论文《化学反应工程双语教学研究》-仁创编译转载

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　　[摘要]结合化学反应工程双语教学实践，以学生专业文献阅读能力和应用英语进行学术认知及交流能力的培养为目标，分别从双语教学准备和案例教学实施过程对普通本科化工类院校的双语教学工作进行了探索。总结了双语教学经验，为今后全面开展双语教学提供了宝贵经验。

　　[关键词]反应工程;双语教学;教学探索

　　国家教育部早在2001年提出的加强大学本科教学的12项措施中就要求各高校在3年内开设5%~10%的双语课程，随后又在2003年教育部“高等学校教学质量与教学改革工程纲要”中第十二条明确指出“要继续推进双语教学”[1]。不同于科研型本科院校，应用型本科院校更侧重于工程技术教育，强调培养学生的创新能力。中国历来是工程师大国，但并非工程师强国。建立起与国际接轨的工程师培养人才体系，这是国内众多工科院校的希望。近年来，国内众多高校都在积极准备，希望通过美国工程与技术鉴定委员会(ABET)认证，这是因为国际化的课程评价体系改变了以往的课程评价方式，不再侧重课程是否具有精品课程称号、是否获奖及其在国内的地位和影响力，而是从课程对专业培养目标的实现起什么作用、对学生的知识获得与能力培养达到了何种程度来评价课程教学质量，体现了以学生为本的教学宗旨，还原了专业课程设置的本意[2]。化学反应工程是以工业规模的反应过程作为研究对象，研究整个过程的速率问题及其变化规律，还有宏观动力学因素对化学反应工程的影响，以实现工业反应过程开发、设计、放大和操作的优化。通过本课程的学习，学生应牢固掌握化学反应工程最基本的原理和计算方法，运用科学思维方法，提高提出问题、分析问题和解决问题的能力。选择该门课程进行双语教学实践具有重要意义：(1)双语教学是教育国际化的重要标志之一，开展双语教学有助于学生加深专业概念的理解，提高专业学习质量，强化学生们专业英语的学习;(2)使用英语原版教材，不但可以使学生能够在更高的起点上进行专业知识的学习，学到学科前沿知识，而且有利于学校借鉴国外现代教学理念、先进的教学方法和手段，触及到新的教育思想，逐步建立和形成与国际接轨的人才培养新体系。

　　1双语教学的目的

　　1.1专业文献阅读能力培养

　　目前大四毕业生在毕业环节所做文献综述的现状是：几乎看不到引用英文文献，或者是胡乱引用，很少有同学能够进行英文文献的有效阅读。众所周知，目前比较前沿的研究基本上都是以英文发表论文为表现形式，如果大学生不具备英文文献阅读的能力，就很难做出具有创新性的研究结果。另外，随着考研的盛行，大多数同学都有进一步深造和学习的要求，而研究生更需要具备独立进行科研的能力，这就需要一定的英文文献阅读能力的支撑。如果能够在本科阶段就有意识地培养学生阅读外文文献的能力，将会极大地激发出学生的科研热情，进而做出比较突出的科研成果。这门课程正是基于这个目的，使用了美国俄勒冈大学化学工程系OctaveLevenspiel教授主编的ChemicalReactionEngineering作为教材。该书由浅入深地介绍了基础理论知识，把复杂理论的分析以图解的方式进行了直观表述，避开了复杂的反应机理分析，从实用入手，直接强调反应速率的经验表达，把理论知识与实际的反应器设计直接联系了起来。该书语言表达生活、生动，使用了大量趣味性和启发性的英语表达方式，知识背景丰富，特别适合激发学生的阅读热情。学生在潜移默化中已经受到了英文阅读环境的熏陶。

　　1.2应用英语进行学术认知及交流能力的培养

　　化工专业的学生学习英语的能力普遍比较欠缺，除了大学英语四六级的英语学习，对于专业领域的外语接触特别稀少，这对于化工专业的学生毕业之后进入企业，尤其是外企，是一个很大的障碍。但是就目前的就业形势来看，无论是个人能力的培养，还是待遇，外企都能给予毕业生比较好的机遇。而近年来，更多的企业尤其注重毕业生的综合素质。毕业生专业背景要想得到更充分的体现，必须有扎实的专业知识，还需要将这些专业知识表现出来，那么英语不失为一种优良的媒介。高校一直在培养学生专业英语能力方面有很大的缺失，《专业英语》课程更多地强调的是专业词汇的认知，没有一个系统的理论知识体系，这就造成了学生在应用方面的缺陷。《化学反应工程》作为化学工程与工艺专业学生的核心专业课程，知识体系比较完整，如果以双语教学的形式对学生进行英语使用能力的强化，将会对学生专业背景的深度体现产生非常巨大的影响。

