化学工程的研究内容范文

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第1篇

Abstract： Aiming at the problems in the teaching process of Engineering Optics of University of Science and Technology of Anhui， the teaching content of engineering optics course is optimized. In the teaching of theory course， some repetitive teaching contents are deleted. In the teaching of experiment course， the proportion of comprehensive and self-designed experiments is increased， and the teaching mode is reformed. In the way of assessment， the stage assessment model is carried out. Practice of reform indicated： through the optimization of the teaching content of the course， the students' innovation ability is improved and students' enthusiasm for learning is stimulated through the reform of teaching mode， students really integrate into the classroom， and the quality of teaching on engineering optics has improved significantly.

关键词： 工程光学；教学内容；教学模式；教学改革

Key words： Engineering Optics；teaching content；teaching pattern；teaching reform

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0160-03

0 引言

《工程光学》是安徽科技学院光电信息科学与工程和电子科学与技术专业的一门专业必修课程，在课程体系中具有非常重要的作用。教学内容包括几何光学和物理光学。这些内容是后续相关课程（如光电子技术、信息光学、光电检测与信号处理、光纤通信等）的基础。

根据人才培养方案的要求，课程组编写了该课程的理论教学大纲和实验教学大纲，光电信息科学与工程专业总学时80学时（含实验学时18学时），电子科学与技术专业总学时64学时（含实验学时12学时）。在实施工程光学教学改革之前，教学过程中出现了以下问题：①理论教学中，侧重公式推导，没有突出学生工程应用能力的培养；同时，物理光学中有部分内容与大学物理中波动光学内容重叠，这部分内容再一次教学显得累赘。②实验课中，没有突出综合性、设计性实验的重要地位，不利于学生创新能力的培养。实验课教学内容的设置是实验教学中的关键问题[1]，综合性、设计性实验对于培养学生的动手能力、实践能力和创新能力具有重要的作用。改革以前，学校的工程光学实验教学中，主要以基础性实验为主。③教学方法与手段单一。在理论课教学中，教学过程是教师讲、学生听满堂灌的教学模式，缺少与学生有效的互动环节，学生的主观能动性得不到体现；在实验课教学中，学生按照实验步骤机械地完成实验，实验教学效果不理想。④考核方式太单一。改革之前，工程光学考核成绩由两部分组成，其中闭卷笔试成绩占80%，平时成绩占20%。这种考核方式不能多角度反映学生的学习情况。

针对工程光学课程教学过程中出现的这些问题，我们对工程光学课程教学内容进行了优化，在理论课程教学中，删除了一些重复性的教学内容；在实验课程教学中，加大了综合性、设计性实验的比例；同时对教学模式进行了改革，在考核方式上开展了阶段性考核模式。

1 工程光学课程理论教学内容的优化

1.1 注重与大学物理的衔接

波动光学是目前大学物理波动部分讲授的主要内容，学生通过大学物理的学习，对于光波的基本概念和光的干涉、衍射的基本现象有了较深刻的认识，为了避免重复讲授相同内容，课程组对这部分教学内容进行了优化：删除了与大学物理课程重复的内容（如光的干涉中的部分内容），增加了部分现代光学内容，弱化了理论公式推导。

1.2 注重与后续课程的衔接

由于这两个专业后续将开设多门光学课程，比如激光原理与技术、光电子技术、信息光学、光纤通信技术、光电探测与信号处理、光学设计等。为了保证课程体系的系统性同时避免后续课程的重复，我们对工程光学教学内容进行了优化选择。

几何光学部分选择了以下教学内容：①几何光学基本定律与成像概念；②共轴球面光学系统；③理想光学系统； ④平面系统；⑤光学系统的光束限制；⑥像差概论；⑦实用光学系统。将现代光学系统内容移至后续的光纤通信技术课程中讲授，这样安排既有利于避免相同内容的重复讲授，又保证了几何光学部分课程体系的系统性。

