發(fā)布時(shí)間：2023-07-03 16:07:36
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：高職院校；化學(xué)反應(yīng)工程；課程改革；改革實(shí)踐
引言
進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)高職院校教育工作相對(duì)于先前有了較大的變化，對(duì)人才的培養(yǎng)也有了更高的目標(biāo)。在高職化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)中，遵照課程要求，針對(duì)性的逐漸完善化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)體系，提升化學(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)質(zhì)量，對(duì)高職院校教育工作的提升是非常關(guān)鍵的。在對(duì)“化學(xué)反應(yīng)工程”課程的改革與實(shí)踐中應(yīng)從如下四個(gè)方面入手：
1、確定建設(shè)目標(biāo)，深化教學(xué)改革，構(gòu)建國(guó)內(nèi)一流課程
化學(xué)反應(yīng)工程包含了化工熱力學(xué)、物理化學(xué)、控制與優(yōu)化及化工傳遞過(guò)程等知識(shí)點(diǎn)，總體的知識(shí)領(lǐng)域較為廣泛，對(duì)于培養(yǎng)高職學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)素養(yǎng)，提升學(xué)生的化學(xué)分析能力是非常關(guān)鍵的，因此，在進(jìn)行高職“化學(xué)反應(yīng)工程”改革時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)工程為所有化工課程的核心，為化工專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)主干課程。
外國(guó)知名大學(xué)在化學(xué)反應(yīng)工程方面的研究及教學(xué)工作現(xiàn)對(duì)于國(guó)內(nèi)對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程的研究及教學(xué)是較為超前的，因此，在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)工程課程改革時(shí)，全面的剖析國(guó)外知名大學(xué)同類(lèi)課程的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)提升化學(xué)反應(yīng)工程課程改革的創(chuàng)新性及有效性是非常必要的。在具體的實(shí)施過(guò)程中，高職院?；瘜W(xué)反應(yīng)工程的教師可以首先通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)搜索國(guó)外知名大學(xué)的校園網(wǎng)站，跟蹤了解國(guó)外知名大學(xué)在化學(xué)反應(yīng)工程方面發(fā)展趨勢(shì)，例如：劍橋大學(xué)、ARIZONA大學(xué)等國(guó)外知名大學(xué)內(nèi)化學(xué)反應(yīng)工程的課程設(shè)置等情況。其次，在化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)中，可以借鑒國(guó)外知名大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)資料，從而更好的開(kāi)闊高職學(xué)生的眼界，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程課程的學(xué)習(xí)興趣。第三，如果經(jīng)濟(jì)等方面的條件允許，高職院校化學(xué)反應(yīng)工程課程的教師可以赴國(guó)外進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)工程課程的訪問(wèn)與學(xué)習(xí)，親身體檢國(guó)外知名大學(xué)在化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)方面所做的工作，學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)模式，這對(duì)于更好的開(kāi)展化學(xué)反應(yīng)工程改革有著重要的推動(dòng)作用。
2、闡明基本原理，聯(lián)系開(kāi)發(fā)實(shí)例，教學(xué)內(nèi)容精益求精
2.1精選了化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)中基本原理的內(nèi)容
化學(xué)反應(yīng)工程的重點(diǎn)為將化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理闡明，將反應(yīng)工程的基本理論、概念及研究方法介紹給同學(xué)，因此，在進(jìn)行高職化學(xué)反應(yīng)工程的課程改革時(shí)，應(yīng)將化學(xué)動(dòng)力學(xué)、理想流動(dòng)反應(yīng)器、間歇反應(yīng)器、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量與熱量的傳遞，反應(yīng)器穩(wěn)定性及反應(yīng)選擇性作為化學(xué)反應(yīng)工程的課程的主要講解內(nèi)容，并按照濃度效應(yīng)與穩(wěn)定效應(yīng)展開(kāi)相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)工程討論工作，力求確切闡述、清楚表達(dá)，為高職學(xué)生更好的學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程和化學(xué)反應(yīng)器相關(guān)的知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2.2更新了反應(yīng)工程課程教學(xué)中過(guò)程開(kāi)發(fā)的案例分析
工業(yè)反應(yīng)器為化學(xué)反應(yīng)工程的主要研究對(duì)象之一，同時(shí)化學(xué)反應(yīng)工程中理論聯(lián)系實(shí)際的情況較多。很多高職教師在化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)的過(guò)程中往往承擔(dān)有與化學(xué)反應(yīng)工程課程相關(guān)的科研項(xiàng)目，因此，這就為化學(xué)反應(yīng)工程課程改革提供了較好的平臺(tái)，教師可以將科研成果作為化學(xué)反應(yīng)工程課程的具體案例進(jìn)行開(kāi)發(fā)與分析，從而更好的提升整個(gè)化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)的精彩性，使之做到言之有物，更好的豐富整個(gè)化學(xué)反應(yīng)工程課程的內(nèi)涵，也能夠幫助學(xué)生更好的了解與學(xué)習(xí)到化學(xué)反應(yīng)工程在具體的開(kāi)發(fā)過(guò)程中的作用與進(jìn)展。
2.3 增加了生化、材料、環(huán)境等反應(yīng)工程方面的內(nèi)容
現(xiàn)階段很多高職院校的化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)缺乏教學(xué)所需的學(xué)習(xí)氛圍，因此，在高職院校進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)工程的改革時(shí)，增加了與化學(xué)反應(yīng)工程相關(guān)的材料、生化及環(huán)境等方面的能夠有效的反應(yīng)出化學(xué)反應(yīng)工程前沿的內(nèi)容是有其必要性的。在具體實(shí)施時(shí)高職院校可以借此拓展課程內(nèi)容的內(nèi)涵，請(qǐng)學(xué)有專(zhuān)長(zhǎng)的專(zhuān)家學(xué)者介紹生化反應(yīng)工程、聚合反應(yīng)工程、電化學(xué)反應(yīng)工程、精細(xì)化學(xué)品反應(yīng)工程、環(huán)境反應(yīng)工程等新方向、新進(jìn)展，有效的實(shí)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程課程時(shí)思路與眼界的開(kāi)闊。
3、講授研討結(jié)合，試行雙語(yǔ)教學(xué)，教學(xué)方法不斷改革
高職院校在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)工程課程改革時(shí)，應(yīng)重視教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的教學(xué)方式在一定程度上仍有一定的借鑒意義，因此，在進(jìn)行改革時(shí)還應(yīng)當(dāng)繼續(xù)堅(jiān)持傳統(tǒng)的教師講授的方式，在教師講授的同時(shí)，加入一定量針對(duì)性的討論式教學(xué)方法，組織學(xué)生針對(duì)性的對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程的某些重要的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行討論。在化學(xué)反應(yīng)工程課程具體講授的過(guò)程中，注意應(yīng)用歸納法、對(duì)比法及演繹法等方法，針對(duì)不同的化學(xué)反應(yīng)工程內(nèi)容，應(yīng)采用不同的教學(xué)方法，在提升化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)質(zhì)量方面應(yīng)下功夫，例如：在討論串聯(lián)反應(yīng)優(yōu)化問(wèn)題上，引導(dǎo)學(xué)生精心制作了電子課件，并鼓勵(lì)學(xué)生上講臺(tái)講解，學(xué)生的積極性很高，既活躍了課堂氣氛，學(xué)生本身也覺(jué)得收獲很大。
其次，在化學(xué)反應(yīng)工程課程改革時(shí)加入一定量的雙語(yǔ)教學(xué)方式，能夠較好的提升化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)的質(zhì)量，擔(dān)任化學(xué)反應(yīng)工程雙語(yǔ)教學(xué)的教師一般均為博士學(xué)歷，具有較多的國(guó)內(nèi)外學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，上課課件、板書(shū)全部采用英語(yǔ)書(shū)寫(xiě)，考試試題與解答也全部采用英語(yǔ)表達(dá)。雙語(yǔ)教學(xué)試點(diǎn)吸引了一批具有較高外語(yǔ)水平的優(yōu)秀學(xué)生參與，而上課教師也將國(guó)外化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)思想與教學(xué)理念融入到課堂教學(xué)過(guò)程中，這對(duì)于提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性有著較大促進(jìn)作用。
4、結(jié)束語(yǔ)
在化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)改革的過(guò)程中，教師還應(yīng)當(dāng)充分的利用現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備，將教學(xué)的內(nèi)容通過(guò)現(xiàn)代化多媒體技術(shù)呈現(xiàn)出來(lái)，更好的提升化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)的生動(dòng)性、形象性，這對(duì)于提升高職學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣也是較為重要的。
[參考文獻(xiàn)]
[1]王琳琳，陳小鵬，梁杰珍，劉幽燕，韋小杰.改革地方院校課程教學(xué)模式和內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生工程與創(chuàng)新能力――以廣西大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)為例[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，08：10-14.