　　2教学实施

　　2.1课前准备

　　精心备课是实施双语教学的重中之重。授课教师除了熟练掌握本课程采用的教材之外，还使用了Fogler编写的ElementsofChemicalReactionEngineering作为辅助教材。结合两本书中最精华的部分，结合国内教学现状，有选择地讲授给学生。同时，为了激发学生的学生热情，引入了大量工业开发实例。其中就包括经典的合成氨工业开发过程，引导学生从一个简单的反应方程式，如何一步步做到工业生产规模，产生巨大的经济和社会效益。还有国内非常经典的丁二烯氯化制二氯丁烯的开发实例[3]，非常生动地诠释了如何将《化学反应工程》最核心的内容返混应用到过程开发中，而且将逐级经验放大法和数学模型法等研究方法进行了充分的体现。同时，任课教师也将自己从事的科研项目与学生进行了互动，让学生有了极大的参与感，调动了学生的创新热情。另外，对于国际上化学工业发展的前沿，以及影响比较大的科研成果都会进行及时的演绎和解。国际国内化工巨头的研发进展和最新人才需求都会进行实时更新，比如杜邦、巴斯夫、陶氏化学、保洁、中石化等化工名企发生的大事、趣事、奇事，尽老师所能，都会讲给学生听。

　　2.2课堂教学

　　2.2.1教学方式采用多媒体电化教学方式，大量使用图片和视频资料，形象直观，对激发学生的学习兴趣有很大的作用。PPT展示内容全部为英文，但是鉴于我校属于普通二本学校，生源质量受限，并且大学期间通过四六级英语考试的学生占比不是很大，因此根据学生的反馈情况，及时调整授课时中英文使用的比例。另外，由于《化学反应工程》是核心专业课程，不能因为采用双语教学这种新的模式而影响学生对专业课的学习，因此，我们安排了双语班和普通班。我们安排各方面条件都好的卓越工程师班作为双语班，其他化学工程与工艺专业的班级为普通班。在安排课程进度的时候，普通班推迟一周上课，而且开课时间与双语班错开，如果上双语课的同学某一次课没有听懂，就可以通过次周普通班的跟班学习来进行补充，这样就可以最大限度地优先保证学生对这门课理论知识的掌握，不会因为在双语课没有听懂而影响后续知识点的学习。2.2.2案例教学在教学过程中，充分利用了原版教材中生动鲜活的案例，比如关于活化能的知识点，我们就使用了夏天蟋蟀鸣叫规律的例子：夏天田里的蟋蟀发出的唧唧声此起彼伏，当晚上大量的蟋蟀聚集在一起时，它们的鸣叫变得非常有节奏。1897年，一个叫A.E.Dolbear的研究者对蟋蟀的这种行为进行了观察，发现蟋蟀的鸣叫声与温度之间符合一个关系式，最后估算这些蟋蟀在60-80oF范围内的代谢活化能。这个案例很生动，一下子就调动起了学生的兴趣，不仅让学生牢牢记住了活化能这个比较难懂的概念，而且理解了它在反应中的重要性。在自催化反应中有一类反应被称为“Lotka-Volterra”反应，学生很难理解。其实，在自然界有一种现象也可以用上面的方程来描述：在草原上青草足够多的条件下，兔子(Rabbit)吃青草(Grass)并繁育出更多的兔子，而山猫(Lynx)吃兔子生出更多的山猫，最后山猫由于老去或被其他掠食者吃掉变成死山猫(Diedlynx)。这个问题可以抽象出两个微分方程，但是由于这些微分方程是非线性的，无法得到解析解，可以通过编程用Runge-Kutta法得到数值解。国外著名大学的本科生在求解此类数值问题时常采用一些专门的软件，比如：POLYMATH，MATHEMATICA，MATLAB等。通过这样的练习，加强学生使用软件的兴趣，锻炼学生解决问题的能力。还可以设计一些开放性的题目作为课后作业，比如生产可乐中的一个小问题。焦糖(caramel)是生产可乐所必需的原料。焦糖由较高粘度的玉米糖浆(cornsyrup)在高温下(154℃)经焦糖化作用制得，但是如果加热时间稍长，焦糖会进一步生成焦炭颗粒(carbonparticles)。因此，焦糖的制作可以看作是串联反应。当前在焦糖生产企业它的生产是分批次进行的：首先玉米糖浆被置于大桶中并被加热至154℃，加热的时间精确控制;达到设定时间后桶内物料被倾倒出并快速冷却;最后彻底清洗大桶并进行下一批次的生产。在此过程中物料的装卸和桶的清洗是十分耗体力的，工人的劳动强度很大。焦糖生产企业为了降低劳动强度和生产成本，希望此过程可以实现连续化操作，请提出你的设计方案。这个题目作为一个大作业布置给学生，着重锻炼了学生自己归纳问题，解决问题的能力。还使用了一些非常生活化的案例，让学生感觉到学习反应工程对日常生活也有很大的帮助。近年来，随着机动车保有量的急剧增大，为了保证交通道路安全，国家加大了饮酒驾车的检查和处罚力度。对于醉驾，甚至会受到吊销机驾驶证，依法追究刑事责任，5年内不得重新取得驾驶证的处罚。这样的处罚敲响了驾驶员的警钟，在小心谨慎之余，大家都在关心到底喝了酒多久才能开车。这个问题完全可以用反应工程的知识来解决。国内饮酒驾车判断标准是车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100mL，乙醇在血液中的吸收和消失可以用串联反应模型表示，乙醇从胃肠吸收进入血液是一级反应，以血液体积为基准的动力学常数k1=10h-1。乙醇在血液中的消失速率受酶再生过程控制，该过程可以认为是零级反应，k2=0.192g/h/L。如果你一次喝下一瓶白酒，需要等待多久才可以开车?已知：假设一瓶白酒中的乙醇含量为40g;人体血液的体积为40L。这就是一道很典型的反应工程题目，如果使用MATLAB软件，很容易就能得出血液中的酒精浓度随时间变化的关系图，从图上就能轻易看出喝酒开车所需要的时间。这个案例一下子拉近了反应工程和学生的距离，让学生更有动力去学习这门课的相关知识了。诸如此类的案例我们准备了很多，目的就是最大限度地调动学生的学习热情，这也使我们反应工程课程研究室的案例教学模式逐渐形成了体系。

