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知行合一——“化学工艺学”课程

单国荣　王晓钟　戴立言　潘鹏举
化学系

一、课程简介

1.课程类别

学位必修课

2.学科类别

工学—化学工程与技术

3.课程目标和教学内容

“化学工艺学”是一门由原料到产品的过程科学，是培养化工类专业人才的一门大类、综合性课程，该课程所用知识涉及物理化学、化学工程、化工原理、化工热力学、化工设备、高分子化学等，是这些课程知识的综合体现。

（1）课程目标:通过“化学工艺学”典型的反应单元工艺共性问题的学习，结合产品个性实例，使学生初步掌握化学工艺学的有关知识，提高学生综合运用所学知识的能力，特别是从小试工艺如何放大至工业化生产方面的能力，为将来学生走上工作岗位从事化工技术的开发和生产奠定良好的基础。

（2）教学内容:化工生产基础、化工资源及初步加工、通用反应单元工艺、无机化工反应单元工艺、高分子化工反应单元工艺、有机化工反应单元工艺、精细化工反应单元工艺。

4.教学对象

本科三年级学生，每年100人左右。

5.课程学时与教学场景

（1）课程学时:32学时。

（2）教学场景:课堂教学在多媒体教室，讨论课在研究所会议室。

二、课程教学重点解决的问题

“化学工艺学”是一门由原料到产品的过程科学，是化工类课程知识的综合体现。“化学工艺学”课程的最大特点就是“任何工艺没有标准答案”，即任何化工产品的生产工艺将随环保要求、原材料的种类和价格等发生局部甚至整体的变更，这种变更可能每年都在发生，所以对于化工产品的生产，没有最好的工艺，只有最合适的工艺，这也是“化学工艺学”课程与其他理论课程最大不同之处。鉴于这种情况，本教学团队从教学方法改革入手，借鉴“授人以鱼不如授人以渔”的观念，抓住主要矛盾，提出“课堂重点讲授共性问题，个性工艺举1个例子并讲透，而其他工艺和进展采用讨论课方式进行”的观点，使学生掌握规律性东西并将教学内容真正融合于实际生产工艺中，增加了学生学习的兴趣，培养了学生的工艺创新意识。

“化学工艺学”在教和学方面存在的主要问题如下:

（1）理论教学与实际工艺差别较大。化工实际生产工艺经常随原料来源、原料价格、环保要求等进行工艺路线的调整，因此理论教学中的工艺路线往往与实际工艺差别较大。

（2）创新性素质培养环节较少。由于“化学工艺学”进行过多次组合，将原来各专业的专业工艺学内容进行合并，因此讲授的内容较多，互动课时、启发式课时较少，缺少创新性素质培养环节。

（3）“化学工艺学”由于由各类化工类的工艺学课程合并而来，所以讲课内容非常多，但是课时只有32学时，1本900多页的教材根本无法讲完，需要通过大量自学，那么如何检验自学效果就成为难点。

三、教学方法改革

1.教学实施策略与方法

能改进“化学工艺学”教学效果的方法很多，但是本教学团队认为目前最需要解决的问题是如何缩短理论教学工艺和现实工艺的差距并由此来调动学生学习工艺学的积极性，所以对整个课程进行系统整理后，在上好理论课的“共性”和“1个个性例子”的前提下，把精力集中到讨论课上。针对“化学工艺学”理论教学中存在的问题，采取的策略和方法阐述如下:

（1）结合教学重点和难点问题，以及目前工艺进展情况，在课堂讲授的基础上，布置自学任务，同时出“……产品新工艺进展”、“……新技术在工艺上应用”等类型的题目作为大型作业，每个题目有3～5个学生，虽然题目一样，但相互之间没有联系，学生自己独立、系统地检索和阅读国内外文献。

（2）在独立阅读国内外文献基础上，各自写出读书报告；每个学生独立准备5分钟左右的PPT膜片。

（3）利用周日，在研究所会议室，以题目为单位，随机抽取1个学生作为主讲（讲5分钟左右），1～2个学生做补充发言（讲2分钟左右），1～2个学生提问，整个小组进行讨论和辩论，最后教师从共性问题的角度进行点评。

（4）学生讲完后提交电子内容，包括:查阅的国内外文献电子版、读书报告电子版、PPT电子版；教师整理后刻录光盘，进行保存。

（5）教师根据每个学生的国内外文献、读书报告和PPT的质量，以及现场演讲、补充、提问和辩论情况，给出一个综合分数，作为平时成绩，占期末总分的25%。

2.具体实施方法举例

以“煤的液化”为例，由于前几年的技术保密，教材中涉及煤的液化工艺大多是直接液化工艺。但是直接液化产物的质量很差，国外已经基本停止使用直接液化工艺，而我国都是直接液化工艺技术，间接液化工艺几乎没有，教材中也只是泛泛而谈，没有任何工艺流程和参数。随着石油价格高涨，煤的间接液化工艺显得越来越重要。

