［摘 要］采用“问题导向”和“基于项目的教与学”的方法，紧贴化学反应工程课程各个知识点与化工实际生产的联系，设计出难易适中、针对性强的工程项目。课堂教学采用问题导向的教学方法，侧重基本原理及规律、公式等内容和相关理论应用实例的讲授；课后通过工程项目实训来验证和巩固课堂上所学的理论知识。通过“做中学”和“学中做”相互促进的规律，加深学生对理论知识的熟练应用和工程实践能力的提高。
［关键词］问题导向 工程项目 化学反应工程 教学 工程实践能力
［中图分类号］ Ｇ６４２ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ 2095-3437（2013）01-0111-03
化学反应工程作为我校化学工程与工艺类专业的主干课之一，在化工专业知识体系中起到了承上启下的作用。化学反应工程是一门工程特色较重的课程。长期以来，化学反应工程主要采用以学科知识为经纬构建课程与教学体系，侧重对公式的推导、原理结论的归纳，很少将原理、结论的实际工程问题介绍给学生，没有教会学生处理工程问题的方法和技能，在一定程度上削弱甚至忽略了学生分析问题和解决问题的能力。很多学生普遍反映本课程是“课堂能听懂，听后难做题”，在后续专业课程、毕业设计和化工设计大赛等环节上碰到化学反应器的设计、工艺优化等方面的专业性工程问题时感到无从下手。
如何把知识（学科知识）、能力（工程设计、应用等能力）、社会（对学生工程项目设计和操作等能力的需求）融合起来，兼顾能力、学科知识和社会三方面的需要，代表了现代教学努力的方向。[1]本教研组采用问题导向法和项目教学法来组织化学反应工程课程，将课堂组织的经纬由过去单独的学科知识一个维度，转变为项目、知识、能力相结合的三维架构。[2]人才培养目标也相应地由知识考察、基础掌握转向了工程实践能力、创新能力的培养，取得了一定的成效。
一、以问题为导向的引导式教学
在授课过程中，针对课程涉及的抽象概念和知识点，提出学生比较感兴趣的问题和化工实际生产中的实例，由此分析反应工程课程中的相关理论知识，加深了学生对知识点的正确理解。
（一）将枯燥的理论与学生感兴趣的问题相联系
讲反应速率的定义时，以学生熟悉的人体内葡萄糖完全转化的化学反应为例，根据反应速率的基本概念计算人新陈代谢的速率。根据人在泡温泉容易饿的生理现象，提出了温度对新陈代谢反应速率的影响问题，引出反应速率常数的概念。在讲解阿累尼乌斯公式时，以人体中某种酶的催化反应为例，计算人在37℃正常体温和40℃发烧时的反应速率，让学生理解速率常数和温度的关系。
讲解利用轴向扩散模型计算不同开、闭式边界条件的方差及贝克莱数Pe知识点时，提出开式条件下河水污染预测模型中的返混问题，增强了学生对轴向扩散模型应用范围的了解。讲解自催化反应时，提到工业上的发酵过程中，发酵产物会对反应起到催化作用，实际就是一个自催化反应，拓展了大家对催化剂概念和自催化反应的认识。根据学生熟悉的化工原理课程中学到的物理吸收的双膜理论，提出气液两相反应组分在气膜和液膜内的浓度梯度变化、化学反应主要发生的区域等问题。
（二）将具体的理论与实际生产问题相联系
化学反应工程课程具有理论抽象、设计过程复杂繁琐、实践和应用性强的特点，学生普遍感到课堂教学内容与生产实际相脱节。因此，在课堂教学中，应尽量列举一些与讲授的主要知识点密切联系的生产实例，并对其进行讲解和分析，这样有助于学生形成从工程角度来思考问题、解决问题的思维模式。
讲解完几种常见流动模型的停留时间分布之后，向学生介绍文献报道的相关应用实例。如：北京燕山石油化工有限公司间二甲苯氧化反应器进行冷模实验时，采用示踪响应法测定通气条件下液相停留时间分布的数据；[4]或者带有机械搅拌装置的新型管式反应器内，流体在不同搅拌转速、不同流量下停留的时间分布曲线，[5]让学生分析讨论反应器内的流动状况、短路、沟流、死区、反应器搅拌方式等问题。采用由浅入深，循循善诱的方式，逐渐将停留时间分布及非理想流动的计算等理论引申到实际的应用中。
讲解反应器热稳定性和参数灵敏性时，向学生介绍化工企业因为反应失控造成的爆炸事故：如2007年5月中国石化集团公司沧州大化甲苯二异氰酸酯车间酸酯化操作的爆炸事件、2008年9月辽阳市发生的年生产200吨的硝酸异辛酯生产线爆炸事件，由此展开化学反应器热稳定性的分析，并组织讨论预防反应失控、维持全混流反应器热稳定性的措施。整个教学过程学生十分投入。
根据课程学时量的情况，适当地给学生介绍几种典型的化工生产过程，如氨合成、SO2催化氧化、石油化工的催化裂化、天然气为原料生产合成气等，让学生结合理论知识，分析这些典型的化工反应过程的特点、反应器类型、操作方式、最佳操作条件等，了解如何利用理论知识来指导化工实际的生产过程。
二、以项目能力为依托的实战式教学
尽管课堂教学中可以讲解与授课内容密切相关的生产实例，用以培养学生的工程实践能力，不过由于课程学时的限制，加之所举的生产实例仅仅针对课堂上的有关知识点，学生难以形成系统全面的知识体系。为了更好地培养学生分析和解决实际工程问题的能力，我们将课程的主要知识点，结合学生的课外科技活动、毕业论文、老师的科研课题、实际生产及最新的学术报道等内容，筛选和提炼出若干难易程度适中、适合课程内容的工程项目。学生在参与项目的过程中，通过亲身体验提高自身的工程实践能力。项目具体实施的步骤如图1所示。