1.1化學(xué)反應(yīng)的條件概述
化學(xué)反應(yīng)是個(gè)復(fù)雜、有趣的過(guò)程，其反應(yīng)條件因反應(yīng)物的不同而有所差異，一般情況下，較為活潑的物質(zhì)其化學(xué)反應(yīng)很容易發(fā)生反應(yīng)，如鐵與稀鹽酸反應(yīng)制氫氣，反應(yīng)速度快且釋放大量熱氣，反應(yīng)過(guò)程幾乎不需要什么特殊條件，反應(yīng)就能發(fā)生的非常激烈。在實(shí)踐中，很多化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用都需要滿(mǎn)足一定的條件，常見(jiàn)的有燃燒、緩慢氧化、加入催化劑、加壓等。其中，燃燒是指可燃物與空氣中的氧氣發(fā)生一中發(fā)光發(fā)熱的反應(yīng)，如鎂在空氣中燃燒生產(chǎn)氧化鎂（MgO）等；緩慢氧化反應(yīng)較為常見(jiàn)，如食物的腐爛、動(dòng)植物的呼吸等，這一反應(yīng)形式也逐漸的被開(kāi)發(fā)出來(lái)并得到應(yīng)用；催化劑是指將一種或幾種物質(zhì)加入反應(yīng)物中，這些物質(zhì)在反應(yīng)中本身不發(fā)生改變，但催化劑可改變化學(xué)反應(yīng)的速度與效果，常見(jiàn)的有光催化劑、固體催化劑、生物催化劑等，在不同化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用可改變化學(xué)反應(yīng)的速率和效果，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。例如，污水處理中應(yīng)用光催化劑提高反應(yīng)的效果，提升污水凈化的品質(zhì)，使其達(dá)到更好的凈化標(biāo)準(zhǔn)。此外，壓強(qiáng)、溫度等也是化學(xué)反應(yīng)的條件。
1.2化學(xué)反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響
化學(xué)反應(yīng)中，必須客觀的對(duì)待化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)性和復(fù)雜性，在利用化學(xué)反應(yīng)時(shí)，首先，應(yīng)注重化學(xué)反應(yīng)條的件，一些化學(xué)反應(yīng)雖可以實(shí)現(xiàn)，但反應(yīng)條件極為苛刻，不適合在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。其次，注重考慮反應(yīng)原理的獲得難易程度和價(jià)值，必定工業(yè)生產(chǎn)的目的是為了獲取利益和效益，高昂的反應(yīng)代價(jià)一般在實(shí)踐中很難應(yīng)用。再次，注重環(huán)境污染問(wèn)題和資源節(jié)約，環(huán)境問(wèn)題早已成為工業(yè)生產(chǎn)與社會(huì)發(fā)展的主要矛盾，因此化學(xué)反應(yīng)的研究中要注重其對(duì)環(huán)境的污染和資源節(jié)約等問(wèn)題。此外，還要注重操作的簡(jiǎn)易性，太過(guò)復(fù)雜會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)中的應(yīng)用及生成物雜質(zhì)含量增加。總之，在化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用中，對(duì)化學(xué)反應(yīng)條件的研究非常關(guān)鍵，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)條件的改善不但可以提高反應(yīng)生成物的純度，還可以簡(jiǎn)化反應(yīng)過(guò)程、加快反應(yīng)速度等，提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，促進(jìn)了工業(yè)發(fā)展。
2催化劑分類(lèi)和應(yīng)用
2.1催化劑的分類(lèi)和作用
化學(xué)反應(yīng)中催化劑的應(yīng)用十分普遍，常見(jiàn)的催化劑類(lèi)型十分豐富，例如，在石油冶煉中應(yīng)用的催化劑有催化裂化催化劑、催化重整催化劑、加氫精制催化劑等；又如，其他工業(yè)生產(chǎn)中的脫硫催化劑、氨合成催化劑、硫回收催化劑等等，其種類(lèi)繁多、應(yīng)用廣泛。催化劑最顯著的特點(diǎn)是催化劑本身不參與化學(xué)反應(yīng)，但它可以改變化學(xué)反應(yīng)的速度，并對(duì)反應(yīng)物發(fā)生作用，使化學(xué)反應(yīng)更為劇烈。例如利用氮、氫為原料合成氨，在這一生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)式非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際操作工藝卻十分復(fù)雜，反應(yīng)過(guò)程牽扯到熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)等方面，反應(yīng)條件的條件與溫度、壓強(qiáng)、催化劑都有關(guān)系。綜上所述，催化劑的應(yīng)用，第一，加快了化學(xué)反應(yīng)的速率，有利于工業(yè)生產(chǎn)效率的提升，同時(shí)，使一些不易發(fā)生的反應(yīng)成為現(xiàn)實(shí)，拓展了工業(yè)生產(chǎn)的領(lǐng)域，使更多化工產(chǎn)品應(yīng)用到人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步中，促進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)發(fā)展。第二，降低了生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的破壞，提高了工業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)保效益，例如，熱發(fā)電過(guò)程中在燃煤中加入生石灰，就可以達(dá)到減少二氧化硫的排放的目的，從而降低了有害氣體對(duì)空氣的污染。第三，催化劑的使用提高了化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益，例如，氨生產(chǎn)中，催化劑加快了氨生產(chǎn)的效率，提高了單位時(shí)間內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)的價(jià)值，提升了企業(yè)的生產(chǎn)效益。此外，催化劑的應(yīng)用還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)展工業(yè)生產(chǎn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的效益，提高工業(yè)產(chǎn)品的附加值，推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
2.2催化劑應(yīng)用的作用
催化劑應(yīng)用的作用主要表現(xiàn)在以下方面：第一，使一些不可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了反應(yīng)，拓展了人類(lèi)社會(huì)的物質(zhì)資源，提高了人類(lèi)對(duì)能源的應(yīng)用。第二，降低了工業(yè)生產(chǎn)成本，一方面，提高了化學(xué)反應(yīng)速率，降低了工業(yè)生產(chǎn)中的能源損耗，使工業(yè)生產(chǎn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用更加高效；另一方面，提高了化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了能源的精加工，提高了工業(yè)產(chǎn)品的附加值，同時(shí)還降低了工業(yè)生產(chǎn)成本，促進(jìn)了一些低端能源的利用，提高了工業(yè)生產(chǎn)效益和發(fā)展。第三，催化劑的使用可有效的控制化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)物，如脫硫催化劑、硫回收催化劑等，使化學(xué)反應(yīng)生成物的利用效益增加，同時(shí)還降低了生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的破壞，大大的提高了工業(yè)生產(chǎn)能力。第四，催化劑改善化學(xué)反應(yīng)條件，降低了化學(xué)反應(yīng)原料的標(biāo)準(zhǔn)，提高了化學(xué)反應(yīng)的效果，降低了化學(xué)反應(yīng)的難度，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)更廣泛、更有效的利用。
3結(jié)語(yǔ)
對(duì)于化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握我們應(yīng)該首先掌握高二化學(xué)反應(yīng)原理的重要知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，高二化學(xué)反應(yīng)原理是貫穿化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的重要內(nèi)容，因此同學(xué)們需要詳細(xì)了解。下面小編給大家分享一些高二化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)總結(jié)，希望能夠幫助大家，歡迎閱讀!
高二化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)1反應(yīng)熱 焓變
1、定義：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中放出或吸收的熱量叫做化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱.
在恒溫、恒壓的條件下，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中所吸收或釋放的熱量稱(chēng)為反應(yīng)的焓變。
2、符號(hào)：H
3、單位：kJ·mol-1
4、規(guī)定：吸熱反應(yīng):H
> 0 或者值為“+”，放熱反應(yīng):H < 0 或者值為“-”
常見(jiàn)的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)
放熱反應(yīng)
吸熱反應(yīng)
燃料的燃燒 C+CO2 , H2+CuO
酸堿中和反應(yīng) C+H2O
金屬與酸 Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl
大多數(shù)化合反應(yīng) CaCO3高溫分解
大多數(shù)分解反應(yīng)
小結(jié)：
1、化學(xué)鍵斷裂，吸收能量;
化學(xué)鍵生成，放出能量
2、反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，放熱反應(yīng)，體系能量降低，H為“-”或小于0
反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，吸熱反應(yīng)，體系能量升高，H為“+”或大于0
3、反應(yīng)熱
數(shù)值上等于生成物分子形成時(shí)所釋放的總能量與反應(yīng)物分子斷裂時(shí)所吸收的總能量之差
高二化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)2熱化學(xué)方程式
1.概念:表示化學(xué)反應(yīng)中放出或吸收的熱量的化學(xué)方程式.
2.意義:既能表示化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化,又能表示化學(xué)反應(yīng)中的能量變化.
[總結(jié)]書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式注意事項(xiàng):
(1)反應(yīng)物和生成物要標(biāo)明其聚集狀態(tài)，用g、l、s分別代表氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)。
(2)方程式右端用H 標(biāo)明恒壓條件下反應(yīng)放出或吸收的熱量，放熱為負(fù)，吸熱為正。
(3)熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)前的化學(xué)計(jì)量數(shù)不表示分子個(gè)數(shù)，只表示物質(zhì)的量，因此可以是整數(shù)或分?jǐn)?shù)。
(4)對(duì)于相同物質(zhì)的反應(yīng)，當(dāng)化學(xué)計(jì)量數(shù)不同時(shí)，其H 也不同，即H 的值與計(jì)量數(shù)成正比,當(dāng)化學(xué)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí),數(shù)值不變,符號(hào)相反。
高二化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)3蓋斯定律：不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。
化學(xué)反應(yīng)的焓變(ΔH)只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。
總結(jié)規(guī)律：若多步化學(xué)反應(yīng)相加可得到新的化學(xué)反應(yīng)，則新反應(yīng)的反應(yīng)熱即為上述多步反應(yīng)的反應(yīng)熱之和。
注意：
1、計(jì)量數(shù)的變化與反應(yīng)熱數(shù)值的變化要對(duì)應(yīng)
2、反應(yīng)方向發(fā)生改變反應(yīng)熱的符號(hào)也要改變
反應(yīng)熱計(jì)算的常見(jiàn)題型：
1、化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的量的變化與反應(yīng)能量變化的定量計(jì)算。
2、理論推算反應(yīng)熱：
依據(jù)：物質(zhì)變化決定能量變化
(1)蓋斯定律 設(shè)計(jì)合理路徑
路徑1總能量變化等于路徑2總能量變化 (2)通過(guò)已知熱化學(xué)方程式的相加，得出新的熱化學(xué)方程式：
物質(zhì)的疊加，反應(yīng)熱的疊加
小結(jié)：
a： 若某化學(xué)反應(yīng)從始態(tài)(S)到終態(tài)(L)其反應(yīng)熱為H，而從終態(tài)(L)到始態(tài)(S)的反應(yīng)熱為H ’，這兩者和為0。
即H+ H ’ = 0
b：若某一化學(xué)反應(yīng)可分為多步進(jìn)行，則其總反應(yīng)熱為各步反應(yīng)的反應(yīng)熱之和。
即H= H1+ H2+ H3+……
關(guān)鍵詞:化學(xué)反應(yīng)工程;教學(xué)改革;教材;實(shí)施方案
《化學(xué)反應(yīng)工程》課程是化工類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，屬于本專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，在化工類(lèi)學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中起著舉足輕重的作用。化學(xué)反應(yīng)工程是一門(mén)研究與化學(xué)反應(yīng)工程相關(guān)問(wèn)題的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，是從上世紀(jì)30年代初萌生到50年代末形成的一門(mén)由過(guò)程控制、傳遞工程、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工工藝學(xué)、催化劑等相關(guān)學(xué)科互相交叉互相滲透而演變成的一門(mén)邊緣學(xué)科［1］。通過(guò)近幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)工程是大學(xué)課程中最難學(xué)的基礎(chǔ)課程之一，學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算公式復(fù)雜，反應(yīng)器種類(lèi)繁多，課程學(xué)習(xí)結(jié)束后感到一頭霧水，抓不住重點(diǎn)。因此，面對(duì)這樣一門(mén)課程，如何進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生理解起來(lái)更加形象生動(dòng)，從更本上改變化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)現(xiàn)狀是我們目前的重要任務(wù)。本文結(jié)合不同種類(lèi)高等學(xué)校選用教材的特點(diǎn)和差異，并根據(jù)我?；?zhuān)業(yè)的特色，提出了《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，從多方面對(duì)本課程的教學(xué)提出了改革實(shí)施方案。
1《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)在化工專(zhuān)業(yè)中的作用
化學(xué)反應(yīng)工程的主要任務(wù)是研究化工生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)規(guī)律和傳遞現(xiàn)象，使化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一門(mén)技術(shù)科學(xué)，是提高化工生產(chǎn)技術(shù)所必需的科學(xué)技術(shù)理論。化學(xué)反應(yīng)工程在化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，目前各種化學(xué)品的生產(chǎn)和應(yīng)用無(wú)不借助于化學(xué)反應(yīng)工程相關(guān)的理論知識(shí)。在20世紀(jì)40年代，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的技術(shù)開(kāi)發(fā)到真正的工業(yè)生產(chǎn)大概需要十年以上的時(shí)間，而現(xiàn)在只需要三到五年。此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，中試試驗(yàn)的規(guī)模不斷縮小，試驗(yàn)的次數(shù)也不斷減少，大大加快了化工廠建設(shè)的步伐，降低了投資建設(shè)的成本［2］。因此，作為一門(mén)理論教學(xué)課程，將化學(xué)反應(yīng)工程這門(mén)課程作為化工專(zhuān)業(yè)方向的重點(diǎn)課程進(jìn)行建設(shè)，對(duì)于高等學(xué)校教學(xué)改革的促進(jìn)、本科教學(xué)質(zhì)量的提高、優(yōu)秀化工專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)具有十分重要的意義。濟(jì)南大學(xué)作為一所省部共建的大學(xué)，化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)一直是本學(xué)校的特色學(xué)科，學(xué)校對(duì)化工類(lèi)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)一直是培養(yǎng)應(yīng)用型高技術(shù)的人才，每年為我國(guó)的精細(xì)化工和石油化工行業(yè)輸送大約240名高水平人才，對(duì)精細(xì)化工和石油化工行業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。為此在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)過(guò)程中，我們緊密結(jié)合我校的特點(diǎn)和化工實(shí)際生產(chǎn)的需要，著重提升學(xué)生的反應(yīng)工程知識(shí)儲(chǔ)備，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，并在教學(xué)過(guò)程中不斷地進(jìn)行教學(xué)改革和實(shí)踐，把課程、教材的理論研究和教學(xué)方法相結(jié)合，不斷提升《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)效果。
2不同類(lèi)型高校選用教材的特點(diǎn)和差異
