的教學(xué)內(nèi)容

高等反應(yīng)工程以化學(xué)反應(yīng)工程的基本原理為基礎(chǔ)，以化工生產(chǎn)為背景，是化學(xué)工程碩士研究生必須修讀的一門課程[3]，其知識結(jié)構(gòu)較為完整，理論性較強(qiáng)，知識面廣。高等反應(yīng)工程共有九個(gè)章節(jié)，課程學(xué)習(xí)過程中，我們主要從以下四個(gè)層面來學(xué)習(xí)：(1)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)體系的定量表征，介紹了反應(yīng)體系的化學(xué)計(jì)量分析、反應(yīng)體系的的化學(xué)平衡分析、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；(2)理想均相反應(yīng)器和反應(yīng)器中的混合現(xiàn)象，介紹了均相反應(yīng)體系的分析方法和混合對反應(yīng)過程的影響；(3)外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散現(xiàn)象，介紹了外部傳遞過程對分均相催化反應(yīng)的影響和內(nèi)部傳遞過程對氣固相催化反應(yīng)過程的影響；(4)反應(yīng)器設(shè)計(jì)，介紹了固定床、流化床、氣液反應(yīng)器、氣液固三相反應(yīng)器的熱特性、傳遞過程、模型化方法和反應(yīng)器的選型及設(shè)計(jì)計(jì)算。

2 高等反應(yīng)工程的教學(xué)方法

由于學(xué)生的本科專業(yè)、文化氛圍、高等反應(yīng)工程的難易程度和學(xué)生的知識接收能力，使得教學(xué)方法受到一定的制約。對于碩士研究生主要的教學(xué)方法有：因材施教法、案例分析法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法等多種教學(xué)方法[4]。

2.1 因材施教

因材施教指學(xué)校綜合考慮學(xué)生個(gè)人的興趣、學(xué)習(xí)能力、課時(shí)等具體情況進(jìn)行不同的教育。高等反應(yīng)工程課程內(nèi)容比較繁雜，部分本科生接觸過反應(yīng)工程，具有一定的理論基礎(chǔ)知識，但深度不夠，學(xué)生知識儲備也不全面。另外，一些學(xué)生本科是非化工專業(yè)出身，沒有反應(yīng)工程基礎(chǔ)知識，所以我校要求上課48學(xué)時(shí)，針對學(xué)生情況和課程本身，我們選擇了適合研究生水平的教材，華東理工大學(xué)出版社程振民等人編寫的《高等反應(yīng)工程教程》。通過48學(xué)時(shí)和知識結(jié)構(gòu)完整的書本學(xué)習(xí)、老師簡明精煉和通俗易懂且突出重難點(diǎn)的講解，課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，大家都能較好的理解并掌握相關(guān)內(nèi)容。

2.2 案例教學(xué)

