發(fā)布時間：2023-07-03 16:07:36
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的化學反應的過程樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵詞：高職院校；化學反應工程；課程改革；改革實踐
引言
進入新世紀以來，我國高職院校教育工作相對于先前有了較大的變化，對人才的培養(yǎng)也有了更高的目標。在高職化學反應工程教學中，遵照課程要求，針對性的逐漸完善化學反應工程教學體系，提升化學反應工程課程的教學質量，對高職院校教育工作的提升是非常關鍵的。在對“化學反應工程”課程的改革與實踐中應從如下四個方面入手：
1、確定建設目標，深化教學改革，構建國內一流課程
化學反應工程包含了化工熱力學、物理化學、控制與優(yōu)化及化工傳遞過程等知識點，總體的知識領域較為廣泛，對于培養(yǎng)高職學生的化學基礎知識素養(yǎng)，提升學生的化學分析能力是非常關鍵的，因此，在進行高職“化學反應工程”改革時，應當首先認識到化學反應工程為所有化工課程的核心，為化工專業(yè)的專業(yè)主干課程。
外國知名大學在化學反應工程方面的研究及教學工作現對于國內對化學反應工程的研究及教學是較為超前的，因此，在進行化學反應工程課程改革時，全面的剖析國外知名大學同類課程的發(fā)展趨勢，對提升化學反應工程課程改革的創(chuàng)新性及有效性是非常必要的。在具體的實施過程中，高職院校化學反應工程的教師可以首先通過互聯(lián)網搜索國外知名大學的校園網站，跟蹤了解國外知名大學在化學反應工程方面發(fā)展趨勢，例如：劍橋大學、ARIZONA大學等國外知名大學內化學反應工程的課程設置等情況。其次，在化學反應工程課程教學中，可以借鑒國外知名大學化學反應工程的教學計劃、教學資料，從而更好的開闊高職學生的眼界，激發(fā)學生學習化學反應工程課程的學習興趣。第三，如果經濟等方面的條件允許，高職院?；瘜W反應工程課程的教師可以赴國外進行化學反應工程課程的訪問與學習，親身體檢國外知名大學在化學反應工程課程教學方面所做的工作，學習化學反應工程的教學模式，這對于更好的開展化學反應工程改革有著重要的推動作用。
2、闡明基本原理，聯(lián)系開發(fā)實例，教學內容精益求精
2.1精選了化學反應工程課程教學中基本原理的內容
化學反應工程的重點為將化學反應的機理闡明，將反應工程的基本理論、概念及研究方法介紹給同學，因此，在進行高職化學反應工程的課程改革時，應將化學動力學、理想流動反應器、間歇反應器、化學反應過程中質量與熱量的傳遞，反應器穩(wěn)定性及反應選擇性作為化學反應工程的課程的主要講解內容，并按照濃度效應與穩(wěn)定效應展開相關的化學反應工程討論工作，力求確切闡述、清楚表達，為高職學生更好的學習化學反應工程和化學反應器相關的知識打下堅實的基礎。
2.2更新了反應工程課程教學中過程開發(fā)的案例分析
工業(yè)反應器為化學反應工程的主要研究對象之一，同時化學反應工程中理論聯(lián)系實際的情況較多。很多高職教師在化學反應工程課程教學的過程中往往承擔有與化學反應工程課程相關的科研項目，因此，這就為化學反應工程課程改革提供了較好的平臺，教師可以將科研成果作為化學反應工程課程的具體案例進行開發(fā)與分析，從而更好的提升整個化學反應工程課程教學的精彩性，使之做到言之有物，更好的豐富整個化學反應工程課程的內涵，也能夠幫助學生更好的了解與學習到化學反應工程在具體的開發(fā)過程中的作用與進展。
2.3 增加了生化、材料、環(huán)境等反應工程方面的內容
現階段很多高職院校的化學反應工程教學缺乏教學所需的學習氛圍，因此，在高職院校進行化學反應工程的改革時，增加了與化學反應工程相關的材料、生化及環(huán)境等方面的能夠有效的反應出化學反應工程前沿的內容是有其必要性的。在具體實施時高職院校可以借此拓展課程內容的內涵，請學有專長的專家學者介紹生化反應工程、聚合反應工程、電化學反應工程、精細化學品反應工程、環(huán)境反應工程等新方向、新進展，有效的實現學生在學習化學反應工程課程時思路與眼界的開闊。
3、講授研討結合，試行雙語教學，教學方法不斷改革
高職院校在進行化學反應工程課程改革時，應重視教學方法的轉變，傳統(tǒng)的教學方式在一定程度上仍有一定的借鑒意義，因此，在進行改革時還應當繼續(xù)堅持傳統(tǒng)的教師講授的方式，在教師講授的同時，加入一定量針對性的討論式教學方法，組織學生針對性的對化學反應工程的某些重要的知識點進行討論。在化學反應工程課程具體講授的過程中，注意應用歸納法、對比法及演繹法等方法，針對不同的化學反應工程內容，應采用不同的教學方法，在提升化學反應工程課程教學質量方面應下功夫，例如：在討論串聯(lián)反應優(yōu)化問題上，引導學生精心制作了電子課件，并鼓勵學生上講臺講解，學生的積極性很高，既活躍了課堂氣氛，學生本身也覺得收獲很大。
其次，在化學反應工程課程改革時加入一定量的雙語教學方式，能夠較好的提升化學反應工程課程教學的質量，擔任化學反應工程雙語教學的教師一般均為博士學歷，具有較多的國內外學習的經歷，上課課件、板書全部采用英語書寫，考試試題與解答也全部采用英語表達。雙語教學試點吸引了一批具有較高外語水平的優(yōu)秀學生參與，而上課教師也將國外化學反應工程教學思想與教學理念融入到課堂教學過程中，這對于提升學生學習的積極性有著較大促進作用。
4、結束語
在化學反應工程的教學改革的過程中，教師還應當充分的利用現代化教學設備，將教學的內容通過現代化多媒體技術呈現出來，更好的提升化學反應工程課程教學的生動性、形象性，這對于提升高職學生學習的興趣也是較為重要的。
[參考文獻]
[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模式和內容，培養(yǎng)學生工程與創(chuàng)新能力――以廣西大學化學反應工程教學為例[J].實驗技術與管理，2012，08：10-14.