物理光学部分主要讲授：①光的电磁理论基础；②光的干涉；③光的衍射；④光的偏振。对于教材中涉及的晶体光学基础放在后续课程进行讲授。

1.3 加强课堂教学内容与现代光学前沿问题的联系

在课堂教学中，加强课堂教学内容与现代光学前沿问题的联系，向学生讲授这些知识在现代光学技术中的应用，更能使学生了解光学前沿的概况及其发展动态，这样比传统教材更具活力和现代气息，同时，通过讲授这些知识还可以开阔学生视野，启发学生思维，拓展学生的知识面。

2 工程光学课程实验教学内容的优化

2.1 工程光学课程实验教学内容的整合与优化

在多年的工程光学实验教学实践的基础上，我们对工程光学课程实验教学内容进行了整合与优化，构建了基础性、综合性、设计性三个层次的工程光学实验教学内容体系，各层次实验教学内容所包括的实验项目如表1、表2、表3所示。

2.2 突出综合性、设计性实验的重要地位

改革之前，安徽科技学院的工程光学实验教学中，主要以基础性实验为主，没有突出综合性、设计性实验的重要地位，显然这种实验教学内容体系不利于培养学生的开拓精神和创新能力，为了突出综合性、设计性实验在实验教学中的重要地位，我们加大了综合性、设计性实验所占比例，压缩了基础性的验证实验。目前，学校光电信息科学与工程专业工程光学实验总学时为18学时，我们安排时的基础性实验，6学时的综合性实验，3学时的设计性实验；电子科学与技术专业工程光学实验总学时为12学时，我们安排了6学时的基础性实验，3学时的综合性实验，3学时的设计性实验；通过改革实验教学内容将综合性实验、设计性实验的比例提高到了50%，几年的教学实践表明：改革后的实验教学内容体系更有利于提高学生开展实验的积极性，学生的动手能力和创新精神在实验过程得到了充分地体现，在今后的教学改革中，我们将继续加大综合性、设计性实验的比例，进一步突出综合性、设计性实验的重要地位。

3 工程光学教学方法与教学模式的改革

3.1 充分发挥多媒体课件教学的优越性

工程光学课程光路图多、知识面广泛、公式推导繁杂，而且具有一定的抽象性；应用多媒体课件教学，可以综合文字、图像、声音、动画和视频等信息，展示工程光学的教学内容，实现立体教学[2]。可以将抽象的内容形象化，从而有助于学生对知识点的理解和掌握。同时利用多媒体课件教学还可以节省课堂板书、公式推导和作复杂光路图的时间，从而大幅度扩展工程光学单位学时的授课信息量，解决了当前该门课程普遍存在的内容多与学时少的的矛盾。

3.2 改革工程光学实验教学模式，变被动接受为主动探索

在工程光学实验教学模式上，我们建立了以“学生为主体”的新型教学模式。对三种不同层次的实验教学内容采用了不同的实验教学模式，其中基础性实验主要由学生自主完成，教师在实验教学中主要做好以下工作：①维护实验课堂教学秩序；②对学生实验过程中出现的故障实验设备进行及时维修；③对个别通过实验指导书仍无法单独完成实验的学生进行指导；④组织学生对实验进行讨论等。综合性、设计性实验的教学模式：教师提前两个星期布置实验任务，让学生明确实验要求并提供所用实验设备等相关信息，学生在这段时间内以组为单位通过查阅资料完成实验方案的设计，在实验课上，以组为单位完成实验，记录实验数据并撰写实验报告。实践结果表明：这种以“学生为主体”的新型教学模式极大地提高了学生的独立思考能力和开拓精神，同时也很好地培养了同学之间的协作精神。