案例教學(xué)即通過模擬或重現(xiàn)實(shí)際生活中的小情景，使學(xué)生將自己置于案例現(xiàn)場之中，并組織學(xué)生開展討論的一種教學(xué)方法。一個(gè)合適的案例能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維、提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，從而達(dá)到教學(xué)預(yù)想的結(jié)果。例如，多相系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)與傳遞現(xiàn)象的多相催化反應(yīng)中，該催化過程共有七步，分別為：反應(yīng)物A穿過滯留層→通過外擴(kuò)散到達(dá)催化劑外表面→通過內(nèi)擴(kuò)散被催化劑吸附到活性位上→產(chǎn)生反應(yīng)生成產(chǎn)物B→產(chǎn)物B從催化劑上脫附下來→脫附下來的B通過外擴(kuò)散到達(dá)催化劑外表面→擴(kuò)散到滯留層后離開邊界層。老師在教授學(xué)生這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，將每一個(gè)學(xué)生比作一個(gè)反應(yīng)物，將整個(gè)教室比作一顆催化劑，那學(xué)生在里面的活動(dòng)將會(huì)很混亂；但如果將教室用若干個(gè)隔板隔離開來，相當(dāng)于催化劑內(nèi)部有多個(gè)孔道，而每個(gè)學(xué)生占據(jù)一個(gè)，那么對于催化反應(yīng)而言，每一個(gè)學(xué)生都在一個(gè)活性位點(diǎn)上，這種反應(yīng)效果會(huì)更好。非均相催化劑在催化動(dòng)植物油或餐廚廢油等大分子時(shí)，催化劑孔道太小，會(huì)增加傳質(zhì)阻力，不利于大分子穿過孔道，但催化劑的孔道并不是越大越好，孔道過大，會(huì)造成大分子在孔道內(nèi)無序的碰撞，傳質(zhì)阻力也會(huì)增大。因此，合適的孔道才能達(dá)到最佳的催化效果。在制備催化劑時(shí)，考慮到這一要求，我們設(shè)計(jì)了不同的催化劑制備方法，進(jìn)而得到所需孔徑大小的催化劑。這種貼近生活的授課方法，容易理解，也讓我們學(xué)生有了參與感，有利于培養(yǎng)我們理論-思考-實(shí)踐的學(xué)習(xí)模式。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，在實(shí)驗(yàn)室中操作儀器、觀察現(xiàn)象、根據(jù)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是研究生課程的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以驗(yàn)證課堂教學(xué)的理論知識，學(xué)生在實(shí)踐中難免會(huì)出現(xiàn)一系列問題，而通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并沉著應(yīng)對解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和掌控全局的能力。比如，在化學(xué)反應(yīng)器中的混合現(xiàn)象的理論知識學(xué)習(xí)結(jié)束后，老師帶領(lǐng)小組成員進(jìn)行了停留時(shí)間分布與反應(yīng)器流動(dòng)特性測定實(shí)驗(yàn)，通過儀器測試數(shù)據(jù)結(jié)果來定量單釜、雙釜和三釜反應(yīng)器的返混程度，讓學(xué)生能夠從課本上的理論中真正理解到停留時(shí)間分布和多釜串聯(lián)模型的關(guān)系。

3 學(xué)習(xí)高等反應(yīng)工程課程的意義

《高等反應(yīng)工程教程》的知識結(jié)構(gòu)更為完整且理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)該課程有利于滿足我們追根思源的好奇心，內(nèi)容的源頭性介紹使我們獲得感性理解，這有利于培養(yǎng)碩士研究生的興趣和創(chuàng)造力。課程學(xué)習(xí)過程中的章節(jié)安排，使學(xué)生對內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散、催化劑的作用和催化原理等知識的認(rèn)知更加深刻。該課程還安排了實(shí)驗(yàn)課程，在相應(yīng)的理論知識結(jié)束后，學(xué)生在老師的帶領(lǐng)下，去實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，做模擬實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)會(huì)思考和動(dòng)手實(shí)踐，并在實(shí)踐中解決問題。

4 學(xué)習(xí)與總結(jié)

高等反應(yīng)工程，是一門學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)和應(yīng)用的綜合性實(shí)踐性課程。通過學(xué)習(xí)該課程，使我對我的研究課題有了更深刻的理解和認(rèn)識，我不僅學(xué)到了催化劑的應(yīng)用、熱量傳遞過程對化學(xué)反應(yīng)的影響、反應(yīng)裝置的一些基本操作等基礎(chǔ)的專業(yè)理論知識，還學(xué)會(huì)了將其運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中去，如：固體酸催化劑催化動(dòng)植物油應(yīng)用于生物柴油、汽油和航空煤油。個(gè)人認(rèn)為這些理論知識是我們動(dòng)手實(shí)踐的理論支撐，而實(shí)踐結(jié)果是對理論知識的理解掌握程度的最好體現(xiàn)和對理論知識是否可行的最好驗(yàn)證。這一課程對我們將來的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐操作都有重要的意義，有利于培養(yǎng)我們在將來工作中的獨(dú)立性和創(chuàng)造性。