1.1化學反應的條件概述
化學反應是個復雜、有趣的過程，其反應條件因反應物的不同而有所差異，一般情況下，較為活潑的物質其化學反應很容易發(fā)生反應，如鐵與稀鹽酸反應制氫氣，反應速度快且釋放大量熱氣，反應過程幾乎不需要什么特殊條件，反應就能發(fā)生的非常激烈。在實踐中，很多化學反應的應用都需要滿足一定的條件，常見的有燃燒、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，如鎂在空氣中燃燒生產氧化鎂（MgO）等；緩慢氧化反應較為常見，如食物的腐爛、動植物的呼吸等，這一反應形式也逐漸的被開發(fā)出來并得到應用；催化劑是指將一種或幾種物質加入反應物中，這些物質在反應中本身不發(fā)生改變，但催化劑可改變化學反應的速度與效果，常見的有光催化劑、固體催化劑、生物催化劑等，在不同化學反應中的應用可改變化學反應的速率和效果，提高工業(yè)生產的效率。例如，污水處理中應用光催化劑提高反應的效果，提升污水凈化的品質，使其達到更好的凈化標準。此外，壓強、溫度等也是化學反應的條件。
1.2化學反應條件對化學反應的影響
化學反應中，必須客觀的對待化學反應的科學性和復雜性，在利用化學反應時，首先，應注重化學反應條的件，一些化學反應雖可以實現，但反應條件極為苛刻，不適合在工業(yè)生產中應用。其次，注重考慮反應原理的獲得難易程度和價值，必定工業(yè)生產的目的是為了獲取利益和效益，高昂的反應代價一般在實踐中很難應用。再次，注重環(huán)境污染問題和資源節(jié)約，環(huán)境問題早已成為工業(yè)生產與社會發(fā)展的主要矛盾，因此化學反應的研究中要注重其對環(huán)境的污染和資源節(jié)約等問題。此外，還要注重操作的簡易性，太過復雜會影響化學反應在工業(yè)中的應用及生成物雜質含量增加?？傊?，在化學反應應用中，對化學反應條件的研究非常關鍵，通過化學反應條件的改善不但可以提高反應生成物的純度，還可以簡化反應過程、加快反應速度等，提高了工業(yè)生產的效率，促進了工業(yè)發(fā)展。
2催化劑分類和應用
2.1催化劑的分類和作用
化學反應中催化劑的應用十分普遍，常見的催化劑類型十分豐富，例如，在石油冶煉中應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)生產中的脫硫催化劑、氨合成催化劑、硫回收催化劑等等，其種類繁多、應用廣泛。催化劑最顯著的特點是催化劑本身不參與化學反應，但它可以改變化學反應的速度，并對反應物發(fā)生作用，使化學反應更為劇烈。例如利用氮、氫為原料合成氨，在這一生產過程中化學式非常簡單，但實際操作工藝卻十分復雜，反應過程牽扯到熱力學、化學動力學等方面，反應條件的條件與溫度、壓強、催化劑都有關系。綜上所述，催化劑的應用，第一，加快了化學反應的速率，有利于工業(yè)生產效率的提升，同時，使一些不易發(fā)生的反應成為現實，拓展了工業(yè)生產的領域，使更多化工產品應用到人類社會的發(fā)展和進步中，促進了人類社會發(fā)展。第二，降低了生產過程中對環(huán)境的破壞，提高了工業(yè)生產中的環(huán)保效益，例如，熱發(fā)電過程中在燃煤中加入生石灰，就可以達到減少二氧化硫的排放的目的，從而降低了有害氣體對空氣的污染。第三，催化劑的使用提高了化學反應應用的經濟效益，例如，氨生產中，催化劑加快了氨生產的效率，提高了單位時間內工業(yè)生產的價值，提升了企業(yè)的生產效益。此外，催化劑的應用還可以提高產品質量，擴展工業(yè)生產對化學反應的效益，提高工業(yè)產品的附加值，推進社會經濟的發(fā)展。
2.2催化劑應用的作用
催化劑應用的作用主要表現在以下方面：第一，使一些不可能發(fā)生的化學反應發(fā)生了反應，拓展了人類社會的物質資源，提高了人類對能源的應用。第二，降低了工業(yè)生產成本，一方面，提高了化學反應速率，降低了工業(yè)生產中的能源損耗，使工業(yè)生產對化學反應的應用更加高效；另一方面，提高了化學反應的產品質量，實現了能源的精加工，提高了工業(yè)產品的附加值，同時還降低了工業(yè)生產成本，促進了一些低端能源的利用，提高了工業(yè)生產效益和發(fā)展。第三，催化劑的使用可有效的控制化學反應生產的產物，如脫硫催化劑、硫回收催化劑等，使化學反應生成物的利用效益增加，同時還降低了生產過程中對環(huán)境的破壞，大大的提高了工業(yè)生產能力。第四，催化劑改善化學反應條件，降低了化學反應原料的標準，提高了化學反應的效果，降低了化學反應的難度，實現了化學反應更廣泛、更有效的利用。
3結語
對于化學知識點的掌握我們應該首先掌握高二化學反應原理的重要知識點內容，高二化學反應原理是貫穿化學知識點的重要內容，因此同學們需要詳細了解。下面小編給大家分享一些高二化學反應原理知識總結，希望能夠幫助大家，歡迎閱讀!
高二化學反應原理知識1反應熱 焓變
1、定義：化學反應過程中放出或吸收的熱量叫做化學反應的反應熱.
在恒溫、恒壓的條件下，化學反應過程中所吸收或釋放的熱量稱為反應的焓變。
2、符號：H
3、單位：kJ·mol-1
4、規(guī)定：吸熱反應:H
> 0 或者值為“+”，放熱反應:H < 0 或者值為“-”
常見的放熱反應和吸熱反應
放熱反應
吸熱反應
燃料的燃燒 C+CO2 , H2+CuO
酸堿中和反應 C+H2O
金屬與酸 Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl
大多數化合反應 CaCO3高溫分解
大多數分解反應
小結：
1、化學鍵斷裂，吸收能量;
化學鍵生成，放出能量
2、反應物總能量大于生成物總能量，放熱反應，體系能量降低，H為“-”或小于0
反應物總能量小于生成物總能量，吸熱反應，體系能量升高，H為“+”或大于0
3、反應熱
數值上等于生成物分子形成時所釋放的總能量與反應物分子斷裂時所吸收的總能量之差
高二化學反應原理知識2熱化學方程式
1.概念:表示化學反應中放出或吸收的熱量的化學方程式.
2.意義:既能表示化學反應中的物質變化,又能表示化學反應中的能量變化.
[總結]書寫熱化學方程式注意事項:
(1)反應物和生成物要標明其聚集狀態(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 標明恒壓條件下反應放出或吸收的熱量，放熱為負，吸熱為正。
(3)熱化學方程式中各物質前的化學計量數不表示分子個數，只表示物質的量，因此可以是整數或分數。
(4)對于相同物質的反應，當化學計量數不同時，其H 也不同，即H 的值與計量數成正比,當化學反應逆向進行時,數值不變,符號相反。
高二化學反應原理知識3蓋斯定律：不管化學反應是一步完成或分幾步完成，其反應熱是相同的。
化學反應的焓變(ΔH)只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關。
總結規(guī)律：若多步化學反應相加可得到新的化學反應，則新反應的反應熱即為上述多步反應的反應熱之和。
注意：
1、計量數的變化與反應熱數值的變化要對應
2、反應方向發(fā)生改變反應熱的符號也要改變
反應熱計算的常見題型：
1、化學反應中物質的量的變化與反應能量變化的定量計算。
2、理論推算反應熱：
依據：物質變化決定能量變化
(1)蓋斯定律 設計合理路徑
路徑1總能量變化等于路徑2總能量變化 (2)通過已知熱化學方程式的相加，得出新的熱化學方程式：
物質的疊加，反應熱的疊加
小結：
a： 若某化學反應從始態(tài)(S)到終態(tài)(L)其反應熱為H，而從終態(tài)(L)到始態(tài)(S)的反應熱為H ’，這兩者和為0。
即H+ H ’ = 0
b：若某一化學反應可分為多步進行，則其總反應熱為各步反應的反應熱之和。
即H= H1+ H2+ H3+……
關鍵詞:化學反應工程;教學改革;教材;實施方案