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图1 基于项目教学的实施方法和步骤
项目实施的具体措施为：学生根据自身专长和爱好选定不同的工程项目，负责同一个项目的同学被分为一组，每组共3～5名学生。选出一名组长，由组长组织本小组成员开展项目的实施工作。小组成员在查阅资料的基础上，集思广益、互相合作，提出各自的设计方案并分析原因。由小组长组织全小组讨论，吸取本小组每一个成员方案的长处，避其短处，形成本小组的最优设计方案，并按照项目的要求，对项目的其他任务进行分层次展开。在规定时间组织各个小组统一答辩，在教师的指导下完善项目的实施方法。课后每个学生负责向任何5个同学讲解自己所负责项目的解题思路及方法，同时也要向别的同学请教5个以上项目的解题方法，并且填写反馈表。根据学生反馈的信息，指导教师再针对各个项目的普遍问题进行集中解答。在项目实施过程中，按照“学中做”和“做中学”相互促进的关系，使学生掌握相关课程知识点之间的联系，培养学生解决工业开发、优化反应工艺及过程条件的综合性问题的能力。
部分化学反应工程项目的名称如下：
（1） 顺丁烯二酸酐酯化反应定态操作点及反应器内流动状况研究；（工厂实例）
（2） 年产4000吨的水性聚氨酯胶粘剂工程设计；（化工设计大赛题目）
（3） 年产5000吨氯乙酸创业项目；（学生挑战杯项目）
（4） 金属氮化物催化剂上氨分解反应动力学及反应机理研究；（学生创新性实验）
（5） 年产3万吨顺丁烯二己酸己酯项目设计；（毕业设计题目）
（6） 四氯乙烷分解反应动力学的确定及催化剂中毒研究；（教师科研课题）
……
三、各个层面上需遵循的原则
在系统地讲解理论课程的同时，以问题为导向，以工程项目的设计为载体，以培养工程实践能力为主要目标，并在三个层面上遵循以下原则：
（1）在教师（设计者）层面上，教学中需坚持“设计—引导—改进—总结”的渐近式原则。课堂教学尽可能引入最新的科研成果或现场的实例，同时根据课程内容中的知识点，精心设计统领教材的实施项目。按照教材的各章节的内在联系，将项目分解成若干子项目，引导学生按章节顺序展开项目的实施，并给予鼓励、指导和技术支持。及时监控教学质量和效果，对整个学期的教学内容、授课次序、教学手段和方法进行有效的改进；总结来自学校督导组、教师及学生的反馈信息，有目的地对教学内容和方法进行调整。
（2）在学生（参与者）层面上，强调“参与—协作—提高—影响”的体验式原则。鼓励全部学生参与教师指定的项目，通过互联网、图书馆及知名专家教授等途径来搜集资料。项目的实施过程中，小组内充分发挥个人的特长，在规定时间内展开构思、设计、实现和运行，将学习从课堂延伸到图书馆、网络、实验室和工程现场，加深学生对理论知识的理解，激发他们的学习兴趣，提高其工程思维能力和团队协作意识，进而影响其后续的课程学习及能力培养。
（3）从内容（实施对象）层面上，实现“本课程—相关学科—课外科技活动—毕业设计”多节点有效衔接的原则。以多个化学反应工程相关项目的设计为切入点，进行均相、非均相、间歇及连续反应器的设计，开发具有一定深度和广度的实施项目。项目内容须融合化学反应工程的理论知识、相关课程、课外科技活动、毕业设计及化工生产实际问题，涉及反应器的设计、运行及最佳工艺的确定，主要反应设备的设计、化工过程和设备的物料参数（如温度、压力、流量等）及控制指标的确定等问题。同时教学中须充分融合国内外相关科学研究已取得的进展和成果，将最新的科学研究成果充实到教学内容里，实现理论知识和实际应用的有效衔接。
四、总结
化学反应工程课程强调“问题导向教学”、“基于项目的教与学”的原则，将学生感兴趣的问题、生产实际的问题，以及融合学生课外科技活动、毕业设计、教师科研、实际生产及最新学术报道等内容的若干工程项目，分别通过课堂教学和课后实训的途径展开。近三年，本专业学生有近80%参与了化工设计大赛、创业大赛、挑战杯、创新性实验等各级各类的科研活动，在“挑战杯”等各种竞赛中获国家级一等奖1项、省级特等奖等共16项，累计承担省级大学生创新性实验20余项，学生发表科研论文10余篇。
［ 参 考 文 献 ］
［1］ 罗高涌，张瑾.基于CDIO模式的校企合作办学的工程应用型人才培养模式研究［J］.高教探索，2011，（5）：71-75.
［2］ 王丽霞，于建军. 困境与走向：对我国工程教育现存问题的反思［J］.现代教育科学， 2011，（6）：114-115.
［3］ 皇甫功凯，李伟，肖文德，朱良，王舰轮.间二甲苯氧化反应器通气条件液相停留时间分布的测定［J］.石油化工，２005，（6）：565-568.
［4］ 赵秋月，张延安，曹晓畅，蒋孝丽.带搅拌装置的管式反应器停留时间分布曲线［Ｊ］.东北大学学报（自然科学版），2006，（2）：206-208.
［责任编辑：罗 艳］