3.3 开展开放式教学模式的改革

目前，学校工程光学实验室能够开出的实验项目共26个，以后还将不断地增加一些新的实验项目，在实验课堂教学中，我们只能完成部分实验项目，而很多学生对没有开出的其它实验项目也很敢兴趣，为了满足这部分学生的要求，我们进行了开放式教学模式的改革，开放实验项目包括实验课堂教学中没有安排的所有实验项目，学生结合自己的兴趣可以在一个学期或几个学期内选择完成几个开放性实验项目，开放实验室并由专职教师进行管理，并负责启发、引导学生解决实际问题。

4 考核内容与考核方式的改革

教学改革之前，课程组确定的考核方式是闭卷笔试成绩占80%，平时成绩占20%，平时成绩中作业和实验各占10%。这种考核方式不能真实反映学生的学习水平，而且也不能多角度反映学生的学习情况。为此我们进行了考核内容与考核方式的改革，将考核成绩分成了四部分：期中闭卷笔试成绩占30%，期终闭卷笔试成绩占30%，实验操作考核占20%，平时成绩占20%。

4.1 实行分阶段考核

实行分阶段考核方式，有利于维持学生的学习热情，有利于教学环节的顺利进行，有利于促进学生的自主学习[3]。我们的做法是将理论考核分为期中和期终闭卷考核，权重各为总成绩的30%，为了体现实验教学的重要性，在期中和期终闭卷考核中实验部分所占的比例不低于20%。期中闭卷考核一般安排在学期的第11周进行，考核内容为除实用的光学系统以外的几何光学部分相关内容；期终闭卷考核安排在学期末进行，考核内容为实用的光学系统和波动光学部分相关内容。

4.2 进行实验操作考核

我们建立了详细的实验操作考核细则，第一次实验课时，向学生讲清楚实验操作考核的时间，地点，内容，考核方式以及在总成绩中权重等，实验操作考核主要从实验设计、实验操作情况及实验报告完成情况等方面对学生本学期已完成过的实验进行全方位评价，实验操作总成绩按权重的20%计入总成绩。通过实验操作考核这种方式大大提高了学生独立进行实验的积极性，实验教学效果大大提高。

5 结束语

本文是针对安徽科技学院的实际情况，借鉴了国内各高校的工程光学教学改革的经验，对工程光学课程教学内容进行了优化，在理论课程教学中，删除了一些重复性的教学内容；在实验课程教学中，加大了综合性、设计性实验的比例；同时对教学模式进行了改革，在考核方式上开展了阶段性考核模式；改革后的实践表明，通过课程教学内容的优化提高了学生的创新能力，通过教学模式的改革激发了学生的学习热情，使学生真正融入到课堂教学中，工程光学教学质量有了明显的提高。

参考文献：

[1]官邦贵，秦炎福，张永峰，等.大学物理实验教学内容重组的研究与实践[J].成都师范学院学报，2014，30（9）：116-119.

第2篇

关键词：化学工程设计；计算机软件；数据处理

化学工程设计的目的是利用化学方法和物理方法寻找工业生产的最佳过程，研究工业生产中的共同规律，从而使工业生产的效益最大化。计算机软件在工业工程设计中的应用已非常普遍，化学工程数学模型计算、实验设计、工艺流程绘制等，都会用到计算机软件，化学工程设计中最常见的应用软件有MATLAB、CAD、ORIGIN等，研究这些计算机软件的应用，能有效提高化学工程设计的效率，降低化学工程设计成本，使其设计结果更科学、更可靠。