《化學反應工程》課程是化工類及相關專業(yè)的核心課程之一，屬于本專業(yè)重要的專業(yè)基礎課和必修課，在化工類學生的培養(yǎng)過程中起著舉足輕重的作用。化學反應工程是一門研究與化學反應工程相關問題的一門科學技術，是從上世紀30年代初萌生到50年代末形成的一門由過程控制、傳遞工程、物理化學、化工熱力學、化工工藝學、催化劑等相關學科互相交叉互相滲透而演變成的一門邊緣學科［1］。通過近幾年的教學經驗和調查研究發(fā)現，學生普遍認為化學反應工程是大學課程中最難學的基礎課程之一，學習過程中發(fā)現理論計算公式復雜，反應器種類繁多，課程學習結束后感到一頭霧水，抓不住重點。因此，面對這樣一門課程，如何進行教學，讓學生理解起來更加形象生動，從更本上改變化學反應工程的教學現狀是我們目前的重要任務。本文結合不同種類高等學校選用教材的特點和差異，并根據我?；I(yè)的特色，提出了《化學反應工程》課程教學的側重點，從多方面對本課程的教學提出了改革實施方案。
1《化學反應工程》教學在化工專業(yè)中的作用
化學反應工程的主要任務是研究化工生產過程中反應器內的反應規(guī)律和傳遞現象，使化學反應實現工業(yè)化生產的一門技術科學，是提高化工生產技術所必需的科學技術理論。化學反應工程在化學化工領域中起著舉足輕重的作用，目前各種化學品的生產和應用無不借助于化學反應工程相關的理論知識。在20世紀40年代，一個化學反應過程的技術開發(fā)到真正的工業(yè)生產大概需要十年以上的時間，而現在只需要三到五年。此外，隨著計算機技術的快速發(fā)展，中試試驗的規(guī)模不斷縮小，試驗的次數也不斷減少，大大加快了化工廠建設的步伐，降低了投資建設的成本［2］。因此，作為一門理論教學課程，將化學反應工程這門課程作為化工專業(yè)方向的重點課程進行建設，對于高等學校教學改革的促進、本科教學質量的提高、優(yōu)秀化工專業(yè)人才的培養(yǎng)具有十分重要的意義。濟南大學作為一所省部共建的大學，化學工程與工藝專業(yè)一直是本學校的特色學科，學校對化工類學生的培養(yǎng)目標一直是培養(yǎng)應用型高技術的人才，每年為我國的精細化工和石油化工行業(yè)輸送大約240名高水平人才，對精細化工和石油化工行業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。為此在化學反應工程教學過程中，我們緊密結合我校的特點和化工實際生產的需要，著重提升學生的反應工程知識儲備，培養(yǎng)學生分析解決實際工程問題的能力，并在教學過程中不斷地進行教學改革和實踐，把課程、教材的理論研究和教學方法相結合，不斷提升《化學反應工程》的教學效果。
2不同類型高校選用教材的特點和差異
直到20世紀70年代，化學反應工程的相關研究成果才開始被大量地介紹到國內，其中華東理工大學的陳敏恒教授，天津大學的李紹芬教授，浙江大學的陳甘棠教授，四川大學的王建華教授等是國內最早從事反應工程教學的學者。到了80年代以后，國內從事化學反應工程學科教學研究的隊伍迅速壯大，并且化學反應工程的研究逐漸滲透到各種化工領域，與世界研究水平之間的差距也不斷縮小，不同版本的教科書和各種各樣的專著也相繼出版。反應工程已經成為我國化工類專業(yè)學生的一門非常重要的專業(yè)課程。目前國內已有120所大學和科研單位培養(yǎng)化工類相關專業(yè)的人才，例如清華大學、天津大學、華東理工大學、北京化工大學、中國石油大學、南京工業(yè)大學、浙江大學、大連理工大學、四川大學、華南理工大學和濟南大學等。目前化學反應工程學科正在蓬勃發(fā)展，由于國內高校地區(qū)和專業(yè)特色的不同，不同高校在化學反應工程教材選擇上也存在差異，各有各的特點。作者就不同高校所使用的《化學反應工程》教材進行了匯總和分析。首先介紹一下陳甘棠教授主編的《化學反應工程》(第三版)，這本教材是國內許多化工類高校選用的主要教材之一，隨著我國在化學反應工程這一重要學科的教育方面日漸普及，該部教材自1981年第一版問世以來，已經出版到了第三版，受到廣大化工類專業(yè)師生的好評［3］。該部教材的特點是著重基礎，本書共分為十章，分別介紹了均相反應過程，包括均相反應動力學基礎、均相反應器、非理想流動:非均相反應過程，包括氣—固相催化反應過程、非催化兩流體相反應過程、固定床反應器、流化床反應器;聚合反應過程，包括聚合過程的化學與動力學基礎;生化反應過程，包括生化動力學基礎、生化反應器。該部教材注重反應工程研究方法的介紹，在不同的章節(jié)內容中論述了反應工程學的發(fā)展方向，有助于讀者進一步深入研究。朱炳辰老師主編的《化學反應工程》也受到國內很多工科類高校化工專業(yè)老師和學生的青睞。本部教材的第一版是由化學工業(yè)出版社于1993年出版，截至目前本部教材已經出版到第四版，其中第三版累計發(fā)行量高達32000冊?！痘瘜W反應工程》第四版主要吸收了一些關于現代化學反應工程發(fā)展方向方面的知識，本部教材的主線是圍繞化學反應與動量、質量、熱量傳遞交互作用的共性歸納綜合的宏觀反應過程，以及如何解決反應裝置的工程分析和設計。該書對近年來出現的化學反應新概念、新理論和新方法做了大量闡述。另外，對于國內一些偏工科的化工類高等院校，選用的教材大多數以郭鍇老師主編的《化學反應工程》為主，本部教材的主要內容包括:均相單一反應動力學和理想反應器、復合反應和反應器選型、非理想流動反應器、氣固相催化反應本征動力學、氣固相催化反應宏觀動力學、氣固相催化反應固定床反應器、氣固相催化反應流化床反應器、氣液相反應過程與反應器、反應器的熱穩(wěn)定性和參數靈敏性。本部教材的特點是主要突出了該門課程的重點和難點，刪除了一些與教學大綱聯(lián)系不是十分密切相關的內容，并著重講解解決化學工程問題的基本方法。除此之外，羅康碧老師主編的《化學反應工程》教材結合了理科和工科的綜合優(yōu)勢，吸收了國內外相關教材的許多內容和好的經驗，增添了一些反應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，將重點放在化工專業(yè)領域內共性的基本問題上，并且同時體現了其教學性。本部教材先重點闡述基本概念和基本原理，然后結合實際生產，詳細論述各種常用反應器的設計方法，并列出詳細的例題和課后習題，用于幫助學生利用所學到的反應工程原理去分析和解決實際應用問題。近年來，梁斌等老師主編的《化學反應工程》第二版也受到國內許多化工類高校老師和學生的歡迎。在本部教材中，主要內容是以《化學反應工程》、《反應器理論分析》及國內外相關優(yōu)秀教材為基礎，致力于培養(yǎng)學生的分析問題能力和提高學生的工程實際知識儲備，減少了教材內容在模型分析上的過程描述，加強學生在建立模型方面的訓練。另外，本部教材還增加了工業(yè)應用背景的實例分析和課后習題，在分析解答這些習題的過程中讓學生充分掌握反應工程的基本原理和相關知識，使教學內容盡量與科學研究和工程實踐同步。
3我校化工專業(yè)的特點和教學側重點
濟南大學的化學工程與工藝專業(yè)屬于理論性和應用性兼顧的一門特色化工學科，本專業(yè)始建于1992年，前身為山東建材學院精細化工專業(yè)，1993年招生，是濟南大學重點學科的重要組成部分，2007年被學校授予校級特色專業(yè)，2012年成為山東省品牌(特色)專業(yè)，現為山東省氟化學化工材料重點實驗室依托專業(yè)之一。其中化學反應工程這門課是本專業(yè)重要的專業(yè)基礎課和必修課，另外，化學反應工程課程的理論教學是本專業(yè)本科教學的重要組成部分，起著理論指導和基礎知識培養(yǎng)的作用。另外，從學校每年安排的工程實習學時就可以看出，學校對學生的動手能力和實踐能力提出了更高的要求。例如學校每年組織化學工程與工藝專業(yè)大三學生去山東金城醫(yī)藥化工有限公司進行生產實習，主要參觀和學習2－甲氧羰基甲氧亞胺基－4－氯－3－氧代丁酸生產車間的反應器設計和工藝裝置流程圖。通過調研每年的學生生產實習效果發(fā)現:學生在學習完實際工業(yè)生產裝置后，對課本上的基本概念和原理理解的更加透徹。根據我?；I(yè)的特點，在《化學反應工程》的課程教學上，我們選擇的教材是郭鍇老師主編的《化學反應工程》第二版。在課堂教學過程中我們的教學目標為:通過對反應工程理論的學習，能夠運用化學反應工程的理論方法建立數學模型，優(yōu)化設計反應器、或者改善化學反應場所、改進現有的化工生產工藝;進一步提高學生的理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)學生判斷和解決問題的能力，使學生學會研究的方法，為進入研究生學習打下良好的基礎;掌握由化學動力學特性建立動力學方程、建立數學模型、優(yōu)化和設計反應器及改進化工工藝的理論;運用化學反應工程的知識，能夠進行基本化工反應裝置反應器的設計。