在讨论课中，我们出了“煤的间接液化新工艺”，让学生独立查找资料，并进行总结和讲述。学生不仅找到了国外已经工业化的煤炭间接液化技术，如南非SASOL公司的F-T合成技术、荷兰Shell公司的SADS技术、Mobil公司的MTG合成技术等，而且还介绍了国外未商业化的一些先进合成技术，如丹麦TOPSOE公司的TIGAAS法和美国Mobil公司的STG法等。这些不仅弥补了教材中有关煤间接液化工艺的知识，而且开阔了同学的视野。以下是同组学生分别找到的煤间接液化新工艺的汇总:

（1）南非SASOL的F-T合成技术　采用沉淀铁催化剂，反应温度较低220～270℃，工作压力3.0～5.0MPa，产品以煤油、柴油和蜡为主。采用熔铁催化剂，反应温度较高300～350℃，工作压力2.0～3.0MPa，产品主要为汽油和轻烯烃，其工艺流程如图1所示。

（2）荷兰Shell公司的SMDS技术　洁净的合成气进入固定床管束反应器中，在Shell公司特有的催化剂作用下发生反应，生产的产品几乎全部属于石蜡族的。蜡状重质石蜡在一个滴流床反应器中，在特殊的催化剂作用下被加氢、异构化和氢裂化，生产出以中质馏分为主的产品，其工艺流程如图2所示。该反应器中的反应温度为300～350℃，工作压力为30～50MPa。最终产品的构成:柴油60%、煤油25%、石脑油15%。

图1　SASOL间接液化工艺流程

图2　SMDS间接液化工艺的原理

（3）美国Mobil公司的MTG合成技术。将ZSM-5沸石分子筛用于甲醇转化汽油的工艺。由于沸石分子筛的作用与酸性，提高了产品以生成C5～C11汽油馏分为主的选择性，制得富含芳烃和侧链烷烃的高辛烷值发动机燃料。

3.教学方法特点分析

本课程教学内容既有比较枯燥的“共性”理论问题，又有与实际工艺相结合的工艺流程和参数，面对大量的产品，我们理出以反应单元为主线，将各专业的共性工艺组合成为通用单元工艺，将各专业的特色工艺单独成章阐述，触类旁通。由于单元反应比产品数目少得多，又各具特色，教学弹性就比较大，为讨论课的实施提供了前提条件。其主要特点如下:

（1）从教学实践发现理论教学中存在的问题，系统并有重点地提出解决方法，以讨论课方式，既解决了课时少、检查自学内容困难等问题，又增加了创新性素质培养环节，可谓一举两得。

（2）突出以学生为主体，从检索和阅读国内外文献、归纳和总结文献、撰写读书报告和PPT膜片、演讲、临场组织重点内容补充以及提问和辩论等多方位角度培养学生的素质，调动学生学习工艺学的积极性。

四、课程考核方法和支撑手段

1.课程考核方法

期末考试卷面成绩占70%、平时出勤占5%、讨论课总成绩占25%（其中:读书报告质量占15%，PPT讲述、提问、辩论占10%）。

读书报告考核方式主要依据是:能否全面、有重点地描述一个新工艺；PPT讲述、提问和辩论环节考核方式主要依据是:能否在规定时间内清楚、明白地把新工艺讲授给大家听，提问的同学能否抓住要害，辩论时能否灵活机智讲清问题。

2.教学支撑手段

（1）精品课程网站。从2006年起，逐步进行“化学工艺学”精品课程网站建设，并于2009年建设完成，网址:www.hxgyx.jpkc.cc。在精品课程网中，上传了大量可使学生复习和自主学习的扩充性资料，包括:①理论课程PPT；②3位主讲教师的部分上课录像；③3个典型新工艺（11位同学）讨论课录像；④优秀讨论课读书报告、PPT实例；⑤中英文参考文献（突出新工艺、新技术、新进展）；⑥参考网站（主要是一些企业的新工艺、新技术介绍）；⑦参考书目（列出了可参考的书目和封面）；⑧企业现场视频（6个完整工艺流程的视频、58个部分工段的片段视频）；⑨5位教师的博客（代表作、奖励等）。

（2）试题库。与教学内容相对应，建立了“化学工艺学”试题库，每个知识点均有大量试题。

（3）在线自测系统。在精品课程网址中嵌入了在线自测系统，按每章节内容和知识点，相应出一张小测验卷，10题左右。同学每上完一次课，可以回去上网自测，检验课堂效果（由于课时紧张，只能回去后进行自测）。自测完后会出现分数以及错题分析等信息，使学生及时了解自己未掌握之处。

五、教学效果和推广性分析

1.教学效果

从2006年开始整个教学班级推广“讨论课”以来，每年对讨论内容和方式进行完善，如电子化管理和存档等，尤其是2009年，受到化工系系级教改项目的支持，教学团队对讨论课的内容进行了更新，使学生的评分体系、撰写内容、讲述内容等方面进行规范，并于2010年12月21日对其中的3组讨论课（约11人）进行了录像，待制作人员完成剪辑后放在“化学工艺学”精品课程网站上。

