能源化工课程教学改革与实践

0　前言 能源是社会进步和经济快速发展的重要物质基础，是支撑国民经济和现代社会持续发展的最基本保证，国内外经济腾飞和工业的高速发展必须消耗大量的能源才能得以实现，因此，能源问题一直是社会各界共同关注的热点[1-3]。近年来，国内能源消费总量直线上升，面临能源的日益短缺，对能源的需求不断增长的同时需要解决污染问题，原油和天然气对外依存度越来越高。面对新常态下的能源现状，如何改变我国的能源结构，合理利用各种能源，节约能源消耗，开发新能源，减少能源生产和使用过程中的污染？这些问题应该是当代工科大学生应该考虑并为之奋斗的目标。河南大学开设了能源化工课程，目的是让学生认识国内外的能源及能源结构，熟悉能源的生产及加工过程，掌握能源生产过程的特点，为大学生其它专业课的学习及走向工作岗位奠定良好的专业知识基础。本文以能源化工课程的教学改革为例，介绍工科专业课教学改革实践活动中如何提高学生的工程素养和创新能力，提高课堂教学效果的一些做法和体会。 1　科学组织教学内容，精心编制教学大纲 通过对国内外能源现状和国内高等院校能源化工相关课程开设及在教学过程中存在问题的调研，确定了能源化工课程的教学内容，并根据学校教学计划制定了教学大纲。能源化工课程主要介绍国内外能源及能源化工的发展动态、研究重点以及未来发展趋势，主要能源的生产方法、基本原理、加工利用工艺、节能与环境保护[4]。教学基本要求：通过学习能源化工课程，学生应了解现代能源化工前沿和最新发展动态、能源的清洁高效利用技术对实现可持续发展战略的意义；熟悉生物质能、风能、太阳能、核能等新能源的研究、生产、应用开发现状；掌握石油、煤和天然气等常规化石能源的主要生产方法、生产原理和生产工艺，培养学生分析和解决能源相关的实际问题的能力。 《能源化工》课程教学大纲中，教学内容主要包括能源化工概述、石油化工、天然气化工、煤化工、生物质能源和其它新能源等六章内容。能源化工课程考核方式：总评成绩为100分。考核内容由两部分组成：平时成绩(包括考勤、课堂表现、作业、课程专题调研报告)占20%～30%；期末考试成绩占70%～80%(可采用闭卷或开卷考试)。 2　收集相关能源案例，提高课堂教学效果 能源化工课程所涉及的内容较多，实践性很强，能源在生产或进一步加工过程的工艺流程比较复杂，如果教师一味地对着流程讲课，课堂教学效果不太理想，如果从能源生产实际中找出典型的案例，利用案例教学就会起到事倍功半的作用[5-6]。 譬如，在讲到天然气化工的非常规天然气中页岩气生产时，用相关的数据和图片引入“位于河南省开封市祥符区西姜寨乡的一处农田的河南首口页岩气井——牟页1井”，学生立刻就来了兴趣，原来页岩气离我们如此近啊，然后讲解页岩气的概念、生产原理等，学生听课的积极性非常高；在讲到煤化工的新型煤气化技术时，举出“河南晋开化工投资控股集团有限责任公司采用国产粉煤气化技术大型航天炉—— 4台3.2 m气化炉”，利用数据、表格、图片、流程等对国产气化炉与引进的壳牌、德士古等气化炉进行比较，取得了较好的课堂效果。 3　激发学生的创新精神 国内外能源的生产与消费结构是动态的而不是一成不变的，教师在讲授能源化工课程时，不能仅仅依靠教材上的数据(可能是5年前或10年前的)，应该想尽一切办法找到最新的能源生产与消费结构数据、生产工艺及加工利用方法和途径，同时对过去的若干年(譬如10年或20年)的数据进行详细的分析比较，从中找到世界及我国能源生产与消费、各种能源生产及加工的特点和发展趋势，培养学生对新能源的认识和为之奋斗的兴趣或目标，激发学生的创新精神[7]。 