4擬采用或已經實施的教學方法
化學反應工程具有跨接多種學科的特點，結合本?；瘜W工程與工藝專業(yè)的特色和優(yōu)勢，筆者從以下方面進行了教學方法的改進。(1)結合我校特點濟南大學在醫(yī)藥中間體工業(yè)化生產、氟化學材料合成、精細化學品制備和環(huán)境催化方向具有鮮明的特色和優(yōu)勢，已經發(fā)展成為以新產品開發(fā)、新工藝設計、新技術應用為特色的精細化工和化工領域高級人才培養(yǎng)、科學研究和新技術開發(fā)的重要基地之一，并多次獲得國家科技進步獎和發(fā)明獎。因此，在本科教學過程中，要結合我?；I(yè)的特色，著重講解氣固相催化反應和氣液相反應過程，并要求學生能夠運用化學反應工程的知識進行基本化工反應裝置或反應器的設計，進一步提高學生的理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)學生判斷和解決問題的能力，為社會培養(yǎng)優(yōu)秀的化學化工(醫(yī)藥中間體、氟化學材料和精細化學品)相關人才。(2)闡述方法和教學方式的改進目前全國高等學校的教學方式還是以灌輸式教學為主，老師主動講，學生盲目聽，導致課堂利用率低，學生學習效率不高。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，多媒體技術在高校已經普遍使用，雖然這樣可以改善課堂教學方式，豐富課堂教學內容，提高學生的學習興趣，但是多媒體技術的使用導致每節(jié)課的授課內容大大增加，學生并不能高效率的吸收每節(jié)課中所有的知識點，導致在學期末時學生對這門課的了解程度并不高［4］。例如，我在第一次講授《化學反應工程》這門課程時，由于講課經驗和技巧都很欠缺，所以在整個課堂教學過程中完全按照多媒體上的內容進行閱讀，這樣生硬的填鴨式的教學模式，導致整個課堂教學效果很差。因此這樣的灌輸式教學模式會導致學生盲目聽從，其自主性和能動性大大缺失，所以在以后的教學過程中，我們要“授之以漁”，而非“授之以魚”，這需要我們在教學方式上加以引導［5］。筆者認為改變這種填鴨式的教學模式，主要的突破口就是讓學生參與到課堂教學過程中，充分調動學生的積極性并培養(yǎng)學生對本門課的學習興趣。針對這一措施，筆者在教學過程中進行了一些探索和改進，取得了很好的效果。具體探索過程如下:在闡述一些基本概念和原理的時候，可以在課前讓學生充分的查閱資料，然后在課堂上讓學生進行講解，在這過程中并進行充分討論，最后老師做總結，并糾正學生的錯誤觀點。這種“查閱資料－主題討論－問題反饋”的教學模式，能夠讓學生參與到課堂教學過程中，讓學生做課堂真正的主人，提高學生的主觀能動性，改變填鴨式教學的不足。(3)注重理論和實際的結合在高校的課堂教學過程中，教科書是一種不可或缺的教學工具，但也不能作為唯一的使用工具，教科書在本科教學過程中只能作為一種輔助的工具。這樣就要求老師在教學過程中要靈活應用教材，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上，注重理論和實際相結合。在每一章的講述過程中，把每一個知識點都與實際工業(yè)應用相互關聯(lián)，并闡明其主要的熱量傳遞、動量傳遞、質量傳遞及化學反應在實際過程中是如何應用的，以加深學生對每一個知識點的理解。另外，還要注意結合科研成果，對學科前沿知識進行講解，讓學生了解目前化學反應工程的研究動向，例如在講解氣固相催化反應本征動力學時，可以引入最新發(fā)表的經典文獻，通過對文獻的講解，加深學生對氣固相反應本征動力學的理解，知道如何來研究一個催化劑的本征反應活性。通過這種理論與實際相結合的方法，可以大大提高學生在課堂上的學習效率。在對《化學反應工程》課程教學方法不斷改進后，獲得了良好的課堂效果，這不僅對教師的教學能力是一種轉變和提高，對化工類學生思維和能力的培養(yǎng)也具有重要的意義。
參考文獻
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化學反應工程是一門涉及物理化學、化工傳遞過程、化工熱力學、化學動力學、以及生產工藝、環(huán)境保護、經濟學等知識領域的課程，是一門綜合性很強的工程學科。主要研究工業(yè)規(guī)縷化學反應器中化學反應過程與反應物系質量、熱量、動量傳遞過程即“三傳一反”同時進行的物理變化與化學變化的基本規(guī)律。在此基礎上，探求反應器設計包括裝置的型式結構設計、操作條件(參數)的選定及控制、技術經濟效果的評價及優(yōu)化等的基本原理和基本方法。其核心就是對反應裝置中的操作過程進行定量的工程學解析。
對所研究的化學反應，以簡化的或近似的數學表達式來表述反應速率和選擇率與溫度和濃度等的關系。這本來是物理化學的研究領域，但是化學反應工程工作者由于工業(yè)實踐的需要，在這方面也進行了大量的工作。不同之處是，化學反應工程工作者著重于建立反應速率的定量關系式，而且更多地依賴于實驗測定和數據關聯(lián)。多年來，已發(fā)展了一整套動力學實驗研究方法，其中包括各種實驗用反應器的使用、實驗數據的統(tǒng)計處理方法和實驗規(guī)劃方法等。
對各類常用的反應器內的流動、傳熱和傳質等過程進行理論和實驗研究，并力求以數學式予以表達。由于傳遞過程只是物理的,所以研究時可以避免化學反應,用廉價的模擬物系（如空氣、水、砂子等）代替實際反應物系進行實驗。這種實驗常稱為冷態(tài)模擬實驗，簡稱冷模實驗。傳遞過程的規(guī)律可能因設備尺寸而異，冷模實驗所采用的設備應是一系列不同尺寸的裝置；為可靠起見，所用設備甚至還包括與工業(yè)規(guī)模相仿的大型實驗裝置。各類反應器內的傳遞過程大都比較復雜，有待更深入地去研究。
對一個特定反應器內進行的特定的化學反應過程，在其反應動力學模型和反應器傳遞模型都已確定的條件下，將這些數學模型與物料衡算、熱量衡算等方程聯(lián)立求解，就可以預測反應結果和反應器操作性能。由于實際工業(yè)反應過程的復雜性，至今尚不能對所有工業(yè)反應過程都建立可供實用的反應動力學模型和反應器傳遞模型。因此，進行化學反應工程的理論研究時，概括性地提出若干個典型的傳遞過程。例如：伴隨著流動發(fā)生的各種不同的混合，如返混、微觀混合、滴際混合等；反應過程中的傳質和傳熱，包括反應相外傳質和傳熱（傳質和反應相繼發(fā)生）和反應相內傳質和傳熱(反應和傳質同時進行)。然后，對各個典型傳遞過程逐個地進行研究，忽略其他因素，單獨地考察其對不同類型反應結果的影響。例如，對反應相外的傳質，理論研究得出其判據為達姆科勒數Dα，并已導出當Dα取不同值時外部傳質對反應結果的影響程度。同樣，對反應相內的傳質，也得出了相應的判據西勒模數。這些理論研究成果構成了本學科內容的重要組成部分。這些成果一般并不一定能夠直接用于反應器的設計，但是對于分析判斷卻有重要的指導意義。