直到20世紀(jì)70年代，化學(xué)反應(yīng)工程的相關(guān)研究成果才開(kāi)始被大量地介紹到國(guó)內(nèi)，其中華東理工大學(xué)的陳敏恒教授，天津大學(xué)的李紹芬教授，浙江大學(xué)的陳甘棠教授，四川大學(xué)的王建華教授等是國(guó)內(nèi)最早從事反應(yīng)工程教學(xué)的學(xué)者。到了80年代以后，國(guó)內(nèi)從事化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科教學(xué)研究的隊(duì)伍迅速壯大，并且化學(xué)反應(yīng)工程的研究逐漸滲透到各種化工領(lǐng)域，與世界研究水平之間的差距也不斷縮小，不同版本的教科書(shū)和各種各樣的專(zhuān)著也相繼出版。反應(yīng)工程已經(jīng)成為我國(guó)化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)課程。目前國(guó)內(nèi)已有120所大學(xué)和科研單位培養(yǎng)化工類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的人才，例如清華大學(xué)、天津大學(xué)、華東理工大學(xué)、北京化工大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、大連理工大學(xué)、四川大學(xué)、華南理工大學(xué)和濟(jì)南大學(xué)等。目前化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科正在蓬勃發(fā)展，由于國(guó)內(nèi)高校地區(qū)和專(zhuān)業(yè)特色的不同，不同高校在化學(xué)反應(yīng)工程教材選擇上也存在差異，各有各的特點(diǎn)。作者就不同高校所使用的《化學(xué)反應(yīng)工程》教材進(jìn)行了匯總和分析。首先介紹一下陳甘棠教授主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》(第三版)，這本教材是國(guó)內(nèi)許多化工類(lèi)高校選用的主要教材之一，隨著我國(guó)在化學(xué)反應(yīng)工程這一重要學(xué)科的教育方面日漸普及，該部教材自1981年第一版問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)出版到了第三版，受到廣大化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)師生的好評(píng)［3］。該部教材的特點(diǎn)是著重基礎(chǔ)，本書(shū)共分為十章，分別介紹了均相反應(yīng)過(guò)程，包括均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、均相反應(yīng)器、非理想流動(dòng):非均相反應(yīng)過(guò)程，包括氣—固相催化反應(yīng)過(guò)程、非催化兩流體相反應(yīng)過(guò)程、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器;聚合反應(yīng)過(guò)程，包括聚合過(guò)程的化學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ);生化反應(yīng)過(guò)程，包括生化動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、生化反應(yīng)器。該部教材注重反應(yīng)工程研究方法的介紹，在不同的章節(jié)內(nèi)容中論述了反應(yīng)工程學(xué)的發(fā)展方向，有助于讀者進(jìn)一步深入研究。朱炳辰老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》也受到國(guó)內(nèi)很多工科類(lèi)高校化工專(zhuān)業(yè)老師和學(xué)生的青睞。本部教材的第一版是由化學(xué)工業(yè)出版社于1993年出版，截至目前本部教材已經(jīng)出版到第四版，其中第三版累計(jì)發(fā)行量高達(dá)32000冊(cè)。《化學(xué)反應(yīng)工程》第四版主要吸收了一些關(guān)于現(xiàn)代化學(xué)反應(yīng)工程發(fā)展方向方面的知識(shí)，本部教材的主線是圍繞化學(xué)反應(yīng)與動(dòng)量、質(zhì)量、熱量傳遞交互作用的共性歸納綜合的宏觀反應(yīng)過(guò)程，以及如何解決反應(yīng)裝置的工程分析和設(shè)計(jì)。該書(shū)對(duì)近年來(lái)出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)新概念、新理論和新方法做了大量闡述。另外，對(duì)于國(guó)內(nèi)一些偏工科的化工類(lèi)高等院校，選用的教材大多數(shù)以郭鍇老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》為主，本部教材的主要內(nèi)容包括:均相單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和理想反應(yīng)器、復(fù)合反應(yīng)和反應(yīng)器選型、非理想流動(dòng)反應(yīng)器、氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)、氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)、氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器、氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器、氣液相反應(yīng)過(guò)程與反應(yīng)器、反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性。本部教材的特點(diǎn)是主要突出了該門(mén)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，刪除了一些與教學(xué)大綱聯(lián)系不是十分密切相關(guān)的內(nèi)容，并著重講解解決化學(xué)工程問(wèn)題的基本方法。除此之外，羅康碧老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》教材結(jié)合了理科和工科的綜合優(yōu)勢(shì)，吸收了國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材的許多內(nèi)容和好的經(jīng)驗(yàn)，增添了一些反應(yīng)工程研究方面的最新成果。另外，本部教材在貫徹“少而精”的原則上更注意刪繁就簡(jiǎn)，將重點(diǎn)放在化工專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)共性的基本問(wèn)題上，并且同時(shí)體現(xiàn)了其教學(xué)性。本部教材先重點(diǎn)闡述基本概念和基本原理，然后結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，詳細(xì)論述各種常用反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法，并列出詳細(xì)的例題和課后習(xí)題，用于幫助學(xué)生利用所學(xué)到的反應(yīng)工程原理去分析和解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。近年來(lái)，梁斌等老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》第二版也受到國(guó)內(nèi)許多化工類(lèi)高校老師和學(xué)生的歡迎。在本部教材中，主要內(nèi)容是以《化學(xué)反應(yīng)工程》、《反應(yīng)器理論分析》及國(guó)內(nèi)外相關(guān)優(yōu)秀教材為基礎(chǔ)，致力于培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題能力和提高學(xué)生的工程實(shí)際知識(shí)儲(chǔ)備，減少了教材內(nèi)容在模型分析上的過(guò)程描述，加強(qiáng)學(xué)生在建立模型方面的訓(xùn)練。另外，本部教材還增加了工業(yè)應(yīng)用背景的實(shí)例分析和課后習(xí)題，在分析解答這些習(xí)題的過(guò)程中讓學(xué)生充分掌握反應(yīng)工程的基本原理和相關(guān)知識(shí)，使教學(xué)內(nèi)容盡量與科學(xué)研究和工程實(shí)踐同步。
3我?；?zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和教學(xué)側(cè)重點(diǎn)
濟(jì)南大學(xué)的化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)屬于理論性和應(yīng)用性兼顧的一門(mén)特色化工學(xué)科，本專(zhuān)業(yè)始建于1992年，前身為山東建材學(xué)院精細(xì)化工專(zhuān)業(yè)，1993年招生，是濟(jì)南大學(xué)重點(diǎn)學(xué)科的重要組成部分，2007年被學(xué)校授予校級(jí)特色專(zhuān)業(yè)，2012年成為山東省品牌(特色)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為山東省氟化學(xué)化工材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托專(zhuān)業(yè)之一。其中化學(xué)反應(yīng)工程這門(mén)課是本專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，另外，化學(xué)反應(yīng)工程課程的理論教學(xué)是本專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)的重要組成部分，起著理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)知識(shí)培養(yǎng)的作用。另外，從學(xué)校每年安排的工程實(shí)習(xí)學(xué)時(shí)就可以看出，學(xué)校對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力提出了更高的要求。例如學(xué)校每年組織化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)大三學(xué)生去山東金城醫(yī)藥化工有限公司進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，主要參觀和學(xué)習(xí)2－甲氧羰基甲氧亞胺基－4－氯－3－氧代丁酸生產(chǎn)車(chē)間的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和工藝裝置流程圖。通過(guò)調(diào)研每年的學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)效果發(fā)現(xiàn):學(xué)生在學(xué)習(xí)完實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)裝置后，對(duì)課本上的基本概念和原理理解的更加透徹。根據(jù)我?；?zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，在《化學(xué)反應(yīng)工程》的課程教學(xué)上，我們選擇的教材是郭鍇老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》第二版。在課堂教學(xué)過(guò)程中我們的教學(xué)目標(biāo)為:通過(guò)對(duì)反應(yīng)工程理論的學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的理論方法建立數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)反應(yīng)器、或者改善化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所、改進(jìn)現(xiàn)有的化工生產(chǎn)工藝;進(jìn)一步提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生判斷和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)研究的方法，為進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ);掌握由化學(xué)動(dòng)力學(xué)特性建立動(dòng)力學(xué)方程、建立數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化和設(shè)計(jì)反應(yīng)器及改進(jìn)化工工藝的理論;運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的知識(shí)，能夠進(jìn)行基本化工反應(yīng)裝置反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。
4擬采用或已經(jīng)實(shí)施的教學(xué)方法
化學(xué)反應(yīng)工程具有跨接多種學(xué)科的特點(diǎn)，結(jié)合本?；瘜W(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的特色和優(yōu)勢(shì)，筆者從以下方面進(jìn)行了教學(xué)方法的改進(jìn)。(1)結(jié)合我校特點(diǎn)濟(jì)南大學(xué)在醫(yī)藥中間體工業(yè)化生產(chǎn)、氟化學(xué)材料合成、精細(xì)化學(xué)品制備和環(huán)境催化方向具有鮮明的特色和優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)發(fā)展成為以新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、新工藝設(shè)計(jì)、新技術(shù)應(yīng)用為特色的精細(xì)化工和化工領(lǐng)域高級(jí)人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和新技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要基地之一，并多次獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)和發(fā)明獎(jiǎng)。因此，在本科教學(xué)過(guò)程中，要結(jié)合我校化工專(zhuān)業(yè)的特色，著重講解氣固相催化反應(yīng)和氣液相反應(yīng)過(guò)程，并要求學(xué)生能夠運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的知識(shí)進(jìn)行基本化工反應(yīng)裝置或反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生判斷和解決問(wèn)題的能力，為社會(huì)培養(yǎng)優(yōu)秀的化學(xué)化工(醫(yī)藥中間體、氟化學(xué)材料和精細(xì)化學(xué)品)相關(guān)人才。(2)闡述方法和教學(xué)方式的改進(jìn)目前全國(guó)高等學(xué)校的教學(xué)方式還是以灌輸式教學(xué)為主，老師主動(dòng)講，學(xué)生盲目聽(tīng)，導(dǎo)致課堂利用率低，學(xué)生學(xué)習(xí)效率不高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體技術(shù)在高校已經(jīng)普遍使用，雖然這樣可以改善課堂教學(xué)方式，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是多媒體技術(shù)的使用導(dǎo)致每節(jié)課的授課內(nèi)容大大增加，學(xué)生并不能高效率的吸收每節(jié)課中所有的知識(shí)點(diǎn)，導(dǎo)致在學(xué)期末時(shí)學(xué)生對(duì)這門(mén)課的了解程度并不高［4］。例如，我在第一次講授《化學(xué)反應(yīng)工程》這門(mén)課程時(shí)，由于講課經(jīng)驗(yàn)和技巧都很欠缺，所以在整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中完全按照多媒體上的內(nèi)容進(jìn)行閱讀，這樣生硬的填鴨式的教學(xué)模式，導(dǎo)致整個(gè)課堂教學(xué)效果很差。因此這樣的灌輸式教學(xué)模式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生盲目聽(tīng)從，其自主性和能動(dòng)性大大缺失，所以在以后的教學(xué)過(guò)程中，我們要“授之以漁”，而非“授之以魚(yú)”，這需要我們?cè)诮虒W(xué)方式上加以引導(dǎo)［5］。筆者認(rèn)為改變這種填鴨式的教學(xué)模式，主要的突破口就是讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)過(guò)程中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本門(mén)課的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)這一措施，筆者在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了一些探索和改進(jìn)，取得了很好的效果。具體探索過(guò)程如下:在闡述一些基本概念和原理的時(shí)候，可以在課前讓學(xué)生充分的查閱資料，然后在課堂上讓學(xué)生進(jìn)行講解，在這過(guò)程中并進(jìn)行充分討論，最后老師做總結(jié)，并糾正學(xué)生的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。這種“查閱資料－主題討論－問(wèn)題反饋”的教學(xué)模式，能夠讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生做課堂真正的主人，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，改變填鴨式教學(xué)的不足。(3)注重理論和實(shí)際的結(jié)合在高校的課堂教學(xué)過(guò)程中，教科書(shū)是一種不可或缺的教學(xué)工具，但也不能作為唯一的使用工具，教科書(shū)在本科教學(xué)過(guò)程中只能作為一種輔助的工具。這樣就要求老師在教學(xué)過(guò)程中要靈活應(yīng)用教材，既不能完全拘泥于教材，也不能完全脫離教材，在講清楚基本原理和基本概念的基礎(chǔ)上，注重理論和實(shí)際相結(jié)合。在每一章的講述過(guò)程中，把每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用相互關(guān)聯(lián)，并闡明其主要的熱量傳遞、動(dòng)量傳遞、質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)在實(shí)際過(guò)程中是如何應(yīng)用的，以加深學(xué)生對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解。另外，還要注意結(jié)合科研成果，對(duì)學(xué)科前沿知識(shí)進(jìn)行講解，讓學(xué)生了解目前化學(xué)反應(yīng)工程的研究動(dòng)向，例如在講解氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)時(shí)，可以引入最新發(fā)表的經(jīng)典文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的講解，加深學(xué)生對(duì)氣固相反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)的理解，知道如何來(lái)研究一個(gè)催化劑的本征反應(yīng)活性。通過(guò)這種理論與實(shí)際相結(jié)合的方法，可以大大提高學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)效率。在對(duì)《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)方法不斷改進(jìn)后，獲得了良好的課堂效果，這不僅對(duì)教師的教學(xué)能力是一種轉(zhuǎn)變和提高，對(duì)化工類(lèi)學(xué)生思維和能力的培養(yǎng)也具有重要的意義。
參考文獻(xiàn)
［1］金涌，程易，顏彬行.化學(xué)反應(yīng)工程的前世、今生和未來(lái)［J］.化工學(xué)報(bào)，2013，64(1):34－43.