　　2.3教学特色

　　2.3.1基础理论知识的拓展停留时间概念的理解一直是学生学习的难点，只有将理想反应器的知识点讲透，学生才会融会贯通，而恰恰英文教材中对理想反应器的描述非常到位，这对引入实际反应器与理想反应器的对比非常有好处，学生通过对比学习，也就更容易接受用停留时间来描述实际反应器。2.3.2强化工程背景，创新思维能力的培养双语教学注重创新思维能力的培养，比如传质过程的学习。反应动力学是整个反应工程的核心内容，而另外一个重点“传递过程”的学习却往往容易被忽略。少了传递过程学习的辅助，反应工程只能更接近于理论学习。反应工程深厚的工程背景也更是无从谈起。工程背景对于工科学生解决实际问题能力的培养尤为重要，加强传递过程的学习，可以培养学生利用工程观点解决复杂工程问题的能力。返混是反应器中重要的工程概念，它是化学反应器中十分生动，又对反应结果影响特别大的工程因素。理想流动则假定反应器内不存在返混。返混和理想流动的区别和选择，不能一概而论[4]。在教学过程中，为了更有效地让学生理解并且掌握返混的知识点，我们将理想流动的几种情况和不正常流动的几种情况与返混进行了详细、充分的对比。同时，讲解了返混的起因和结果，并且列举了如何有效利用返混(如果有利)，或改善限制返混(如果不利)的工业案例。经过这样的教学，学生不仅充分掌握了返混这个概念，而且学会了如何应用这些知识去解决工业生产中的实际问题。

　　3结语

　　通过对《化学反应工程》双语教学的探索，不仅激发了学生的学习热情，培养了学生专业文献阅读的能力和应用英语进行学术认知和交流的能力，而且对授课教师的国际视野和英语水平提出了更高的要求，真正做到了教学相长。当然，对于在教学实施过程中出现的各种问题，我们也在不断地学习、总结和改进，争取早日将这门双语课程做成全校示范课程。

　　参考文献

　　[1]刘芳，王承学.本科化学反应工程双语教学的效果分析[J].化工高等教育，2006，6：103-105.

　　[2]孙伟振，许志美，刘涛，等.化学反应工程课程教学的量化评价体系建设—国际认证背景下的教学改革与探索[J].化工高等教育，2018，6：15-18.

　　[3]陈敏恒，袁渭康.工业反应过程的开发方法[M].北京，化学工业出版社，1985.

　　[4]许志美，周兴贵，邹滢，等.化学反应工程课程建设与教学改革[J].化工高等教育，2006，1：38-42.

　　作者：尚建平 王娇娜 郝世雄 单位：四川轻化工大学化工学院 四川轻化工大学

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