由于在已選定的工業(yè)反應器中進行的宏觀化學反應過程，就是具有一定化學動力學特性的反應物系進入具有一定流動和傳遞特性的工業(yè)裝置中進行演變、達到人們期預的狀之后離開反應器的全過程，整個過程涉及到多種影響參數及各參數之問相互作用的復雜關系。使宏觀過程控制到期預狀態(tài)，達到工程技術目的，實現技術經濟目標，必須搞清上述諸多因素或參數對宏觀過程、狀態(tài)及生產(設計)目標的影響規(guī)律、調控的可能性及程度、技術經濟效果等。在研究或處理方法上，就是在實驗(實踐)的基礎上，用數學模擬的方法即根據反應的動力學特性和該物系在該反應器中的傳遞特性及流動特性，抓住影響宏觀過程的主要矛盾和矛盾的主要方面。恰當地簡化處理那些影響不大的次要因素，建立物系的動態(tài)物理模型。再對物理模型進行數學描述—建立宏觀過程的數學模型，進而根據特定的初始條件、邊界條件對數學模型求解，確定有關設計參數以及模擬放大，實踐檢驗，修正完善。顯然，該模型就是化學動力學模型、流動模型、傳遞模型以及相關的參數計算模型的綜合。所以建模及解析無疑是各類反應器設計的中心。
學習的過程要與實際工程聯(lián)系起來
例如在返混這一概念的學習中，例如，針對丁二烯氯化制二氯丁烯的開發(fā)，根據化學反應工程理論指導認識反應特征，溫度效應要求反應器內不出現低溫區(qū)，否則造成反應選擇性差，為使反應器內不出現低溫區(qū)，最直接的方法是將兩種物料各自預熱，然后進入反應器。但是丁二烯容易在預熱器中發(fā)生自聚，造成換熱面的污染，使換熱器不能長期運轉。因此，從工程的角度，不宜采用用原料預熱的方式，可利用返混使進入反應器的冷料與反應器中的熱料迅速混合，使冷料可以立刻提高溫度。正如全混流反應器中提到，充分的返混將使反應器內的各處溫度和濃度均勻，并等于反應器的出口濃度好溫度。
工程分析方法是將化學反應工程中諸如返混，傳質，傳熱等物理因素對反應結果的影響，進行分解處理，而后進行工程分析。工業(yè)反應器中的化學反應可以分解為物理過程和化學過程。在化學反應過程中，影響反應結果的因素可分為二類：一是與設備大小無關的反應動力學因素，即化學因素，這是過程的個性。每個反應各不相同。二是與設備大小密切相關的傳遞過程因素，即工程因素，這是過程的共性，同類反應器的傳遞特性是相同的。不因進行的反應過程而變化。但與反應器大小密切相關。而從本質上看，工程因素對反應結果的影響，是通過流體流動，傳質和傳熱等物理過程。改變了反應場所的濃度和溫度分布，再通過反應動力學的特征間接地影響了反應結果。
反應工程思維方法揭示了上述決策變量對反應結果的影響。實質上是有關工程因素對反應場所溫度和濃度的影響，而反應場所的溫度和濃度是通過化學反應的溫度效應與濃度效應對反應速率，反應選擇性產生影響，進而改變了反應結果。因此，我們在教學過程中突出強調反應工程理論思維法運用，強調從分析工程因素的本質入手，針對反應動力學特征來判別工程因素對反應結果的影響，培養(yǎng)采用工程分析法來分析和解決工程問題的能力。只有把握了工程因素本質及反應特征，分析了工程因素對反應結果的影響程度，才能使從反應過程設計和操作上提出優(yōu)化的工程措施，解決工程問題。
返混這一工程因素，已經知道返混造成了反應器內濃度的變化，使反應物的濃度降低了，那么對反應結果有何影響呢?對這個問題，我們不能簡單地下結論，而要根據反應過程的特征，具體問題具體分析。例如，對串聯(lián)反應而言，濃度降低總是造成反應選擇性的下降，故這一工程因素的影響總是不利的：而對平行反應而言，根據反應選擇性的動力學特征，主反應級數低于副反應級數時，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，對于顆粒催化劑內部傳遞過程而言，由于傳質阻力的存在，使催化劑內部的反應物濃度從外往里呈逐漸降低的態(tài)勢，而產物濃度的變化則相反。盡管內部傳遞過程與返混是兩個截然不同的工程因素，但只要深入分析，從本質上看，內擴散同樣是改變了反應場所的濃度，使反應物濃度降低了，這恰好與返混的結果一樣，可以預見，內部傳遞過程對反應結果的影響，也必然與返混的影響一樣。工業(yè)反應過程中，影響反應結果的工程因素有返混、予混合、傳質和傳熱等，取決于反應器型式、操作方式、操作條件等決策變量。反應工程思維方法揭示了上述決策變量對反應結果的影響，實質上是有關工程因素對反應場所溫度和濃度的影響，而反應場所的溫度和濃度是通過化學反應的溫度效應與濃度效應對反應速率、反應選擇性產生影響，進而改變了反應結果。
化學工業(yè)生產過程包括進行物理變化和化學反應的過程?；瘜W反應過程是生產的關鍵。在工業(yè)規(guī)模的化學反應器中，化學反應過程與質量、熱量及動量傳遞過程同時進行。這種化學反應與物理變化過程的綜合，稱為宏觀反應過程。研究宏觀反應過程的動力學稱為宏觀反應動力學。宏觀動力學與本征動力學不同之處在于：除了研究化學反應本身以外，還要考慮到質量、熱量、動量傳遞過程對化學反應的交聯(lián)作用及相互影響。進行宏觀反應動力學分析，應注意按相的類別、溫度條件和操作方法來分類，多相反應，或稱為非均相反應，涉及反應物及生成物在相際的質量傳遞。變溫反應涉及反應物系的相際及與外界的熱量傳遞；而流體的流動特征對質量傳遞和熱量傳遞有著重大的影響。以宏現動力學為基礎，還要進一步對工業(yè)反應裝置的結構設計墁最佳操作條件的確定控制、放大、優(yōu)化等進行研究，以期應用于生產實踐時獲得良好的技術經濟效果
由于化學反應工程涉及多種影響參數及參數之問相互作用的復雜關系，例如化學反應與傳質、傳熱過程的相互交織，連續(xù)流動反應器中流體流動狀況影響到同一截面反應物的轉化率和選擇率的不均勻性，化學反應速率與溫度的非線性關系等，傳統(tǒng)的因次分析和相似方法已不能反映化學反應。工程的基本規(guī)律，而必須用數學方法來描述工業(yè)反應器中各參數之間的關系，這種數學表達式稱為數學模型。有了數學模型，才可能用數學方法來模擬反應過程，這種模擬方法成為數學模擬方法。用數學模擬方法來研究化學反應工程，比傳統(tǒng)的經驗方法能更好地反映其本質。數學模擬方法的基礎是數學模型，數學模型的基礎是對多種影響過程特性的分析，又稱為物理模型。數學模型處理問題的性質可分為化學動力學模型、流動模型、傳遞模型、宏觀動力學模型。工業(yè)反應器中宏觀動力學模型是化學動力學模型流動模型及傳遞模型的綜臺，是本書所要討論的核心內容。氣—固相催化反應和流—固相非催化反應著重討論單顆粒固相粒內和相際的宏觀反應動力學，氣—波相反應則著重討論液相內的化學反應，其宏觀動力學模型是化學動力學模型與傳遞過程模型的綜合，若討論的是整個反應器。宏觀動力學模型還包括l旎動模型在內數學模型的建立是通過實驗研究得到的對于客觀事物規(guī)律性的認識并且在一定條件下進行臺理簡化的工作。不同的條件下其簡化內容是不相同的。各種簡化模型是否失真，要通過同規(guī)模的科學實驗和生產實踐去檢驗和考核，并對原有的模型進行修正，使之更為合理。物理化學中的理想氣體定律，化工單元操作中吸收過程的雙膜論，都是在一定條件下建立的行之有效的合理的簡化模型各種工業(yè)反應過程的實際情況是復雜的，尤其是流動反應器內流體和固體的運動狀況和多孔固相催化劑及固相反應物內的宏觀反應過程，一方面由于對過程還不能全部地觀測和了解；另一方面由于數學知識和計算手段的限制，用數學模型來完整地、定量地反映事物全貌目前還不能實現。因此，將宏觀反應過程的規(guī)律進行去粗取精的加工，根據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程合理簡化，是十分必要的。簡化是數學模擬方法的重要環(huán)節(jié)臺理地簡化模型要達到以下要求：(1)不失真；(2)能滿足應用的要求：(3)能適應實驗條件，以便進行模型鑒別和參數估值；(4)能適應現有計算機的能力。
關鍵詞：初中化學教材；化學反應；內容體系；編寫思路；實驗設計
文章編號：1005–6629（2013）12–0011–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