［2］王安杰，周裕之，趙蓓.化學(xué)反應(yīng)工程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:1.
［3］陳甘棠.化學(xué)反應(yīng)工程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011:1－3.
［4］吳元欣，朱圣東，吳迎.以多尺度理念構(gòu)建新的化學(xué)反應(yīng)工程體系［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(1):2－3.
化學(xué)反應(yīng)工程是一門(mén)涉及物理化學(xué)、化工傳遞過(guò)程、化工熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、以及生產(chǎn)工藝、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等知識(shí)領(lǐng)域的課程，是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的工程學(xué)科。主要研究工業(yè)規(guī)縷化學(xué)反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與反應(yīng)物系質(zhì)量、熱量、動(dòng)量傳遞過(guò)程即“三傳一反”同時(shí)進(jìn)行的物理變化與化學(xué)變化的基本規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，探求反應(yīng)器設(shè)計(jì)包括裝置的型式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、操作條件(參數(shù))的選定及控制、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的評(píng)價(jià)及優(yōu)化等的基本原理和基本方法。其核心就是對(duì)反應(yīng)裝置中的操作過(guò)程進(jìn)行定量的工程學(xué)解析。
對(duì)所研究的化學(xué)反應(yīng)，以簡(jiǎn)化的或近似的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表述反應(yīng)速率和選擇率與溫度和濃度等的關(guān)系。這本來(lái)是物理化學(xué)的研究領(lǐng)域，但是化學(xué)反應(yīng)工程工作者由于工業(yè)實(shí)踐的需要，在這方面也進(jìn)行了大量的工作。不同之處是，化學(xué)反應(yīng)工程工作者著重于建立反應(yīng)速率的定量關(guān)系式，而且更多地依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)測(cè)定和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。多年來(lái)，已發(fā)展了一整套動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法，其中包括各種實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器的使用、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理方法和實(shí)驗(yàn)規(guī)劃方法等。
對(duì)各類(lèi)常用的反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)等過(guò)程進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，并力求以數(shù)學(xué)式予以表達(dá)。由于傳遞過(guò)程只是物理的,所以研究時(shí)可以避免化學(xué)反應(yīng),用廉價(jià)的模擬物系（如空氣、水、砂子等）代替實(shí)際反應(yīng)物系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)常稱(chēng)為冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)冷模實(shí)驗(yàn)。傳遞過(guò)程的規(guī)律可能因設(shè)備尺寸而異，冷模實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)備應(yīng)是一系列不同尺寸的裝置；為可靠起見(jiàn)，所用設(shè)備甚至還包括與工業(yè)規(guī)模相仿的大型實(shí)驗(yàn)裝置。各類(lèi)反應(yīng)器內(nèi)的傳遞過(guò)程大都比較復(fù)雜，有待更深入地去研究。
對(duì)一個(gè)特定反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的特定的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和反應(yīng)器傳遞模型都已確定的條件下，將這些數(shù)學(xué)模型與物料衡算、熱量衡算等方程聯(lián)立求解，就可以預(yù)測(cè)反應(yīng)結(jié)果和反應(yīng)器操作性能。由于實(shí)際工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的復(fù)雜性，至今尚不能對(duì)所有工業(yè)反應(yīng)過(guò)程都建立可供實(shí)用的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和反應(yīng)器傳遞模型。因此，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)工程的理論研究時(shí)，概括性地提出若干個(gè)典型的傳遞過(guò)程。例如：伴隨著流動(dòng)發(fā)生的各種不同的混合，如返混、微觀混合、滴際混合等；反應(yīng)過(guò)程中的傳質(zhì)和傳熱，包括反應(yīng)相外傳質(zhì)和傳熱（傳質(zhì)和反應(yīng)相繼發(fā)生）和反應(yīng)相內(nèi)傳質(zhì)和傳熱(反應(yīng)和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行)。然后，對(duì)各個(gè)典型傳遞過(guò)程逐個(gè)地進(jìn)行研究，忽略其他因素，單獨(dú)地考察其對(duì)不同類(lèi)型反應(yīng)結(jié)果的影響。例如，對(duì)反應(yīng)相外的傳質(zhì)，理論研究得出其判據(jù)為達(dá)姆科勒數(shù)Dα，并已導(dǎo)出當(dāng)Dα取不同值時(shí)外部傳質(zhì)對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響程度。同樣，對(duì)反應(yīng)相內(nèi)的傳質(zhì)，也得出了相應(yīng)的判據(jù)西勒模數(shù)。這些理論研究成果構(gòu)成了本學(xué)科內(nèi)容的重要組成部分。這些成果一般并不一定能夠直接用于反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，但是對(duì)于分析判斷卻有重要的指導(dǎo)意義。
由于在已選定的工業(yè)反應(yīng)器中進(jìn)行的宏觀化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，就是具有一定化學(xué)動(dòng)力學(xué)特性的反應(yīng)物系進(jìn)入具有一定流動(dòng)和傳遞特性的工業(yè)裝置中進(jìn)行演變、達(dá)到人們期預(yù)的狀之后離開(kāi)反應(yīng)器的全過(guò)程，整個(gè)過(guò)程涉及到多種影響參數(shù)及各參數(shù)之問(wèn)相互作用的復(fù)雜關(guān)系。使宏觀過(guò)程控制到期預(yù)狀態(tài)，達(dá)到工程技術(shù)目的，實(shí)現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，必須搞清上述諸多因素或參數(shù)對(duì)宏觀過(guò)程、狀態(tài)及生產(chǎn)(設(shè)計(jì))目標(biāo)的影響規(guī)律、調(diào)控的可能性及程度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果等。在研究或處理方法上，就是在實(shí)驗(yàn)(實(shí)踐)的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)模擬的方法即根據(jù)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性和該物系在該反應(yīng)器中的傳遞特性及流動(dòng)特性，抓住影響宏觀過(guò)程的主要矛盾和矛盾的主要方面。恰當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化處理那些影響不大的次要因素，建立物系的動(dòng)態(tài)物理模型。再對(duì)物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述—建立宏觀過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而根據(jù)特定的初始條件、邊界條件對(duì)數(shù)學(xué)模型求解，確定有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)以及模擬放大，實(shí)踐檢驗(yàn)，修正完善。顯然，該模型就是化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型、流動(dòng)模型、傳遞模型以及相關(guān)的參數(shù)計(jì)算模型的綜合。所以建模及解析無(wú)疑是各類(lèi)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的中心。
學(xué)習(xí)的過(guò)程要與實(shí)際工程聯(lián)系起來(lái)
例如在返混這一概念的學(xué)習(xí)中，例如，針對(duì)丁二烯氯化制二氯丁烯的開(kāi)發(fā)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)工程理論指導(dǎo)認(rèn)識(shí)反應(yīng)特征，溫度效應(yīng)要求反應(yīng)器內(nèi)不出現(xiàn)低溫區(qū)，否則造成反應(yīng)選擇性差，為使反應(yīng)器內(nèi)不出現(xiàn)低溫區(qū)，最直接的方法是將兩種物料各自預(yù)熱，然后進(jìn)入反應(yīng)器。但是丁二烯容易在預(yù)熱器中發(fā)生自聚，造成換熱面的污染，使換熱器不能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，從工程的角度，不宜采用用原料預(yù)熱的方式，可利用返混使進(jìn)入反應(yīng)器的冷料與反應(yīng)器中的熱料迅速混合，使冷料可以立刻提高溫度。正如全混流反應(yīng)器中提到，充分的返混將使反應(yīng)器內(nèi)的各處溫度和濃度均勻，并等于反應(yīng)器的出口濃度好溫度。
工程分析方法是將化學(xué)反應(yīng)工程中諸如返混，傳質(zhì)，傳熱等物理因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，進(jìn)行分解處理，而后進(jìn)行工程分析。工業(yè)反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)可以分解為物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程。在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，影響反應(yīng)結(jié)果的因素可分為二類(lèi)：一是與設(shè)備大小無(wú)關(guān)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素，即化學(xué)因素，這是過(guò)程的個(gè)性。每個(gè)反應(yīng)各不相同。二是與設(shè)備大小密切相關(guān)的傳遞過(guò)程因素，即工程因素，這是過(guò)程的共性，同類(lèi)反應(yīng)器的傳遞特性是相同的。不因進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程而變化。但與反應(yīng)器大小密切相關(guān)。而從本質(zhì)上看，工程因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，是通過(guò)流體流動(dòng)，傳質(zhì)和傳熱等物理過(guò)程。改變了反應(yīng)場(chǎng)所的濃度和溫度分布，再通過(guò)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的特征間接地影響了反應(yīng)結(jié)果。
反應(yīng)工程思維方法揭示了上述決策變量對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響。實(shí)質(zhì)上是有關(guān)工程因素對(duì)反應(yīng)場(chǎng)所溫度和濃度的影響，而反應(yīng)場(chǎng)所的溫度和濃度是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的溫度效應(yīng)與濃度效應(yīng)對(duì)反應(yīng)速率，反應(yīng)選擇性產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變了反應(yīng)結(jié)果。因此，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中突出強(qiáng)調(diào)反應(yīng)工程理論思維法運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)從分析工程因素的本質(zhì)入手，針對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征來(lái)判別工程因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，培養(yǎng)采用工程分析法來(lái)分析和解決工程問(wèn)題的能力。只有把握了工程因素本質(zhì)及反應(yīng)特征，分析了工程因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響程度，才能使從反應(yīng)過(guò)程設(shè)計(jì)和操作上提出優(yōu)化的工程措施，解決工程問(wèn)題。