化学工程与工艺2008届叶长怀同学最后在讨论课总结中写道:通过查阅大量文献和参考书，我对石油催化重整整个工艺过程有了更全面更深入认识。我写这次读书报告最大的收获不仅是学到了很多催化重整的知识甚至对整个石油炼制有了进一步的了解，更在于学到了一种方法或者说对学习的一种启发。学习专业课的知识，不能仅仅靠课上学习，课外不断地丰富课堂的学习才收获更大。如催化重整这个内容，在教科书上也就不到5页的内容，但是它可以写成一本接近300页厚的书。书上的每个部分都有很多内涵，学习尤其是现在大三了，要不断丰富自己学的知识，提高自身的知识积累。

化学工程与工艺2008届尚玥同学最后在讨论课总结中写道:在课程开始的时候，单老师就给我们布置了大型作业，让我们探索某种化工过程的新工艺，题目由我们随机选取，抽到相同题目的同学即为一组。到了期末的时候，组织seminar进行讨论。单老师说讨论的时候留给每个人的时间不长，我们必须要在有限的时间里讲出自己创新工艺最精彩的部分。准备的过程是痛苦的，但是讨论的时候却又是激动而自豪的，因为这是我们自己研究出的工艺。而单老师总是在最后提出一些“刁钻”的问题来“难为”我们，提示我们工艺中存在的问题和漏洞。单老师的这种教学方法为我们提供了一个创新的平台，激发了我们的创新精神，也为我们提供了创新的指导，让我们能够真正锻炼自己的能力，掌握化学工艺的知识。我想这是其他传统授课方式所不具备的。

化学工程与工艺2010届朱哲成同学在上课感言中写道:……在课程教学过程中增加了“讨论课”这一创新方式，使每位同学都能参与到对一个主题的现代工艺的调查讨论中。通过这种模式，增强同学们的自学能力、沟通能力、表达能力。我们不仅对自己负责的某一技术领域有了更多的了解，而且通过讨论课形式有机会学习其他同学的成果，真正实现了“1＋1＞2”的效果。……

化工系督导组黄有慧老师2009年听了讨论课后的评价:为提高课程教学质量，在教学内容和教学方法上进行改革尝试值得肯定。在课堂讲授的基础上，布置自学任务，安排大型作业，同学针对选题进行文献查询、编写读书报告、制作PPT膜片，然后组织大组介绍、答辩和点评，这对每位同学培养自主学习能力是一次很好的训练，而且也使学生点评创新工艺路线与过程的学习机会落到实处。

化工系督导组顾飞燕老师2010年听了讨论课后的评价:课堂讲授与安排学生自学相结合，布置大型作业，学生课堂交流，老师点评，显现了教学互动和启发式教学。

化工系督导组窦梅老师2011年听了讨论课后的评价:本课程内容多而杂，该教师采取典型工艺细讲，其他工艺在同学自主学习的基础上，安排大型作业，学生3～4人一组，共20组，针对选题进行文献查阅、编写读书报告、制作PPT，然后答辩和点评1天，这不仅很好地培养了学生自主学习的能力，而且也使学生对课程知识的认识具体化。采用专题报告的方式组织教学，十分得当，这样，既使课堂上介绍能够突出重点，又可加强教学之间的互动交流。

2.推广性分析

20世纪90年代初，教育部对普通高校的专业设置进行改革，公布了设置的新专业目录，将化学工程、化工工艺、高分子化工、精细化工、生物化工（部分）、工业分析、电化学工程和工业催化等专业合并为“化学工程与工艺”专业。“化学工艺学”为“化学工程与工艺”专业的专业基础课程，涵盖上述多个专业的工艺课程。在组织编写教材基础上，专门制作了“化学工艺学”电子教案（内容包括教师上课用教案和各章习题解答）。截至2012年底，全国已有90余所高等院校采用我们编制的教材，使用对象主要为高等院校化学化工专业，有些还用作硕士和博士生参考教材。在教学过程中，这些高等院校普遍认为讨论课教学十分困难，希望我们能先做范例。

“化学工艺学”讨论课既具有化学工艺学课程的特色，同时又兼具一般课程适用的普遍性，因此，对于其他课程教学方法和考核方法的改革具有一定的借鉴意义。

面向学生学习的教学方法的改革，既激发了学生的求知欲，又促使课程全体教师不断地进行教学研究。自2005年接手该课程以来，分别获得院级精品课程、校级精品课程、校教学成果二等奖、“十一五”国家级规划教材、2009年普通高等学校精品教材、“十二五”国家级规划教材（公示）等荣誉，引起了同行的广泛兴趣，正在同行中逐步推开“讨论课”方式。

六、课程教材及实验参考书

本课程依托校级精品课程，也同时注重教材建设。教材建设成果如下:

［1］黄仲九等.化学工艺学（第二版）.北京:高等教育出版社，2008.

［2］黄仲九等.化学工艺学（精编版）.北京:高等教育出版社，2011.

其中:［1］列入了普通高等教育“十一五”国家级规划教材，荣获教育部颁发的“2009年普通高等学校精品教材”称号，［2］列入了普通高等教育“十二五”国家级规划教材。