社會發(fā)展與化學息息相關，人類生產生活離不開化學反應?；瘜W反應是化學研究的主要內容，也是教材編寫的核心內容。本文將從內容體系、編寫思路、實驗設計3個方面對德國萊茵蘭-普法爾茨州的化學啟蒙教材《今日化學》（Chemie Heute-sekundarbereichⅠ）[1]與我國現行人教版、滬教版、魯教版初中化學教材中“化學反應”的編寫進行比較，以期對該內容的教材編寫形成深入思考和改進建議。
1 內容體系比較
教育部《義務教育化學課程標準》（2011年版）提出，初中化學教材中有關化學反應的內容應包括化學反應的類型、化學反應中的能量變化、化學反應的表示方法和質量守恒定律等方面的內容。由于涉及化學反應的內容較多，不同教材處理方法各有差異，筆者從質量關系、表示方法、能量轉變、有關計算、化學發(fā)展史等5個方面對4種教材中有關“化學反應”的內容進行整理比較，見表1。
由表1可以看出，教材內容的廣度不同。中德教材均從化學反應中的質量關系、表示方法、有關計算等方面講述有關化學反應的基本知識。通過這些內容的學習，學生能夠知道所有化學反應過程都遵循質量守恒定律，學會化學方程式的書寫要領和注意事項，掌握利用化學方程式進行簡單計算的步驟和方法。德國教材還增加了化學反應過程中的能量轉變和能量守恒規(guī)律出現了活化能、能級圖等內容，力求讓學生更加全面地了解化學反應發(fā)生的過程，了解化學反應的本質。國內教材中化學能、熱能、電能等能量轉變的內容分散在其他章節(jié)進行了簡單的介紹。同時，國內教材還增加了化學發(fā)展史的介紹，這樣不僅能加深學生對基礎知識的理解和掌握，還能培養(yǎng)他們探究化學真理的意識，幫助他們樹立探究化學奧秘的信心和決心。
教材內容的難度不同。國內教材主要突出了啟蒙教材的基礎性，選擇的都是與化學反應關系密切的基本知識，難度相對較小，編排較為集中。而德國教材除了包含基本知識以外，還涉及有關活化能和能級圖的內容，要求書寫化學方程式時還要標注物質的聚集狀態(tài)和反應過程的吸放熱。很顯然，這些內容的學習對于剛接觸化學反應的學生而言確實存在較大的困難。但德國教材善用類比、模型方法幫助學生理解抽象的化學知識。以活化能為例，教材中的相關內容為：一個網球掉在屋頂邊收集雨水的水槽里了，要使網球落在地面上，必須先將它提升，使其越過槽的邊沿，這樣網球到了一個能量高的狀態(tài)，然后落到地上。放熱反應也是這樣進行的，先要輸入啟動反應所需要的能量，使參與反應的物質處于活化狀態(tài)，只有反應物粒子互相碰撞時，化學反應才能進行。
2 編寫思路比較
教材是教師教學和學生學習的主要材料，是課程體系和課程實施的重要組成部分。不同的教材內容的組織方式不盡相同。圖1、圖2、圖3、圖4分別為德國教材和滬教版、人教版、魯教版教材中有關“化學反應”的編寫思路。
從四本教材章節(jié)的宏觀結構來看有關“化學反應”的內容編排，可以發(fā)現我國教材中有關“化學反應”的內容都是安排在原子、分子、元素符號和化學式學習之后。德國教材中原子、分子、元素符號和化學式等內容則放在教材的較靠后章節(jié)（第7單元），“化學反應”主要出現在它們之前，而且有關“化學反應”的內容是分散編排，分階段構建的。德國教材開篇即引入粒子模型思想介紹物質及其性質，幫助學生建立微觀思想，此時主要借助文字表達式講述化學反應的質量關系、表示方法和能量轉變等內容；在第7單元學習元素符號和化學式之后再介紹書寫化學方程式的步驟和注意事項，以及有關計算，從微觀角度分析質量守恒定律的原理。顯然，這種宏觀結構充分體現了“宏觀描述——微觀探討、符號表述”的編寫思路。
深入分析有關“化學反應”的章節(jié)，可以看到我國教材主要按照“化學反應”中的質量關系、表示方法、有關計算的順序編寫，有關化學發(fā)展史的內容穿插其中。而德國教材則按照化學反應的文字表達式、質量關系、能量轉變、化學方程式、有關計算的順序編寫?？梢哉f，我國教材中有關化學反應的學習內容關聯(lián)較為清晰、簡單；而德國教材中引入“能量轉變”的相關內容之后，與“質量關系”共同構成了認識化學反應的兩個方面；同時，“文字表述”——“本質認識”——“符號表述”的先后順序也適應了學生對化學反應從“現象”到“本質”的認識過程。
3 實驗設計比較
實驗是化學學科的重要特色，可以激發(fā)學生學習化學的興趣。在有關化學反應的教材內容設計過程中，尤其應該關注實驗，充分發(fā)揮實驗的認識功能。中德4本教材中“化學反應”部分的實驗設計特點鮮明。
實驗活動的重視程度不同。通過實驗活動的數量統(tǒng)計，可以看到，德國教材中涉及實驗活動達13個，而我國三本教材的實驗活動分別僅為4、5和4個。顯然，從實驗數量上，兩個國家的教材在關注度上呈現了差異。
實驗類型不同。德國教材除了隨堂實驗以外，還較為關注家庭實驗，設計了泡騰片的溶解、制備起泡粉、煎餅的烤制、火柴的研究等4個家庭實驗，這些實驗取材容易，操作簡單，既能鞏固所學知識，又能增強化學與生活的聯(lián)系，形成我們身邊處處皆有化學的觀念，還能增強學生的生活技能，提高他們的生存能力。而國內教材中僅有隨堂實驗，表明我國教材的實驗設計關注點仍主要在基礎性和典型性上，很少考慮到實驗活動的延伸和拓展。
思維要求不同。德國教材設計的實驗均為對確定結果進行驗證、解釋的實驗，每項實驗都提供了具體的實驗材料、明確的實驗步驟和相應的實驗作業(yè)，學生的思維訓練主要體現在實驗過程中和實驗結束后兩個階段，沒有要求學生進行實驗方案的設計，但其實驗作業(yè)的設計彌補了此類實驗的不足。實驗作業(yè)除指導實驗過程、復習鞏固知識外，更有知識的延伸，思維的拓展。如：加熱碳酸銅化合物的隨堂實驗。
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)光火焰仔細加熱試管。
作業(yè)：
a.記下你的觀察結果。
b.推測氣態(tài)的反應產物是什么。
c.設計一個實驗來證實你的猜想。
d.說明是不是有反應作用。
國內教材設計的實驗從程式上看既有驗證性實驗，也有探究性實驗。探究性實驗中，學生的思維主要體現在實驗前和實驗過程中兩個階段，然后教材中直接給出一些通過探究性實驗得出的重要結論。如：為了得出質量守恒定律，滬教版教材完全按照科學探究的程序設計實驗，魯教版教材要求學生根據提供的藥品和器材設計實驗。探究性實驗的設計是新課標教材的重要特點，是新一輪課程改革的重要成果，我們期待國內教材設計出更多情境真實、過程科學的探究性實驗。但是，在初中化學啟蒙教學階段，學生僅有極少量學科知識的情況下，是否能設計出真正的跟實際生產生活聯(lián)系更加緊密的開放性的探究實驗，探究性實驗是否應當有多樣化的結論？并且是否能讓學生在多種不同結論中繼續(xù)深入發(fā)現問題、解決問題？這些都需要在比較分析中，重新審慎思考和判斷。
4 結論與思考
從中德化學啟蒙教材中“化學反應”編排的比較分析可以看出，兩者在知識的廣度和編排上有很大不同。我國教材初看似乎更加注重知識的基礎性和簡單關聯(lián)，但相對弱化知識的完整性和深刻聯(lián)系。在實驗的設計方面，德國教材較為重視實驗活動，關注家庭實驗設計，能有效拓寬學生學習的時間和空間，實驗作業(yè)的設計，能有效延伸學生實驗的邊界，引導學生把握問題的實質，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。我國教材實驗活動相對較少，實驗活動多為隨堂實驗，基本不涉及家庭實驗，并且嘗試出現了探究性實驗。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，諸如內容選擇的基礎性和完整性之間如何平衡，內容編排的簡單、清晰與呈現知識的本質關聯(lián)之間如何把握；實驗活動設計在追求簡單、易行的同時，是否能適當考慮擴大學生的活動空間，借鑒實驗作業(yè)的設計思想，審慎把握探究實驗的設計及教學等方面，都值得進一步探討。
致謝：感謝南京大學胡宏紋院士對德國初中化學教材的譯介。