返混這一工程因素，已經(jīng)知道返混造成了反應(yīng)器內(nèi)濃度的變化，使反應(yīng)物的濃度降低了，那么對(duì)反應(yīng)結(jié)果有何影響呢?對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們不能簡(jiǎn)單地下結(jié)論，而要根據(jù)反應(yīng)過(guò)程的特征，具體問(wèn)題具體分析。例如，對(duì)串聯(lián)反應(yīng)而言，濃度降低總是造成反應(yīng)選擇性的下降，故這一工程因素的影響總是不利的：而對(duì)平行反應(yīng)而言，根據(jù)反應(yīng)選擇性的動(dòng)力學(xué)特征，主反應(yīng)級(jí)數(shù)低于副反應(yīng)級(jí)數(shù)時(shí)，濃度降低是有利的，故返混的影響是有利的，而反之則是不利的。又如，對(duì)于顆粒催化劑內(nèi)部傳遞過(guò)程而言，由于傳質(zhì)阻力的存在，使催化劑內(nèi)部的反應(yīng)物濃度從外往里呈逐漸降低的態(tài)勢(shì)，而產(chǎn)物濃度的變化則相反。盡管內(nèi)部傳遞過(guò)程與返混是兩個(gè)截然不同的工程因素，但只要深入分析，從本質(zhì)上看，內(nèi)擴(kuò)散同樣是改變了反應(yīng)場(chǎng)所的濃度，使反應(yīng)物濃度降低了，這恰好與返混的結(jié)果一樣，可以預(yù)見(jiàn)，內(nèi)部傳遞過(guò)程對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，也必然與返混的影響一樣。工業(yè)反應(yīng)過(guò)程中，影響反應(yīng)結(jié)果的工程因素有返混、予混合、傳質(zhì)和傳熱等，取決于反應(yīng)器型式、操作方式、操作條件等決策變量。反應(yīng)工程思維方法揭示了上述決策變量對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，實(shí)質(zhì)上是有關(guān)工程因素對(duì)反應(yīng)場(chǎng)所溫度和濃度的影響，而反應(yīng)場(chǎng)所的溫度和濃度是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的溫度效應(yīng)與濃度效應(yīng)對(duì)反應(yīng)速率、反應(yīng)選擇性產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變了反應(yīng)結(jié)果。
化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程包括進(jìn)行物理變化和化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是生產(chǎn)的關(guān)鍵。在工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)器中，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與質(zhì)量、熱量及動(dòng)量傳遞過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。這種化學(xué)反應(yīng)與物理變化過(guò)程的綜合，稱(chēng)為宏觀反應(yīng)過(guò)程。研究宏觀反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)稱(chēng)為宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。宏觀動(dòng)力學(xué)與本征動(dòng)力學(xué)不同之處在于：除了研究化學(xué)反應(yīng)本身以外，還要考慮到質(zhì)量、熱量、動(dòng)量傳遞過(guò)程對(duì)化學(xué)反應(yīng)的交聯(lián)作用及相互影響。進(jìn)行宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析，應(yīng)注意按相的類(lèi)別、溫度條件和操作方法來(lái)分類(lèi)，多相反應(yīng)，或稱(chēng)為非均相反應(yīng)，涉及反應(yīng)物及生成物在相際的質(zhì)量傳遞。變溫反應(yīng)涉及反應(yīng)物系的相際及與外界的熱量傳遞；而流體的流動(dòng)特征對(duì)質(zhì)量傳遞和熱量傳遞有著重大的影響。以宏現(xiàn)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，還要進(jìn)一步對(duì)工業(yè)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)墁最佳操作條件的確定控制、放大、優(yōu)化等進(jìn)行研究，以期應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐時(shí)獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果
由于化學(xué)反應(yīng)工程涉及多種影響參數(shù)及參數(shù)之問(wèn)相互作用的復(fù)雜關(guān)系，例如化學(xué)反應(yīng)與傳質(zhì)、傳熱過(guò)程的相互交織，連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中流體流動(dòng)狀況影響到同一截面反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和選擇率的不均勻性，化學(xué)反應(yīng)速率與溫度的非線性關(guān)系等，傳統(tǒng)的因次分析和相似方法已不能反映化學(xué)反應(yīng)。工程的基本規(guī)律，而必須用數(shù)學(xué)方法來(lái)描述工業(yè)反應(yīng)器中各參數(shù)之間的關(guān)系，這種數(shù)學(xué)表達(dá)式稱(chēng)為數(shù)學(xué)模型。有了數(shù)學(xué)模型，才可能用數(shù)學(xué)方法來(lái)模擬反應(yīng)過(guò)程，這種模擬方法成為數(shù)學(xué)模擬方法。用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)研究化學(xué)反應(yīng)工程，比傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法能更好地反映其本質(zhì)。數(shù)學(xué)模擬方法的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)是對(duì)多種影響過(guò)程特性的分析，又稱(chēng)為物理模型。數(shù)學(xué)模型處理問(wèn)題的性質(zhì)可分為化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型、流動(dòng)模型、傳遞模型、宏觀動(dòng)力學(xué)模型。工業(yè)反應(yīng)器中宏觀動(dòng)力學(xué)模型是化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型流動(dòng)模型及傳遞模型的綜臺(tái)，是本書(shū)所要討論的核心內(nèi)容。氣—固相催化反應(yīng)和流—固相非催化反應(yīng)著重討論單顆粒固相粒內(nèi)和相際的宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，氣—波相反應(yīng)則著重討論液相內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，其宏觀動(dòng)力學(xué)模型是化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型與傳遞過(guò)程模型的綜合，若討論的是整個(gè)反應(yīng)器。宏觀動(dòng)力學(xué)模型還包括l旎動(dòng)模型在內(nèi)數(shù)學(xué)模型的建立是通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到的對(duì)于客觀事物規(guī)律性的認(rèn)識(shí)并且在一定條件下進(jìn)行臺(tái)理簡(jiǎn)化的工作。不同的條件下其簡(jiǎn)化內(nèi)容是不相同的。各種簡(jiǎn)化模型是否失真，要通過(guò)同規(guī)模的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐去檢驗(yàn)和考核，并對(duì)原有的模型進(jìn)行修正，使之更為合理。物理化學(xué)中的理想氣體定律，化工單元操作中吸收過(guò)程的雙膜論，都是在一定條件下建立的行之有效的合理的簡(jiǎn)化模型各種工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)際情況是復(fù)雜的，尤其是流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)流體和固體的運(yùn)動(dòng)狀況和多孔固相催化劑及固相反應(yīng)物內(nèi)的宏觀反應(yīng)過(guò)程，一方面由于對(duì)過(guò)程還不能全部地觀測(cè)和了解；另一方面由于數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算手段的限制，用數(shù)學(xué)模型來(lái)完整地、定量地反映事物全貌目前還不能實(shí)現(xiàn)。因此，將宏觀反應(yīng)過(guò)程的規(guī)律進(jìn)行去粗取精的加工，根據(jù)主要的矛盾和矛盾的主要方面提出一定的模型，并在一定的條件下將過(guò)程合理簡(jiǎn)化，是十分必要的。簡(jiǎn)化是數(shù)學(xué)模擬方法的重要環(huán)節(jié)臺(tái)理地簡(jiǎn)化模型要達(dá)到以下要求：(1)不失真；(2)能滿(mǎn)足應(yīng)用的要求：(3)能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件，以便進(jìn)行模型鑒別和參數(shù)估值；(4)能適應(yīng)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的能力。
關(guān)鍵詞：初中化學(xué)教材；化學(xué)反應(yīng)；內(nèi)容體系；編寫(xiě)思路；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
文章編號(hào)：1005–6629（2013）12–0011–03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
社會(huì)發(fā)展與化學(xué)息息相關(guān)，人類(lèi)生產(chǎn)生活離不開(kāi)化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)研究的主要內(nèi)容，也是教材編寫(xiě)的核心內(nèi)容。本文將從內(nèi)容體系、編寫(xiě)思路、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3個(gè)方面對(duì)德國(guó)萊茵蘭-普法爾茨州的化學(xué)啟蒙教材《今日化學(xué)》（Chemie Heute-sekundarbereichⅠ）[1]與我國(guó)現(xiàn)行人教版、滬教版、魯教版初中化學(xué)教材中“化學(xué)反應(yīng)”的編寫(xiě)進(jìn)行比較，以期對(duì)該內(nèi)容的教材編寫(xiě)形成深入思考和改進(jìn)建議。
1 內(nèi)容體系比較
教育部《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011年版）提出，初中化學(xué)教材中有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)容應(yīng)包括化學(xué)反應(yīng)的類(lèi)型、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、化學(xué)反應(yīng)的表示方法和質(zhì)量守恒定律等方面的內(nèi)容。由于涉及化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)容較多，不同教材處理方法各有差異，筆者從質(zhì)量關(guān)系、表示方法、能量轉(zhuǎn)變、有關(guān)計(jì)算、化學(xué)發(fā)展史等5個(gè)方面對(duì)4種教材中有關(guān)“化學(xué)反應(yīng)”的內(nèi)容進(jìn)行整理比較，見(jiàn)表1。
由表1可以看出，教材內(nèi)容的廣度不同。中德教材均從化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系、表示方法、有關(guān)計(jì)算等方面講述有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的基本知識(shí)。通過(guò)這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠知道所有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都遵循質(zhì)量守恒定律，學(xué)會(huì)化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)要領(lǐng)和注意事項(xiàng)，掌握利用化學(xué)方程式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算的步驟和方法。德國(guó)教材還增加了化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)變和能量守恒規(guī)律出現(xiàn)了活化能、能級(jí)圖等內(nèi)容，力求讓學(xué)生更加全面地了解化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程，了解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。國(guó)內(nèi)教材中化學(xué)能、熱能、電能等能量轉(zhuǎn)變的內(nèi)容分散在其他章節(jié)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。同時(shí)，國(guó)內(nèi)教材還增加了化學(xué)發(fā)展史的介紹，這樣不僅能加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，還能培養(yǎng)他們探究化學(xué)真理的意識(shí)，幫助他們樹(shù)立探究化學(xué)奧秘的信心和決心。