1化学工程研究的内容及手段

化学工程设计就是对产品生产的化学过程、物理过程进行研究、设计，使其能够完成大规模的生产任务，使化学科学能更好为工业生产服务。如石油精炼、食品加工、药品生产、建筑材料生产等，这些都属于化学工程研究的领域，化学工程设计要对工程的相关因素进行充分的、全面的考虑，并结合装置效应，解决生产过程中的各类问题，确保化学工程生产过程可靠、安全、有效。这一过程涉及物理、化学、数学等多个学科，结合生产过程开发和操作理论等研究工业生产的最佳形式，包括单元操作研究、化学反应工程研究、传递过程研究等，是一项非常庞大且复杂的工程。一方面，化学工程本身比较复杂，它属于多学科交互的研究范畴，有时物理现象和化学现象同时发生相互影响，研究起来比较复杂。此外，化学工程研究的物质有气体、液体与固体，多种形态共存，研究起来比较复杂。另一方面，化学工程研究的物系流动时边界比较复杂，这就导致其设备没有固定的形态、构造等，要结合不同的生产需要，灵活设计化学工程，致使其设计比较复杂、多变。化学工程的研究方法较多，早期，人们主要通过实验来研究化学工程的设计，将实验的过程逐级扩大，以探索工业生产的规律、工艺等，人们将其称为经验放大法。随着化学科学在工业生产中的应用日益广泛，进入20世纪后，人们逐渐意识到化学工程研究的重要性，开始寻找新的方法对其进行研究，这一时期就出现了因次分析、相似论，研究的具体做法就是将影响过程的众多因素进行分析归纳，寻找相似的变量，尽可使研究变得简便，然后再通过实验求得这些数据的关系，再设计化学过程。这一时期，将数学模型方法应用于化学工程设计中的研究模式已初步形成，利用数学模型法，结合实验方法，取得重要的数据，再通过实践鉴别、验证这些数据，进而完善化学工程的设计。这一时期，化学工程设计面临的最大问题就是巨大的数据量与人繁重的工作之间的矛盾，而且人工计算、设计中易出错。计算机诞生后给各行各业的发展带来了巨大的契机，化学工程研究也迎来了新的局面，计算机在化学工程设计中的应用将人从繁重的运算、数据整理分析等工作中解放出来，提高了人力资源的利用效率，同时节省了时间、研究成本。直到现在，计算机仍是化学工程设计的重要辅助工具，计算机软件被广泛应用于化学工程设计当中，成为化学工程发展的重要支柱。

2计算机软件在化学工程设计中的应用

2.1计算机软件在化学工程设计中应用的优势

首先，计算机的数据存储和处理功能为化学工程研究带来了方便，化学工程设计者不用再反复、重复收集、整理各类数据，计算机网络的资源共享性、计算机的数据处理功能，使化学工程研究人员通过计算机应用可以获得更多的研究资源和设计资源，应用软件对掌握的资源进行加工、分析，可以得到更准确的结果，这种方法显然比人工准确、可靠、高效得多。例如，利用MATLAB软件，可以迅速、准确分析大量数据，快速得到结果。例如，对某企业废水中的一些有毒物质进行检测，检测数据众多，人工处理起来复杂、麻烦、易出错，应用MATLAB处理就简单得多了，输入相关数据，很快便能得到结果。其次，应用计算机软件可以使化学工程设计的过程更为直观、简便。例如，应用MATLAB软件可以对数据进行图像处理，将数据转化为图形，还可以在图中添加文本，这样能使化学工程研究更方便。又如，使用CAD软件，可以绘制化学工艺流程，使化学工程设计的内容更精确、美观、具体，有利于设计者及时发现问题，改变设计思路，使化学工程的设计更完美。再次，计算机软件可以模拟化学工程实验和化学工程过程，使研究者和设计者更易得到准确的数据，也使化学工程的内容和方法得到了丰富和完善。

2.2计算机软件在化学工程设计中的应用实例

化学工程设计中最常用的计算机软件有MATLAB、CAD、ORIGIN、ASPEN、PROⅡ等，这些软件应用的主要目的是数学建模、化学实验设计、化学工艺流程绘制、数据处理及数据分析与化学工程分析、设计、核算等。例如，配备一定浓度的溶液，应用计算机软件依次输入相关的数据，就能够得出固体的配置量，这样大大地提高了化学工程设计的效率，使工程设计得到了优化。又如，利用计算机软件进行化学制图，应用MATLAB、CAD都能完成。特别是CAD的三维图，直观、立体感强，是现在化学工程研究必不可少的软件，能够将化学工艺流程真实、客观地表现出来，人们通过看图就能掌握化学工程的概况，方便、快捷，即便不是化工的专业人士通过看图也能够了解化学工程的概况和生产流程。