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關鍵詞：質量守恒定律；實驗探究；問題線索
文章編號：1008-0546（2012）12-0002-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.001
一、“質量守恒定律”及其教學價值
“質量守恒定律”是人教版初中化學教科書中第五單元“化學方程式”課題1的教學內容，旨在幫助學生認識化學反應中的質量關系——質量守恒定律，認識定量研究在化學發(fā)展中的重大作用，并為學習書寫化學方程式和依據化學方程式進行計算打下基礎。
在歷史上，羅蒙諾索夫和拉瓦錫先后通過大量的實驗研究分別發(fā)現了化學反應過程中質量守恒這一規(guī)律性，并分別在1756年和1789年以普遍命題的形式把質量守恒定律清晰表述出來[1]。質量守恒定律是化學學科中非常重要的基本理論之一，它的發(fā)現為化學理論和實踐的發(fā)展開辟了新的道路。為了發(fā)展學生對質量守恒定律的認識，教科書是以實驗探究活動的形式來開展的，讓學生能夠通過實驗探究來體驗化學家發(fā)現規(guī)律的過程，認識化學反應體系中物質之間的內在規(guī)律，掌握探究規(guī)律性知識的科學方法。
質量守恒定律是從定量角度對化學反應本質的認識，而要發(fā)展學生的這種認識就必須引入一種嚴密的化學實驗方法——定量分析。為了能夠從定量角度準確判斷化學反應前后物質的質量關系，就要使用一個稱量質量的儀器——天平進行測量，學生不再直接觀察化學反應的現象，而是通過實驗儀器來獲知化學反應的基本情況。當然，在本實驗探究中定量分析是非常簡單的，但是這些研究方法對于學生來說卻是全新的。
二、學生探究“質量守恒定律”的基礎與困難分析
在學習“質量守恒定律”之前，學生已經學習了有關化學反應的一些知識，比如有新物質的生成是化學反應的基本特征之一，化學反應的類型可分為化合反應和分解反應，化學反應中可能會產生氣體、沉淀或者顏色改變等現象，這些知識構成了學生對化學反應的初步認識，也為開展實驗探究奠定了知識基礎；在此之前，學生也學習了一些基本的實驗方法，比如天平的使用、藥品的取用、實驗觀察、結果記錄等，為實驗探究的開展奠定了方法基礎。
作為對規(guī)律性知識的探究，學生就不能單純通過研究一個化學反應來獲取實驗結論，學生必須認識到探索一個普遍規(guī)律需要考慮到化學反應的各種不同情況，要選擇有代表性的化學反應來研究它們的共性，以此得到對質量守恒定律的全面認識。這要求學生應具備較強的分析、綜合和歸納能力。
作為一個定量分析實驗，雖然操作技能和過程都非常簡單，但是它卻需要學生使用一種比較嚴密的思維方式來設計實驗方案和分析實驗結果，比如，質量守恒定律實驗探究的研究對象是一個化學反應體系，學生要能夠甄別出體系中實際參加化學反應的物質；實驗觀察的對象不再局限于化學反應本身，還要能夠通過觀察實驗儀器來獲取真實的實驗數據；獲得實驗數據之后要對數據進行處理，學生要能夠從若干零散的實驗數據中獲得對化學反應前后物質質量關系的規(guī)律性認識。這些就決定了學生不僅要能夠精確、細致的操作實驗獲得可靠的實驗結果，而且還要求學生具備較強的抽象思維能力。
但就學生的學習進度和學習狀態(tài)來看，學生雖然對實驗探究有著很大的興趣，也樂于參與探究活動，但學生的思維方式較為單純，思考問題不全面、認識問題不深入，還不具備處理復雜問題的能力。實驗探究活動對學生的要求既反映了學生的不足，同時也為學生的發(fā)展預留了空間。所以，為了滲透科學規(guī)律產生的過程與方法，彰顯學生建構知識的主體性，就必須采用有效的策略來引導學生體驗“質量守恒定律”的形成過程。
三、利用問題引導學生體驗“質量守恒定律”的形成過程
實驗探究過程是一個既動腦又動手的過程，前者尤為重要，它決定了實驗探究的品質，但動腦又是探究過程中教師最難掌控的一個方面，是引導學生進行深度探究必須面對的問題。學生的思維總是從解決問題開始的，好的問題設計可以激活學生認知結構中已有的知識和經驗，讓學生在已有基礎上主動建構知識；可以為學生開展實驗探究提供思路和線索，讓學生的思維和行為清晰、有序；可以加強師生對話，讓教師及時了解學生的探究情況，以便適時地加以啟發(fā)和引導；還可以引發(fā)學生的認知困境，激發(fā)學生的探究欲望。所以，在探究活動中可以利用問題引導學生逐步體驗知識的形成過程。
1.實驗探究中問題的設計
為了利用問題引導學生深度探究“質量守恒定律”，在設計問題時需要考慮以下幾個方面：一是問題之間要具有一定的邏輯性，特別是要結合質量守恒定律的實驗探究過程；二是問題表達要考慮到科學性和可接受性，要以學生已有知識和經驗基礎為起點，正確使用學科概念，以學生能夠理解的語言表達問題；三是教學過程中問題的提出要有一定的靈活性，能夠根據實際情況適時發(fā)問，給予學生自主思考和相互討論的時間，并充分利用追問為學生理解問題搭建腳手架。
基于上述思考，“質量守恒定律”實驗探究中問題的設計方法是，先梳理出“質量守恒定律”探究活動的必要環(huán)節(jié)，再從每個探究環(huán)節(jié)中提煉出概括性較強的問題，形成一個問題線索（見表1）。問題線索是對學科邏輯和學生認知心理的整體把握，雖然在實際教學過程中不一定要把它呈現給學生，但是教師需要依據它生成出實際的教學問題，這樣既保證了問題之間的邏輯性，同時也為具體問題的生成預留了空間。
2.實驗探究活動案例分析
實驗探究過程是一種復雜的行為表現，教師不可能事先預測出學生遇到的所有困難，預先設計問題線索是教師對學生認知過程的洞察與把握，但是在實際探究過程中問題策略的使用還應靈活多變。結合上面的問題線索，下面就以“質量守恒定律”實驗探究的案例來闡釋利用問題引導學生體驗“質量守恒定律”的形成過程。
“質量守恒定律”實驗探究的案例及分析：
環(huán)節(jié)一：提出問題
教師：（從定性的角度復習前面學過的化學反應）化學反應前后物質的質量有無變化呢？
學生：（進入思考狀態(tài)，審視前面學習的化學反應）。
設計意圖：制造認知困境，把學生的思維從對化學反應的定性認識引向定量認識。
環(huán)節(jié)二：猜想與假設
教師：反應物的總質量與生成物的總質量可能存在幾種關系？說說你的依據。
學生1：相等，沒有物質的損耗。
學生2：小于，空氣中的氧氣參加鎂條燃燒反應。
學生3：大于，比如有氣體放出。
設計意圖：把探究問題明晰化，把學生的思維引向實驗探究的核心內容，并制造學生之間的認知矛盾，引發(fā)探究欲望。
環(huán)節(jié)三：制定計劃
教師：要想知道化學反應前后物質的質量變化情況，在實驗中需要用到什么儀器？如何使用它呢？
學生：天平；先調零……（對學生出現的問題教師要及時追問引導）
設計意圖：突出天平在實驗探究中的作用，為下面的實驗操作環(huán)節(jié)進行鋪墊。
教師：你認為反應物的總質量大于生成物的總質量，那你能否根據提供的實驗用品設計實驗來驗證你的猜想呢？（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）
學生：用天平稱量鹽酸與石灰石的反應。
教師：說的細致一點，如何進行操作？
學生：先往錐形瓶中放入少量稀鹽酸，塞上橡膠塞，放在天平的左盤上；然后再取幾顆石灰石也放在左盤，一起稱取它們的質量。稱完后，其他不動，把石灰石放入錐形瓶中進行反應，觀察天平的示數，如果左盤變輕就說明質量減少。
教師：仔細思考一下，這個反應有什么特點？
學生：有二氧化碳氣體產生。
教師：二氧化碳氣體難道不是生成物嗎？
學生：哦，是。
教師：想一想你的操作是不是遺漏了什么？
學生：還要在導氣管綁上一個氣球，防止二氧化碳跑掉。
……
設計意圖：通過對三個實驗方案（鹽酸與石灰石反應、鐵釘與硫酸銅反應、二氧化碳與澄清石灰水的反應）的分析，教師步步追問讓學生理順自己的思路，在思維上形成一個清晰的、科學的實驗操作方案。
環(huán)節(jié)四、環(huán)節(jié)五：進行實驗、收集證據