教材內(nèi)容的難度不同。國(guó)內(nèi)教材主要突出了啟蒙教材的基礎(chǔ)性，選擇的都是與化學(xué)反應(yīng)關(guān)系密切的基本知識(shí)，難度相對(duì)較小，編排較為集中。而德國(guó)教材除了包含基本知識(shí)以外，還涉及有關(guān)活化能和能級(jí)圖的內(nèi)容，要求書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式時(shí)還要標(biāo)注物質(zhì)的聚集狀態(tài)和反應(yīng)過(guò)程的吸放熱。很顯然，這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)對(duì)于剛接觸化學(xué)反應(yīng)的學(xué)生而言確實(shí)存在較大的困難。但德國(guó)教材善用類(lèi)比、模型方法幫助學(xué)生理解抽象的化學(xué)知識(shí)。以活化能為例，教材中的相關(guān)內(nèi)容為：一個(gè)網(wǎng)球掉在屋頂邊收集雨水的水槽里了，要使網(wǎng)球落在地面上，必須先將它提升，使其越過(guò)槽的邊沿，這樣網(wǎng)球到了一個(gè)能量高的狀態(tài)，然后落到地上。放熱反應(yīng)也是這樣進(jìn)行的，先要輸入啟動(dòng)反應(yīng)所需要的能量，使參與反應(yīng)的物質(zhì)處于活化狀態(tài)，只有反應(yīng)物粒子互相碰撞時(shí)，化學(xué)反應(yīng)才能進(jìn)行。
2 編寫(xiě)思路比較
教材是教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的主要材料，是課程體系和課程實(shí)施的重要組成部分。不同的教材內(nèi)容的組織方式不盡相同。圖1、圖2、圖3、圖4分別為德國(guó)教材和滬教版、人教版、魯教版教材中有關(guān)“化學(xué)反應(yīng)”的編寫(xiě)思路。
從四本教材章節(jié)的宏觀結(jié)構(gòu)來(lái)看有關(guān)“化學(xué)反應(yīng)”的內(nèi)容編排，可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)教材中有關(guān)“化學(xué)反應(yīng)”的內(nèi)容都是安排在原子、分子、元素符號(hào)和化學(xué)式學(xué)習(xí)之后。德國(guó)教材中原子、分子、元素符號(hào)和化學(xué)式等內(nèi)容則放在教材的較靠后章節(jié)（第7單元），“化學(xué)反應(yīng)”主要出現(xiàn)在它們之前，而且有關(guān)“化學(xué)反應(yīng)”的內(nèi)容是分散編排，分階段構(gòu)建的。德國(guó)教材開(kāi)篇即引入粒子模型思想介紹物質(zhì)及其性質(zhì)，幫助學(xué)生建立微觀思想，此時(shí)主要借助文字表達(dá)式講述化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量關(guān)系、表示方法和能量轉(zhuǎn)變等內(nèi)容；在第7單元學(xué)習(xí)元素符號(hào)和化學(xué)式之后再介紹書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式的步驟和注意事項(xiàng)，以及有關(guān)計(jì)算，從微觀角度分析質(zhì)量守恒定律的原理。顯然，這種宏觀結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了“宏觀描述——微觀探討、符號(hào)表述”的編寫(xiě)思路。
深入分析有關(guān)“化學(xué)反應(yīng)”的章節(jié)，可以看到我國(guó)教材主要按照“化學(xué)反應(yīng)”中的質(zhì)量關(guān)系、表示方法、有關(guān)計(jì)算的順序編寫(xiě)，有關(guān)化學(xué)發(fā)展史的內(nèi)容穿插其中。而德國(guó)教材則按照化學(xué)反應(yīng)的文字表達(dá)式、質(zhì)量關(guān)系、能量轉(zhuǎn)變、化學(xué)方程式、有關(guān)計(jì)算的順序編寫(xiě)。可以說(shuō)，我國(guó)教材中有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容關(guān)聯(lián)較為清晰、簡(jiǎn)單；而德國(guó)教材中引入“能量轉(zhuǎn)變”的相關(guān)內(nèi)容之后，與“質(zhì)量關(guān)系”共同構(gòu)成了認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)方面；同時(shí)，“文字表述”——“本質(zhì)認(rèn)識(shí)”——“符號(hào)表述”的先后順序也適應(yīng)了學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)從“現(xiàn)象”到“本質(zhì)”的認(rèn)識(shí)過(guò)程。
3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較
實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的重要特色，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。在有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的教材內(nèi)容設(shè)計(jì)過(guò)程中，尤其應(yīng)該關(guān)注實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)功能。中德4本教材中“化學(xué)反應(yīng)”部分的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特點(diǎn)鮮明。
實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的重視程度不同。通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，可以看到，德國(guó)教材中涉及實(shí)驗(yàn)活動(dòng)達(dá)13個(gè)，而我國(guó)三本教材的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)分別僅為4、5和4個(gè)。顯然，從實(shí)驗(yàn)數(shù)量上，兩個(gè)國(guó)家的教材在關(guān)注度上呈現(xiàn)了差異。
實(shí)驗(yàn)類(lèi)型不同。德國(guó)教材除了隨堂實(shí)驗(yàn)以外，還較為關(guān)注家庭實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了泡騰片的溶解、制備起泡粉、煎餅的烤制、火柴的研究等4個(gè)家庭實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)取材容易，操作簡(jiǎn)單，既能鞏固所學(xué)知識(shí)，又能增強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系，形成我們身邊處處皆有化學(xué)的觀念，還能增強(qiáng)學(xué)生的生活技能，提高他們的生存能力。而國(guó)內(nèi)教材中僅有隨堂實(shí)驗(yàn)，表明我國(guó)教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)仍主要在基礎(chǔ)性和典型性上，很少考慮到實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的延伸和拓展。
思維要求不同。德國(guó)教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)均為對(duì)確定結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證、解釋的實(shí)驗(yàn)，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都提供了具體的實(shí)驗(yàn)材料、明確的實(shí)驗(yàn)步驟和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)作業(yè)，學(xué)生的思維訓(xùn)練主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中和實(shí)驗(yàn)結(jié)束后兩個(gè)階段，沒(méi)有要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，但其實(shí)驗(yàn)作業(yè)的設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了此類(lèi)實(shí)驗(yàn)的不足。實(shí)驗(yàn)作業(yè)除指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、復(fù)習(xí)鞏固知識(shí)外，更有知識(shí)的延伸，思維的拓展。如：加熱碳酸銅化合物的隨堂實(shí)驗(yàn)。
材料：試管夾，煤氣燈，碳酸銅化合物。
步驟：
1.在試管中裝入大約 2 cm高的碳酸銅化合物。
2.用煤氣燈的不發(fā)光火焰仔細(xì)加熱試管。
作業(yè)：
a.記下你的觀察結(jié)果。
b.推測(cè)氣態(tài)的反應(yīng)產(chǎn)物是什么。
c.設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)你的猜想。
d.說(shuō)明是不是有反應(yīng)作用。
國(guó)內(nèi)教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)從程式上看既有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也有探究性實(shí)驗(yàn)。探究性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的思維主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中兩個(gè)階段，然后教材中直接給出一些通過(guò)探究性實(shí)驗(yàn)得出的重要結(jié)論。如：為了得出質(zhì)量守恒定律，滬教版教材完全按照科學(xué)探究的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，魯教版教材要求學(xué)生根據(jù)提供的藥品和器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是新課標(biāo)教材的重要特點(diǎn)，是新一輪課程改革的重要成果，我們期待國(guó)內(nèi)教材設(shè)計(jì)出更多情境真實(shí)、過(guò)程科學(xué)的探究性實(shí)驗(yàn)。但是，在初中化學(xué)啟蒙教學(xué)階段，學(xué)生僅有極少量學(xué)科知識(shí)的情況下，是否能設(shè)計(jì)出真正的跟實(shí)際生產(chǎn)生活聯(lián)系更加緊密的開(kāi)放性的探究實(shí)驗(yàn)，探究性實(shí)驗(yàn)是否應(yīng)當(dāng)有多樣化的結(jié)論？并且是否能讓學(xué)生在多種不同結(jié)論中繼續(xù)深入發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題？這些都需要在比較分析中，重新審慎思考和判斷。
4 結(jié)論與思考
從中德化學(xué)啟蒙教材中“化學(xué)反應(yīng)”編排的比較分析可以看出，兩者在知識(shí)的廣度和編排上有很大不同。我國(guó)教材初看似乎更加注重知識(shí)的基礎(chǔ)性和簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)，但相對(duì)弱化知識(shí)的完整性和深刻聯(lián)系。在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方面，德國(guó)教材較為重視實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，關(guān)注家庭實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，能有效拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，實(shí)驗(yàn)作業(yè)的設(shè)計(jì)，能有效延伸學(xué)生實(shí)驗(yàn)的邊界，引導(dǎo)學(xué)生把握問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。我國(guó)教材實(shí)驗(yàn)活動(dòng)相對(duì)較少，實(shí)驗(yàn)活動(dòng)多為隨堂實(shí)驗(yàn)，基本不涉及家庭實(shí)驗(yàn)，并且嘗試出現(xiàn)了探究性實(shí)驗(yàn)。整體而言，在比較研究中，我們不僅看到了兩地教材的共性，更多地是從差異中看到了可以反思和借鑒的方面，諸如內(nèi)容選擇的基礎(chǔ)性和完整性之間如何平衡，內(nèi)容編排的簡(jiǎn)單、清晰與呈現(xiàn)知識(shí)的本質(zhì)關(guān)聯(lián)之間如何把握；實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)在追求簡(jiǎn)單、易行的同時(shí)，是否能適當(dāng)考慮擴(kuò)大學(xué)生的活動(dòng)空間，借鑒實(shí)驗(yàn)作業(yè)的設(shè)計(jì)思想，審慎把握探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及教學(xué)等方面，都值得進(jìn)一步探討。
致謝：感謝南京大學(xué)胡宏紋院士對(duì)德國(guó)初中化學(xué)教材的譯介。
參考文獻(xiàn)：
[1] Wolfgang Asseblborn Usw. Chemie Heute-SekundarbereichⅠ. Bildungshaus Schulbuchverlage，2010.
[2]王祖浩主編.義務(wù)教育教科書(shū)·化學(xué)（第2版）[M].上海：上海教育出版社，2013：100～108.