2.3计算机软件在化学工程设计中的应用问题

计算机软件、硬件的发展都非常快，软硬件相互配合才能发挥出计算机应用的最大价值。当前，化学工程设计中计算机软件的应用存在的一大问题就是大多数化学工程研究者、设计者，过于重视对计算机相关软件的学习、应用和研究，而忽视了对计算机相关硬件的学习和了解，在计算机应用过程中，计算机硬件的一些小问题就会阻碍工作的继续进行，甚至造成难以挽回的损失。例如，化学工程设计图存储不当，造成设计图丢失、损毁、被盗等情况发生，影响了化学工程设计的进度和效益。其次，一些化学工程设计者、研究者过于依赖计算机软件，进而忽视了自身对专业知识的掌握、应用和研究，一旦离开计算机感觉什么事都做不好，这种依赖使其在化学工程设计中缺少创新和钻研精神，不利于化学工程科学的持续发展。再次，化学工程研究中设计和操作优化问题一直都很突出，在研究过程中，大部分研究者也比较重视实践研究，计算机软件也能模拟部分的实验过程，且其处理分析数据的能力很强，即便如此，将化学工程设计应用到大型生产中还是存在诸多问题，这就启发我们需要进一步研究化学工程设计的相关软件，进一步提高其模拟实验和处理数据的功能，更好解决化学工程研究中的各类问题，最好能综合不同软件的应用效果，使软件的应用更为方便、简洁、高效。

3结语

化学工程设计中应用计算机软件，首先应重视计算机软、硬件的协调发展，这样才能使软件更好发挥其作用。其次，化学工程研究的对象相当复杂，计算机软件作为化学工程设计的辅助工具，对于促进化学工程研究、设计是很有帮助的，但归根结底它只是化学工程研究和设计的辅助工具，因此，在化学工程研究设计中，更应重视人的主动行为，大胆开发和创新化学工程设计，不断完善化学工程，使其能更好为工业生产服务。

参考文献

[1]王莉君,周芳.计算机辅助设计在化工工艺中的作用[J].当代化工研究,2016(3).

[2]单自龙.计算机模拟在化工设计中的应用研究[J].化工管理,2015(1).

[3]赵永华,周艳军,齐平等.计算机技术在化工设计中的应用[J].中国现代教育装备,2017(7).

第3篇

 

前言：随着现在科学技术的发达，分子这一概念被带到了大众的面前，人们对分子的研究越来越详细，运用当今的科学技术研究分子，把分子放在显微镜下观察，化学对其结构了解的愈加深入，这样分子设计的诞生也推动了分子工程的诞生，这是时代和科学技术下的产物，他们的诞生使得化学研究进入到更深阶段——分子工程学。所以分子工程和化学工程两者是相辅相成的。

 

一、浅谈分子工程

 

在一个固定环境下对分子结构进行构造，不仅如此，还得理清分子之间的关系，这种原理就是分子工程学。分子工程不是单一的分子学科，而是由不同种类、学科构成的，但是，只要有关分子工程就会有三个基本的问题：第一，怎样按照要求对分子结构进行设计;第二，建筑分子结构时要用什么基元;第三，怎么实现分子设计预设的功能，就需要考虑怎么组装基元。这三个问题有着密不可分的联系，从而形成了三个实施分子工程的重要环节，这三个问题分别是分子工程的作用、结构、结合的理论基础。

 