教師：為了保證實驗的可靠性，在實驗操作過程中應該注意哪些問題？
學生：正確使用天平；不讓氣體泄漏……
教師：在實驗過程中你應該重點觀察什么？需要記錄哪些實驗結果？
學生：重點觀察和記錄天平的示數，記錄稱量的各物質的名稱。
……
設計意圖：把學生的思維引向具體的實踐操作，讓學生樹立科學的態(tài)度和嚴謹的實驗精神，強化學生實驗觀察的意識，培養(yǎng)學生良好的實驗習慣。
環(huán)節(jié)六：解釋與結論
教師：實驗結果能夠直接證明你的猜想嗎？為什么？
學生1：能，因為化學反應前后天平的示數不變就說明質量不變。
學生2：不能，因為天平稱量的不僅僅是反應物和產物，還有實驗儀器的質量，不能說明問題。
教師：到底誰對呢？大家再回憶一下我們探究的問題是什么？
學生：反應物的總質量與生成物的總質量有什么關系。
教師：非常好，為了避免干擾是不是需要把不相關的質量給剔除掉？
教師：請根據你的稱量記錄判斷化學反應前后各種物質的質量變化。
學生：發(fā)生變化的是部分鹽酸和石灰石反應生成了氯化鈣、水和二氧化碳；沒有發(fā)生變化的是錐形瓶、氣球、未反應的鹽酸和石灰石、鹽酸溶液中的水等。
……
教師：通過對上述三個實驗的結果進行分析你能得出什么結論？
學生：反應物的總質量等于生成物的總質量。
設計意圖：引導學生透過現象看本質，對實驗結果進行深入分析。引導學生正確識別和分析化學反應體系，從本質上探索化學反應前后物質的質量關系。通過對三個實驗結果的分析，培養(yǎng)學生的總結歸納能力，體驗規(guī)律的產生過程，同時也為引出質量守恒定律的概念做好了準備。
（注：本案例是在北京大興紅星中學楊艷偉老師課堂教學的基礎上整理而得）
四、小結
在“質量守恒定律”實驗探究活動中充分利用問題策略引導學生體驗規(guī)律性知識形成過程，有效地改善了學生的實際探究效果，特別是學生在實驗過程中具有了很強的目的性，而不再是形式上的實驗探究。當然，這些問題策略的有效性發(fā)揮還需要教師在實際教學過程中進行合理控制、靈活處理，恰當把握提問題的時機，給學生留出足夠的思考時間，對學生的反饋及時追問，直至徹底的理解問題等等。
【關鍵詞】化工工藝 工藝設計 安全危險 預防措施 分析探究
新形勢下，隨著人們在日常生產中安全防范意識的不斷提高，以及對生產工藝設計的研究不斷深入，促使人們對于化工工藝設計中存在的安全危險問題給予了越來越多的關注和重視。受化工行業(yè)本身的特殊性影響，化工行業(yè)在安全危險的問題上要求極為嚴格，需要化工企業(yè)人員在日常生產的管理和操作上，提高對安全危險的識別和控制能力。為此，本文主要從化工工藝設計涉及的一些內容和知識點加以討論，幫助化工企業(yè)人員識別和控制化工工藝設計中存在的安全危險問題?，F具體分析如下。
1 化工工藝設計的概述及特點
化工工藝設計，主要是指在設備、管道、泵閥、儀表和自動化等方面的配置，以及工藝流程的設計等。在整個化工工藝設計的過程中，為了確?；どa的安全可靠和高效運行，需要熟悉掌握化工生產的原則和精神，并在此基礎上，根據化工規(guī)范中對物品的危險程度等級的劃分，確定不同危險等級的物品的防火間距、防爆等級等，從而為我們在選用設備與儀表、操作方式、消防器材等方面提供了安全保障。
一般來說，化工工藝設計的特點主要包括設計基礎資料不完整、工藝流程獨特、工作量大以及規(guī)模大小不一等幾個方面，設計基礎資料不完整，體現在化工工藝設計的資料未經檢驗完善，數據缺乏足夠的可靠性和完整性；工藝流程獨特，主要是由于化工裝置及設備的多樣化和規(guī)格特殊化所導致；工作量大，則是從整個化工工藝設計來看的，化工企業(yè)的總體投資大、設備多、管道多，增加了化工工藝設計的工作負擔。同時，規(guī)模大小不一，則表現在測試工程數據的化工裝置規(guī)模不一。
2 化工工藝設計中安全危險問題的識別及控制
2.1 工藝物料方面
通常在化工工藝生產過程中，原料、材料、半成品和副產品，以及貯運物質都是以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)存在的，具有相應的物理、化學性質和危險危害。需要化工企業(yè)人員加強對這些危險特性的辨識、分析和評價。分別從化工工藝的各類物質的性質、穩(wěn)定性、化學反應活性，以及爆炸特性、健康危害等加以識別和控制。
2.2 工藝路線方面
一般來說，在選擇化工工藝的路線時，應該從化工物質的安全危險出發(fā)考慮，盡可能采用無害、低危險性的物料，緩和化工工藝過程的苛刻程度，可以通過采用化學反應物催化劑，稀釋或緩和各類危險物料。或是采用各種高新的化工技術、設備及工藝，取消或縮小中間貯罐，一定程度上減少危險介質的藏量。此外，通過采用污水回收、生產廢料和助劑回收等方式，對于實現化工工藝的節(jié)能降耗，有著極為重要的作用。
2.3 化學反應裝置方面
2.3.1化學反應器選型要求
化學反應器，若以進出物料的情況劃分，主要有間歇式化學反應器和連續(xù)式化學反應器兩大類。若以物料流程劃分，則可以分為單程化學反應器和循環(huán)化學反應器等兩種。若是從化學反應器的結構來看，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，構成化學反應器的裝置設備特性，以及工藝流程決定了化學反應裝置的整體特性。在化學反應器的選型過程中，應該注重工藝的適應性和安全性問題，并從化工工藝的操作和操作出發(fā)，確定型號形式。
2.3.2化學反應設備材質
考慮到工藝流體、流速、流體反應特性以及腐蝕特性等因素對化工工藝設計的影響，在化學反應設備材質的使用時，應該注重設備的耐腐蝕性、強度、可焊性以及機械加工性等方面，同時，對于可能影響化學反應溫度的雜質要加以重視，以免化學反應速度受到影響，導致化學反應的不穩(wěn)定性和一系列危險問題。此外，部分測溫測壓類的污染物甚至會起到類似催化劑的作用，進而引發(fā)不必要的化學反應，需要化工企業(yè)慎重考慮。
2.3.3化學反應條件控制
在化學反應條件控制上，為最大限度避免出現失控反應，可以通過外循環(huán)冷卻器、多段反應等方式，加強化學反應的控制。或是采取通入低溫介質的方式，幫助化學反應器降溫。也可采用向化學反應器輸入易揮發(fā)的液體的形式，利用液體揮發(fā)來吸收熱量。
2.3.4化學反應設備結構
通常情況下，為了確保化學反應裝置的安全可靠，在化學反應裝置的設備結構，尤其是高壓容器設備，不但要求具備足夠的結構強度，還需要保證設備的嚴密條件好，以免大量介質泄漏引起火災、中毒等危險問題。
2.4 管道及閥門方面
管道往往用于輸送易燃、易爆、腐蝕以及具有毒性的物料，在管道設計時，應從材料選擇、管道布置、振動以及應力分析等幾個方面綜合考慮，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、介質物化特性以及腐蝕情況等方面的要求。閥門一般用于調節(jié)介質的流通和壓力系統(tǒng)，具有切斷或接通介質、控制流通、改變流量、以防介質回流等顯著功能。在化工工藝設計中，閥門的設計必須符合安全生產及檢修。
2.5 電氣設計方面
在電氣設計中，應該在確定當地是否屬于爆炸以及火災等危險環(huán)境，并根據火災和爆炸的危險程度不同，最大限度避免電氣設備、電氣線路等因為設計不當而發(fā)生爆炸事故。
2.6 整體化工園區(qū)方面
從現階段我國化工園區(qū)的設計特點及監(jiān)管能力來看，大多存在著不同程度上的滯后現象。為此，要減少和預防化工工藝設計中的安全危險問題，化工企業(yè)可以通過設立統(tǒng)一的安全監(jiān)測和管理部門，創(chuàng)建完整性的安全生產標準，并形成以“政府為主導、社會為中介、企業(yè)一體化”的綜合管理體系，通過三方連帶責任追究機制，將安全危險有效控制在最小范圍。
參考文獻
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