關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律；實(shí)驗(yàn)探究；問(wèn)題線索
文章編號(hào)：1008-0546（2012）12-0002-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.001
一、“質(zhì)量守恒定律”及其教學(xué)價(jià)值
“質(zhì)量守恒定律”是人教版初中化學(xué)教科書(shū)中第五單元“化學(xué)方程式”課題1的教學(xué)內(nèi)容，旨在幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系——質(zhì)量守恒定律，認(rèn)識(shí)定量研究在化學(xué)發(fā)展中的重大作用，并為學(xué)習(xí)書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式和依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算打下基礎(chǔ)。
在歷史上，羅蒙諾索夫和拉瓦錫先后通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究分別發(fā)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量守恒這一規(guī)律性，并分別在1756年和1789年以普遍命題的形式把質(zhì)量守恒定律清晰表述出來(lái)[1]。質(zhì)量守恒定律是化學(xué)學(xué)科中非常重要的基本理論之一，它的發(fā)現(xiàn)為化學(xué)理論和實(shí)踐的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。為了發(fā)展學(xué)生對(duì)質(zhì)量守恒定律的認(rèn)識(shí)，教科書(shū)是以實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的形式來(lái)開(kāi)展的，讓學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究來(lái)體驗(yàn)化學(xué)家發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過(guò)程，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)體系中物質(zhì)之間的內(nèi)在規(guī)律，掌握探究規(guī)律性知識(shí)的科學(xué)方法。
質(zhì)量守恒定律是從定量角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，而要發(fā)展學(xué)生的這種認(rèn)識(shí)就必須引入一種嚴(yán)密的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法——定量分析。為了能夠從定量角度準(zhǔn)確判斷化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，就要使用一個(gè)稱(chēng)量質(zhì)量的儀器——天平進(jìn)行測(cè)量，學(xué)生不再直接觀察化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)獲知化學(xué)反應(yīng)的基本情況。當(dāng)然，在本實(shí)驗(yàn)探究中定量分析是非常簡(jiǎn)單的，但是這些研究方法對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)卻是全新的。
二、學(xué)生探究“質(zhì)量守恒定律”的基礎(chǔ)與困難分析
在學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的一些知識(shí)，比如有新物質(zhì)的生成是化學(xué)反應(yīng)的基本特征之一，化學(xué)反應(yīng)的類(lèi)型可分為化合反應(yīng)和分解反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)中可能會(huì)產(chǎn)生氣體、沉淀或者顏色改變等現(xiàn)象，這些知識(shí)構(gòu)成了學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的初步認(rèn)識(shí)，也為開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究奠定了知識(shí)基礎(chǔ)；在此之前，學(xué)生也學(xué)習(xí)了一些基本的實(shí)驗(yàn)方法，比如天平的使用、藥品的取用、實(shí)驗(yàn)觀察、結(jié)果記錄等，為實(shí)驗(yàn)探究的開(kāi)展奠定了方法基礎(chǔ)。
作為對(duì)規(guī)律性知識(shí)的探究，學(xué)生就不能單純通過(guò)研究一個(gè)化學(xué)反應(yīng)來(lái)獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)論，學(xué)生必須認(rèn)識(shí)到探索一個(gè)普遍規(guī)律需要考慮到化學(xué)反應(yīng)的各種不同情況，要選擇有代表性的化學(xué)反應(yīng)來(lái)研究它們的共性，以此得到對(duì)質(zhì)量守恒定律的全面認(rèn)識(shí)。這要求學(xué)生應(yīng)具備較強(qiáng)的分析、綜合和歸納能力。
作為一個(gè)定量分析實(shí)驗(yàn)，雖然操作技能和過(guò)程都非常簡(jiǎn)單，但是它卻需要學(xué)生使用一種比較嚴(yán)密的思維方式來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，比如，質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)探究的研究對(duì)象是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系，學(xué)生要能夠甄別出體系中實(shí)際參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)；實(shí)驗(yàn)觀察的對(duì)象不再局限于化學(xué)反應(yīng)本身，還要能夠通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)獲取真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，學(xué)生要能夠從若干零散的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲得對(duì)化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量關(guān)系的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。這些就決定了學(xué)生不僅要能夠精確、細(xì)致的操作實(shí)驗(yàn)獲得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且還要求學(xué)生具備較強(qiáng)的抽象思維能力。
但就學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)狀態(tài)來(lái)看，學(xué)生雖然對(duì)實(shí)驗(yàn)探究有著很大的興趣，也樂(lè)于參與探究活動(dòng)，但學(xué)生的思維方式較為單純，思考問(wèn)題不全面、認(rèn)識(shí)問(wèn)題不深入，還不具備處理復(fù)雜問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)對(duì)學(xué)生的要求既反映了學(xué)生的不足，同時(shí)也為學(xué)生的發(fā)展預(yù)留了空間。所以，為了滲透科學(xué)規(guī)律產(chǎn)生的過(guò)程與方法，彰顯學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的主體性，就必須采用有效的策略來(lái)引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“質(zhì)量守恒定律”的形成過(guò)程。
三、利用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“質(zhì)量守恒定律”的形成過(guò)程
實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程是一個(gè)既動(dòng)腦又動(dòng)手的過(guò)程，前者尤為重要，它決定了實(shí)驗(yàn)探究的品質(zhì)，但動(dòng)腦又是探究過(guò)程中教師最難掌控的一個(gè)方面，是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度探究必須面對(duì)的問(wèn)題。學(xué)生的思維總是從解決問(wèn)題開(kāi)始的，好的問(wèn)題設(shè)計(jì)可以激活學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生在已有基礎(chǔ)上主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)；可以為學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究提供思路和線索，讓學(xué)生的思維和行為清晰、有序；可以加強(qiáng)師生對(duì)話(huà)，讓教師及時(shí)了解學(xué)生的探究情況，以便適時(shí)地加以啟發(fā)和引導(dǎo)；還可以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知困境，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。所以，在探究活動(dòng)中可以利用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生逐步體驗(yàn)知識(shí)的形成過(guò)程。
1.實(shí)驗(yàn)探究中問(wèn)題的設(shè)計(jì)
為了利用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生深度探究“質(zhì)量守恒定律”，在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)需要考慮以下幾個(gè)方面：一是問(wèn)題之間要具有一定的邏輯性，特別是要結(jié)合質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程；二是問(wèn)題表達(dá)要考慮到科學(xué)性和可接受性，要以學(xué)生已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)為起點(diǎn)，正確使用學(xué)科概念，以學(xué)生能夠理解的語(yǔ)言表達(dá)問(wèn)題；三是教學(xué)過(guò)程中問(wèn)題的提出要有一定的靈活性，能夠根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)發(fā)問(wèn)，給予學(xué)生自主思考和相互討論的時(shí)間，并充分利用追問(wèn)為學(xué)生理解問(wèn)題搭建腳手架。
基于上述思考，“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究中問(wèn)題的設(shè)計(jì)方法是，先梳理出“質(zhì)量守恒定律”探究活動(dòng)的必要環(huán)節(jié)，再?gòu)拿總€(gè)探究環(huán)節(jié)中提煉出概括性較強(qiáng)的問(wèn)題，形成一個(gè)問(wèn)題線索（見(jiàn)表1）。問(wèn)題線索是對(duì)學(xué)科邏輯和學(xué)生認(rèn)知心理的整體把握，雖然在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中不一定要把它呈現(xiàn)給學(xué)生，但是教師需要依據(jù)它生成出實(shí)際的教學(xué)問(wèn)題，這樣既保證了問(wèn)題之間的邏輯性，同時(shí)也為具體問(wèn)題的生成預(yù)留了空間。
2.實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)案例分析
實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程是一種復(fù)雜的行為表現(xiàn)，教師不可能事先預(yù)測(cè)出學(xué)生遇到的所有困難，預(yù)先設(shè)計(jì)問(wèn)題線索是教師對(duì)學(xué)生認(rèn)知過(guò)程的洞察與把握，但是在實(shí)際探究過(guò)程中問(wèn)題策略的使用還應(yīng)靈活多變。結(jié)合上面的問(wèn)題線索，下面就以“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究的案例來(lái)闡釋利用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“質(zhì)量守恒定律”的形成過(guò)程。
“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究的案例及分析：
環(huán)節(jié)一：提出問(wèn)題
教師：（從定性的角度復(fù)習(xí)前面學(xué)過(guò)的化學(xué)反應(yīng)）化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量有無(wú)變化呢？
學(xué)生：（進(jìn)入思考狀態(tài)，審視前面學(xué)習(xí)的化學(xué)反應(yīng)）。
設(shè)計(jì)意圖：制造認(rèn)知困境，把學(xué)生的思維從對(duì)化學(xué)反應(yīng)的定性認(rèn)識(shí)引向定量認(rèn)識(shí)。
環(huán)節(jié)二：猜想與假設(shè)
教師：反應(yīng)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量可能存在幾種關(guān)系？說(shuō)說(shuō)你的依據(jù)。
學(xué)生1：相等，沒(méi)有物質(zhì)的損耗。
學(xué)生2：小于，空氣中的氧氣參加鎂條燃燒反應(yīng)。
學(xué)生3：大于，比如有氣體放出。
設(shè)計(jì)意圖：把探究問(wèn)題明晰化，把學(xué)生的思維引向?qū)嶒?yàn)探究的核心內(nèi)容，并制造學(xué)生之間的認(rèn)知矛盾，引發(fā)探究欲望。
環(huán)節(jié)三：制定計(jì)劃
教師：要想知道化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量變化情況，在實(shí)驗(yàn)中需要用到什么儀器？如何使用它呢？
學(xué)生：天平；先調(diào)零……（對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題教師要及時(shí)追問(wèn)引導(dǎo)）
設(shè)計(jì)意圖：突出天平在實(shí)驗(yàn)探究中的作用，為下面的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)進(jìn)行鋪墊。
教師：你認(rèn)為反應(yīng)物的總質(zhì)量大于生成物的總質(zhì)量，那你能否根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)用品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證你的猜想呢？（鐵釘、硫酸銅溶液、稀鹽酸、石灰石、澄清石灰水；燒杯、試管、帶導(dǎo)氣管的錐形瓶、氣球、裝有二氧化碳的注射器、帶有膠塞的廣口瓶等）
學(xué)生：用天平稱(chēng)量鹽酸與石灰石的反應(yīng)。
教師：說(shuō)的細(xì)致一點(diǎn)，如何進(jìn)行操作？
