化工原理实验的实践教学范文

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在精馏实验环节，我们尝试着改变教学方式。老师提供给学生指南，对于化工原理精馏实验而言，实验目的为：(1)了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。(2)学会应用酒精比重计测量酒精浓度的方法。(3)学习测定精馏塔全塔效率的实验方法。其中实验的重点和难点在于通过掌握精馏过程的基本操作，计算出精馏全塔效率。从实验原理引导学生逆向倒推实验中需要涉及到的数据。通过需要采集的实验数据逆向倒推需要进行的实验操作以及需要的药品器材等。全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，说明了塔板结构、物性系数、操作状况对塔分离能力的影响。对于塔内所需理论塔板数NT，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得。大量的研究发现，学生的认知策略与其元认知水平的发展有关。善于灵活运用多种策略去达到特定的学习目标的学生，往往具有较强的元认知能力，并善于控制冉已的学习过程。麦启奇通过实验研究同样发现，要使学生学会认知策略必须引导学生掌握元认知。而学生的元认知的发展水平受学生的冉我意识发展水平的影响和制约。因此我们对学生的认知策略的训练应考虑学生的元认知发展水平和自我意识水平发展的限制，遵循由简-单到复杂、由低级到高级的原则，精心选择认知策略，以适合不同年龄的学生，才能达到事半功倍的作用。比如在实验中，引导学生通过精馏实验的两个阶段：全回流和部分回流阶段，需要获得镏出液、釜残液、原料液的基本参数，如温度，实测酒精浓度，乙醇摩尔分数等。

首先进行全回流操作：(1)将塔釜、换热器以及贮罐内溶液转移至塑料桶内，调整其浓度为15%~20%(酒精的体积百分比，20℃)，再加入贮罐内，打开进料管路阀门，开启进料泵，将料液加入釜中，至釜容积的2/3处。(2)关闭塔身进料管路上的阀门和进料泵，启动电加热管电源，使塔釜温度缓慢上升。(3)打开塔顶冷凝器的冷却水，调节合适冷凝量，调节回流比控制器，使整塔处于全回流状态。(4)当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，获得塔顶馏出液和塔底釜残液数据。老师必须确保学生已具备所需要的知识背景，才能形成和提高学生运用认知策略的能力，这一点非常重要。学生学习新知识时，老师先进行任务分析或进行诊断性评价，了解学生，解学生达到新的教学目标所肯要的知识和技能，并针对不足的情况给予补充、扩大相应的知识经验，以加深他们的理解。在讲授教学难度较大、较抽象的新知识时，老师师若能帮助学生回忆已学过的知识，或从实际经验出发，通过观察、演示，提供感性经验，帮助学生有效地应用旧知识去更好地理解新的、抽象的知识，就能达到良好的迁移效果。该步骤中学生需要习得酒精比重计的使用方法，当分别取塔顶馏出液和塔底釜残液，用酒精比重计进行检测，同时需要学会酒精溶液应该如何修订，通过《酒精溶液温度修正表》换算出换算得出20℃的酒精度，并进而计算出塔顶摩尔浓度XD和塔釜摩尔浓度XW。其次进行部分回流操作：(1)待塔全回流操作稳定时，打开进料管路阀门，开启进料泵，调节进料量至适当的流量，将料液加入釜中。根据信息加工过程理论，认知策略对整个信息加工过程起调控作用，使用策略的目的就是提高信息加工的效率。这略的应用与它所加工的信息有着十分密切的关系。研究表明，策略的应用离不开被加工的信息本身，丰富的知识背景为认知策略的形成提供了基础，同时又促进学习者认知策略的应用。引导学生重温理论课上所学回流比、加热状态参数、酒精摩尔浓度等概念，加深理解，逆向倒推实验流程操作应该如何进行。(2)当塔釜与贮罐间管路显示有釜液采出时，调节回流比R(R=1~4)。(3)当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别取塔顶浓度XD和塔釜浓度XW，用酒精比重计进行检测，并通过《酒精溶液温度修正表》换算出换算得出20℃的酒精度，并进而计算出塔顶摩尔浓度XD和塔釜摩尔浓度XW。(4)记录原料的进口温度T℃，确定加料热状态参数q。

3．全部数据测定完毕后，应先切断加热电源、关闭进料泵和进料阀门、关闭仪表电源及总电源，待塔顶蒸汽已全部冷凝完后，方可关闭冷却水阀门，并打开放空管，所取样剩余液体应倒入回收桶内，严禁随地乱倒，防止酒精蒸汽着火燃烧。

4.注意事项(1)塔顶放空阀一定要打开，否则容易因塔内压力过大导致危险。(2)料液一定要加到设定液位2/3处方可打开加热管电源，否则塔釜液位过低会使电加热丝露出干烧致坏。(3)部分回流时，一定要塔釜与贮罐间管路显示有釜液采出时，才进行回流比的调节。丰富学生的知识背景在精馏实验结束以后，对学生进行单元小结性学习引导，让学生质疑探索以后，在课堂上集中学习、交流、探索谈论，充分调动学生的积极性，从而加深理论的理解，巩固化工原理精馏实验所学内容。由此可见，学生原有知识背景是认知策略学习与应用的一个重要条件。维因斯坦和斯通指出，学习者必须具备五类不同类型的知识：有关自我学习特长和倾向的知识。主要包括(1)个体对自身学习的长处和缺点、学习爱好、最佳学习时间、学术倾向等方面的认识与了解。(2)不同类型学习任务的知识。(3)获取、整合、运用所习得的策略和技巧知识。(4)原有领域内容知识，可通过原有知识似直接或类比的方式从新知识中获得意义。(5)对各类知识适用的当前或未来情境的知识。除以上五类知识外，学习者还须知如何何川这些不同类型的知识来满足学习目标、监控学习过程出现问题时灵活调节当前正在进行的学习活动，如何运用自我评认或自我监测决定是否达到预期目标。综上所述，人的思维活动一般来说是按一定方向进行的，化工原理实验教学中积极地促使学生的思维，能够按需要自由地离开一种思路而转移到另一种思路，从而形成思维方向的多面化。

只有把实验教学中的相关逆向思维训练的问题落实到位，才能使学生的的逆向思维能力得到提高。在化工原理教学中既注重培养学生正向思维，还要关注学生逆向思维的培养。(1)要认真钻研教材，充分挖掘实验教材中的逆向思维素材，明确训练内容。(2)备课时，明确学生的思维特点，制定逆向思维策略。(3)精心设计、组织实验教学，注意逆向思维训练策略的落实。

作者：白薇扬赵清华谭怀琴李军单位：重庆理工大学化学化工学院