在讲到我国一次能源消费结构时，利用2005-2014年10年的数据对比表(或柱形图)，通过分析我国10年间原油、天然气、煤、核能、水电、可再生能源的消费情况(百万吨油当量)或消费占比，得出我国原油的消费总量逐年上升，消费比例逐年下降，而我国的可再生能源近几年发展迅速。为了培养学生的创新能力，要求学生根据对国内外能源的现状及发展趋势，查阅有关文献，自定题目完成一篇课程小论文或专题调研报告。 4　提高课堂教学质量 能源化工课程包含的内容比较丰富，我们开发了一套能源化工多媒体教学课件，课堂授课采用多媒体加黑板板书的方法。多媒体不仅可以展现重点、难点内容及学习时应该注意事项等，还可以借助图表表达各种数据或数据对比，可以借助图片、照片形式表达现场状况、工艺流程图及设备图等，部分工艺流程图以二维动画表达；为了更好地展现某种能源生产或加工利用的实际效果，我们借助参观实习或考察的机会制作或通过网络查找一些视频，通过观看视频提高学生对能源化工的感性认识，并激发学生的学习兴趣；课堂上在采用多媒体教学的同时，加上适当的板书，以提高课堂教学效果[8-9]。 例如，在讲到页岩气及其开采过程时，利用图片表达页岩气在地层所处中的位置及存在状态、页岩气开采的过程和场面(如牟页1井)等。在讲到固体煤气化的固定床间歇式气化炉(UGI气化炉)时，利用二维动画流程图形象地表达出利用UGI气化炉制半水煤气时五个阶段的流程走向。在讲到原油常减压蒸馏工艺时，借助实习时拍摄的视频播放，从“原油储罐→换热网络→脱盐脱水→初馏塔→常压加热炉→常压蒸馏塔→减压加热炉→减压蒸馏塔”生产出汽油、煤油、柴油、减压馏分油等整个现场实际生产过程。通过观看视频，加深了学生对能源生产过程的认识，培养了学生理论联系实际的能力，提高了学生的学习热情和课堂教学效果。 5　实施启发式教学模式，激发学习潜能 启发式教学是指在课堂教学过程中从学生的实际出发，教师根据教学的基本特点和学生学习的客观规律，采用各种方式设置恰如其分的问题情境，以此来调动学生学习的主动性、积极性，并启发其思维能力，克服学生被动学习的一种先进的教学指导思想[10-11]。在能源化工的教学实践中，为了克服学生被动学习的弊端，激发学生的学习潜能，提高学生的学习兴趣和工程意识，实施了启发式教学模式。 实施启发式教学模式的具体做法是：教师在备课过程中根据不同章节、不同内容课程的特点，把每一节课都设置若干个(通常是2～5个)问题情境，在讲课过程中呈现给学生，学生通过思考、推理或课下查阅相关资料，然后在课堂上采用讨论、提问、抢答、小组发言等形式最终找到正确答案。例如讲到石油化工中的催化裂化一节时，设定的问题情境有“根据你掌握的知识内容，催化裂化的催化剂可能有哪些？”、“催化裂化工艺流程中涉及了哪些化工单元操作过程？”、“催化裂化装置生产的汽油，能否直接作为国Ⅳ标准的商品汽油使用？如果不能，你认为采取哪些方案可以使该汽油达到国Ⅳ汽油的要求？”。 6　结束语 能源化工教学大纲和多媒体教学课件已在2012和2013级化学工程与工艺及应用化学专业的教学实践中试用，结果表明：能源化工教学课件的课堂教学信息量较为丰富，学生对本课程的学习兴趣较浓厚，课堂教学气氛良好，学生对典型能源的生产及加工原理、工艺流程及特点、关键设备的结构及特点等理解和掌握得较为牢固。 能源化工课程包含常规能源和新能源，在新常态、短学时教学的特定环境下，下一步的教学目标是进一步完善多媒体教学课件，采用新型的慕课(MOOC)和翻转课堂等先进教学模式提高教学质量。只要专业课教师不断地提高自身的知识素养，大胆进行教学创新，积极开展教书育人，工科专业课的教学质量将会持续提高，培养出的大学生的工程素养和创新能力将会越来越高。

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