學(xué)生：先往錐形瓶中放入少量稀鹽酸，塞上橡膠塞，放在天平的左盤(pán)上；然后再取幾顆石灰石也放在左盤(pán)，一起稱(chēng)取它們的質(zhì)量。稱(chēng)完后，其他不動(dòng)，把石灰石放入錐形瓶中進(jìn)行反應(yīng)，觀察天平的示數(shù)，如果左盤(pán)變輕就說(shuō)明質(zhì)量減少。
教師：仔細(xì)思考一下，這個(gè)反應(yīng)有什么特點(diǎn)？
學(xué)生：有二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生。
教師：二氧化碳?xì)怏w難道不是生成物嗎？
學(xué)生：哦，是。
教師：想一想你的操作是不是遺漏了什么？
學(xué)生：還要在導(dǎo)氣管綁上一個(gè)氣球，防止二氧化碳跑掉。
……
設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案（鹽酸與石灰石反應(yīng)、鐵釘與硫酸銅反應(yīng)、二氧化碳與澄清石灰水的反應(yīng)）的分析，教師步步追問(wèn)讓學(xué)生理順自己的思路，在思維上形成一個(gè)清晰的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作方案。
環(huán)節(jié)四、環(huán)節(jié)五：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)
教師：為了保證實(shí)驗(yàn)的可靠性，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中應(yīng)該注意哪些問(wèn)題？
學(xué)生：正確使用天平；不讓氣體泄漏……
教師：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中你應(yīng)該重點(diǎn)觀察什么？需要記錄哪些實(shí)驗(yàn)結(jié)果？
學(xué)生：重點(diǎn)觀察和記錄天平的示數(shù)，記錄稱(chēng)量的各物質(zhì)的名稱(chēng)。
……
設(shè)計(jì)意圖：把學(xué)生的思維引向具體的實(shí)踐操作，讓學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)精神，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。
環(huán)節(jié)六：解釋與結(jié)論
教師：實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠直接證明你的猜想嗎？為什么？
學(xué)生1：能，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)前后天平的示數(shù)不變就說(shuō)明質(zhì)量不變。
學(xué)生2：不能，因?yàn)樘炱椒Q(chēng)量的不僅僅是反應(yīng)物和產(chǎn)物，還有實(shí)驗(yàn)儀器的質(zhì)量，不能說(shuō)明問(wèn)題。
教師：到底誰(shuí)對(duì)呢？大家再回憶一下我們探究的問(wèn)題是什么？
學(xué)生：反應(yīng)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量有什么關(guān)系。
教師：非常好，為了避免干擾是不是需要把不相關(guān)的質(zhì)量給剔除掉？
教師：請(qǐng)根據(jù)你的稱(chēng)量記錄判斷化學(xué)反應(yīng)前后各種物質(zhì)的質(zhì)量變化。
學(xué)生：發(fā)生變化的是部分鹽酸和石灰石反應(yīng)生成了氯化鈣、水和二氧化碳；沒(méi)有發(fā)生變化的是錐形瓶、氣球、未反應(yīng)的鹽酸和石灰石、鹽酸溶液中的水等。
……
教師：通過(guò)對(duì)上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析你能得出什么結(jié)論？
學(xué)生：反應(yīng)物的總質(zhì)量等于生成物的總質(zhì)量。
設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析。引導(dǎo)學(xué)生正確識(shí)別和分析化學(xué)反應(yīng)體系，從本質(zhì)上探索化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系。通過(guò)對(duì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)歸納能力，體驗(yàn)規(guī)律的產(chǎn)生過(guò)程，同時(shí)也為引出質(zhì)量守恒定律的概念做好了準(zhǔn)備。
（注：本案例是在北京大興紅星中學(xué)楊艷偉老師課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上整理而得）
四、小結(jié)
在“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中充分利用問(wèn)題策略引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)規(guī)律性知識(shí)形成過(guò)程，有效地改善了學(xué)生的實(shí)際探究效果，特別是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中具有了很強(qiáng)的目的性，而不再是形式上的實(shí)驗(yàn)探究。當(dāng)然，這些問(wèn)題策略的有效性發(fā)揮還需要教師在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行合理控制、靈活處理，恰當(dāng)把握提問(wèn)題的時(shí)機(jī)，給學(xué)生留出足夠的思考時(shí)間，對(duì)學(xué)生的反饋及時(shí)追問(wèn)，直至徹底的理解問(wèn)題等等。
【關(guān)鍵詞】化工工藝 工藝設(shè)計(jì) 安全危險(xiǎn) 預(yù)防措施 分析探究
新形勢(shì)下，隨著人們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)中安全防范意識(shí)的不斷提高，以及對(duì)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的研究不斷深入，促使人們對(duì)于化工工藝設(shè)計(jì)中存在的安全危險(xiǎn)問(wèn)題給予了越來(lái)越多的關(guān)注和重視。受化工行業(yè)本身的特殊性影響，化工行業(yè)在安全危險(xiǎn)的問(wèn)題上要求極為嚴(yán)格，需要化工企業(yè)人員在日常生產(chǎn)的管理和操作上，提高對(duì)安全危險(xiǎn)的識(shí)別和控制能力。為此，本文主要從化工工藝設(shè)計(jì)涉及的一些內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)加以討論，幫助化工企業(yè)人員識(shí)別和控制化工工藝設(shè)計(jì)中存在的安全危險(xiǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)具體分析如下。
1 化工工藝設(shè)計(jì)的概述及特點(diǎn)
化工工藝設(shè)計(jì)，主要是指在設(shè)備、管道、泵閥、儀表和自動(dòng)化等方面的配置，以及工藝流程的設(shè)計(jì)等。在整個(gè)化工工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了確保化工生產(chǎn)的安全可靠和高效運(yùn)行，需要熟悉掌握化工生產(chǎn)的原則和精神，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)化工規(guī)范中對(duì)物品的危險(xiǎn)程度等級(jí)的劃分，確定不同危險(xiǎn)等級(jí)的物品的防火間距、防爆等級(jí)等，從而為我們?cè)谶x用設(shè)備與儀表、操作方式、消防器材等方面提供了安全保障。
一般來(lái)說(shuō)，化工工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要包括設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料不完整、工藝流程獨(dú)特、工作量大以及規(guī)模大小不一等幾個(gè)方面，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料不完整，體現(xiàn)在化工工藝設(shè)計(jì)的資料未經(jīng)檢驗(yàn)完善，數(shù)據(jù)缺乏足夠的可靠性和完整性；工藝流程獨(dú)特，主要是由于化工裝置及設(shè)備的多樣化和規(guī)格特殊化所導(dǎo)致；工作量大，則是從整個(gè)化工工藝設(shè)計(jì)來(lái)看的，化工企業(yè)的總體投資大、設(shè)備多、管道多，增加了化工工藝設(shè)計(jì)的工作負(fù)擔(dān)。同時(shí)，規(guī)模大小不一，則表現(xiàn)在測(cè)試工程數(shù)據(jù)的化工裝置規(guī)模不一。
2 化工工藝設(shè)計(jì)中安全危險(xiǎn)問(wèn)題的識(shí)別及控制
2.1 工藝物料方面
通常在化工工藝生產(chǎn)過(guò)程中，原料、材料、半成品和副產(chǎn)品，以及貯運(yùn)物質(zhì)都是以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)存在的，具有相應(yīng)的物理、化學(xué)性質(zhì)和危險(xiǎn)危害。需要化工企業(yè)人員加強(qiáng)對(duì)這些危險(xiǎn)特性的辨識(shí)、分析和評(píng)價(jià)。分別從化工工藝的各類(lèi)物質(zhì)的性質(zhì)、穩(wěn)定性、化學(xué)反應(yīng)活性，以及爆炸特性、健康危害等加以識(shí)別和控制。
2.2 工藝路線方面
一般來(lái)說(shuō)，在選擇化工工藝的路線時(shí)，應(yīng)該從化工物質(zhì)的安全危險(xiǎn)出發(fā)考慮，盡可能采用無(wú)害、低危險(xiǎn)性的物料，緩和化工工藝過(guò)程的苛刻程度，可以通過(guò)采用化學(xué)反應(yīng)物催化劑，稀釋或緩和各類(lèi)危險(xiǎn)物料。或是采用各種高新的化工技術(shù)、設(shè)備及工藝，取消或縮小中間貯罐，一定程度上減少危險(xiǎn)介質(zhì)的藏量。此外，通過(guò)采用污水回收、生產(chǎn)廢料和助劑回收等方式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)化工工藝的節(jié)能降耗，有著極為重要的作用。
2.3 化學(xué)反應(yīng)裝置方面
2.3.1化學(xué)反應(yīng)器選型要求
化學(xué)反應(yīng)器，若以進(jìn)出物料的情況劃分，主要有間歇式化學(xué)反應(yīng)器和連續(xù)式化學(xué)反應(yīng)器兩大類(lèi)。若以物料流程劃分，則可以分為單程化學(xué)反應(yīng)器和循環(huán)化學(xué)反應(yīng)器等兩種。若是從化學(xué)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)來(lái)看，則有釜式、管式、塔式和固定床，以及流化床等幾種。
通常情況下，構(gòu)成化學(xué)反應(yīng)器的裝置設(shè)備特性，以及工藝流程決定了化學(xué)反應(yīng)裝置的整體特性。在化學(xué)反應(yīng)器的選型過(guò)程中，應(yīng)該注重工藝的適應(yīng)性和安全性問(wèn)題，并從化工工藝的操作和操作出發(fā)，確定型號(hào)形式。
2.3.2化學(xué)反應(yīng)設(shè)備材質(zhì)
考慮到工藝流體、流速、流體反應(yīng)特性以及腐蝕特性等因素對(duì)化工工藝設(shè)計(jì)的影響，在化學(xué)反應(yīng)設(shè)備材質(zhì)的使用時(shí)，應(yīng)該注重設(shè)備的耐腐蝕性、強(qiáng)度、可焊性以及機(jī)械加工性等方面，同時(shí)，對(duì)于可能影響化學(xué)反應(yīng)溫度的雜質(zhì)要加以重視，以免化學(xué)反應(yīng)速度受到影響，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的不穩(wěn)定性和一系列危險(xiǎn)問(wèn)題。此外，部分測(cè)溫測(cè)壓類(lèi)的污染物甚至?xí)鸬筋?lèi)似催化劑的作用，進(jìn)而引發(fā)不必要的化學(xué)反應(yīng)，需要化工企業(yè)慎重考慮。
2.3.3化學(xué)反應(yīng)條件控制
在化學(xué)反應(yīng)條件控制上，為最大限度避免出現(xiàn)失控反應(yīng)，可以通過(guò)外循環(huán)冷卻器、多段反應(yīng)等方式，加強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)的控制?；蚴遣扇⊥ㄈ氲蜏亟橘|(zhì)的方式，幫助化學(xué)反應(yīng)器降溫。也可采用向化學(xué)反應(yīng)器輸入易揮發(fā)的液體的形式，利用液體揮發(fā)來(lái)吸收熱量。
2.3.4化學(xué)反應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)
通常情況下，為了確?；瘜W(xué)反應(yīng)裝置的安全可靠，在化學(xué)反應(yīng)裝置的設(shè)備結(jié)構(gòu)，尤其是高壓容器設(shè)備，不但要求具備足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還需要保證設(shè)備的嚴(yán)密條件好，以免大量介質(zhì)泄漏引起火災(zāi)、中毒等危險(xiǎn)問(wèn)題。
2.4 管道及閥門(mén)方面
管道往往用于輸送易燃、易爆、腐蝕以及具有毒性的物料，在管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從材料選擇、管道布置、振動(dòng)以及應(yīng)力分析等幾個(gè)方面綜合考慮，以免發(fā)生泄露。需要化工企業(yè)熟悉了解整個(gè)化工工藝流程，重視管道系統(tǒng)在化工工藝流程中的作用，包括操作條件、介質(zhì)物化特性以及腐蝕情況等方面的要求。閥門(mén)一般用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流通和壓力系統(tǒng)，具有切斷或接通介質(zhì)、控制流通、改變流量、以防介質(zhì)回流等顯著功能。在化工工藝設(shè)計(jì)中，閥門(mén)的設(shè)計(jì)必須符合安全生產(chǎn)及檢修。
2.5 電氣設(shè)計(jì)方面
在電氣設(shè)計(jì)中，應(yīng)該在確定當(dāng)?shù)厥欠駥儆诒ㄒ约盎馂?zāi)等危險(xiǎn)環(huán)境，并根據(jù)火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)程度不同，最大限度避免電氣設(shè)備、電氣線路等因?yàn)樵O(shè)計(jì)不當(dāng)而發(fā)生爆炸事故。
2.6 整體化工園區(qū)方面
從現(xiàn)階段我國(guó)化工園區(qū)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及監(jiān)管能力來(lái)看，大多存在著不同程度上的滯后現(xiàn)象。為此，要減少和預(yù)防化工工藝設(shè)計(jì)中的安全危險(xiǎn)問(wèn)題，化工企業(yè)可以通過(guò)設(shè)立統(tǒng)一的安全監(jiān)測(cè)和管理部門(mén)，創(chuàng)建完整性的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并形成以“政府為主導(dǎo)、社會(huì)為中介、企業(yè)一體化”的綜合管理體系，通過(guò)三方連帶責(zé)任追究機(jī)制，將安全危險(xiǎn)有效控制在最小范圍。
參考文獻(xiàn)
[1] 朱曉東.淺析化工工藝設(shè)計(jì)中安全危險(xiǎn)的問(wèn)題[J].化學(xué)工程與裝備，2011，11，（06）
[2] 李躍云，董喜紅.淺析化工工藝設(shè)計(jì)中安全危險(xiǎn)的識(shí)別與控制[J].黑龍江科技信息，2010，10，（09）
[3] 杜維君，孫迎春，任歡.試論化工設(shè)計(jì)之中安全危險(xiǎn)的識(shí)別及其控制手段[J].化工管理，2013，03，（08）