与之前的化学研究方法有所不一样的是分子工程在研究时，会在研究手段、对象、内容等角度采取新的方法。传统的化学研究大多是利用自然物以及公式得到新的化合物，从这些化合物中找到比较好的化合物，1930年，磺胺药物被人发现，造就了那个年代合成药物的鼎盛时期。可是分子工程学的研究则恰恰和传统化学研究相反，它主要以功能研究为方向，通过对分子结构进行探究。这个时候它不单单对某一个化合物进行研究，而是研究化合物的功能体系。这样得到的信息要比传统化学研究得到的信息全面，不光可以得到分子结构还可以知道分子某些特定的结构层次。传统化学研究过分注意分子结构以及合成的联系。可是，分子工程学却看中功能和 物理原理。如今，化学不能独自发展了，化学的发展必须要建立在生命、材料科学这两门学科上。当然也需要注意另外一些科学技术。

 

从化学工程学得到的经验，分子工程学也从不同的分子工程研究中得出来。现在的分子工程学还在孕育，也就是在不同的领域、不同功能、对分子进行设计、构造。分子工程由不同种类的分子工程研究中得到，所以功能不同、种类不同，这就使得分子工程学需要按照功能、种类对其进行分类。分子工程学主要研究化合物的功能体系，针对体系的研究就必须在分子水平上探究之前提过的三个问题，得到规律，功能体系以及工程学原理，这几个不同方面相辅相成、互惠互利。

 

二、浅谈化学工程

 

当面对一些挑战时工程学科发挥的作用才能体现其重要性。如今，环境问题成为我们急需解决的问题，因为它与人们生产、生活、生存都有着密切的联系，这个时候化学工程就有了研究的目标，它需要解决资源可循环利用、化石资源的合理化利用等。化学工程需要解决经济的循环利用，不光肩负着科学方面的重担，还需要传递物质、能源、信息等。

 

化学工程之前从没遇到过的一些问题，却随着生物技术等一些高新技术的发展而产生，这有一个好处便是让化学工程的研究深入到更具体的领域中。一些过于具体的问题，比如纳米尺度问题，这是在传统的化学研究中都没有遇到过的微小领域，要是想加强微量产品的生产就必须扩宽化学研究领域。在当代这是化学工程打入到新领域必须要做的。发明催化剂以及工艺的源泉是新催化材料创造的。从另一个方面来说，要是将生产变得更加清洁，把不同的工艺以及流程进行合并，然后找出最好的，这也是化学工程将要研究的重要领域。现在有关生命方面的科学发展愈发成熟，生物催化在这一领域已经体现了自己价值。

 

如今人们愈加注意和自身相关的科学技术，随着科学技术的发展，健康、食品、医药等领域都对科学技术有了更深层次的要求，而且属于化学的问题占大多数。举一个例子，当我们的生命机能受到损害就得使用药物来控制，所要服用的药就会对人们的身体机能进行调节。将这些有关生命过程的问题解决就是化学过程在不属于自己领域里的重大挑战，所以肯定会得到化学工程学的注意。

 

随着不同体系科学的发展，科学技术的发展为化学工程带来的问题在一定程度上推动了化学工程学的发展。所有的科学技术都与化学工程有着密不可分的联系，当化学工程在发展的同时也推动了整个科学领域的进步。所以，化学工程学逐渐被人们注意，也更大化的注意科学在化学工程中的运用，化学工程学为整个科学领域所带来的价值就是该工程学以后要注意的方向。

 

为了让化学工程学得到更好的发展就必须提高化工人员的专业知识，加强对化工人员的教育。化工工程教育应该与时俱进，根据现代工程教育改革得到重要的成果来制定教育内容，教育内容不可以单调，需要将专业课与基础课相结合，还得根据时代的更替而及时更新教育内容，加强化学工程人员解决问题的能力;不过也得加强学生对资源环境以及另外科学领域的兴趣。

 

结束语：

 

化学工程是一门综合类较广的学科，在未来的世纪会体现出更大的价值所以我们要做的就是抓住机会，在化学工程的发展过程中找到特属于我国化学工程的优势及特点，利用化学工程实现可持续发展。在重视化学工程的同时需要注意分子工程。分子工程的发展可以推动化学工程的发展，另外分子工程与化学工程两者为科学技术提供了很多可研究的课题，这些课题的解决就是科学技术的飞跃。