利用间歇反应操作实训装置进行一体化课程开发

时间：2024-07-28

周国保古臻文

(江西省化学工业学校，江西南昌 330012)

1.引言

《化学反应器》是中职化学工艺类专业的核心课程，在没有化学反应器实训装置的情况下，教学实施一般采用理论、实践教学分开安排，理论教学被安排在第二年，实践教学被安排在顶岗实习阶段，由于学生理论学习与实践训练相隔时间较长，教学效果不够理想。随着教学设施不断改善，一些中职学校陆续添置了化学反应器实训设备，如何利用新添置的实训设备，加强化学反应器的理论、实践教学有机融合、发挥化学反应器实训设备的最大功效、提高化学反应器这门课的教学效果，笔者做过一些尝试和探索。现呈上一个利用间歇反应操作实训装置进行间歇反应器一体化课程开发的案例。

2.间歇反应器一体化课程开发

2.1 开发思路

第一，采用任务式结构组织课程内容。第二，采用并行与串行结合安排课程顺序。第三，充分利用现有资源。一体化课程的开发不排斥现有教材和现有的实训指导书。

2.2 开发方向

第一，在任务设置上可增加正常操作技能训练内容，并结合考核指标评价教学，使教学内容与工作岗位要求的一体化。第二，采用任务驱动开发课程，在学生接受任务、分析任务、制订方案、解决任务、评价总结等环节中，核心是学生制订方案，使教学过程与岗位工作过程一体化。第三，采用与企业相近的间歇反应设备，使教学设备与生产设备一体化。第四，配套开发学生完成任务好坏的定量评价指标，训练结束，教师可以方便地定量评价学生工学结合的学习效果，使教学评价与企业标准一体化。第五，教师不但能按确定的方法操作实训装置、处理生产故障，而且能像企业岗位能手一样在接受任务后能自行制订操作方案、解决任务，以便学生在工学结合教学过程中进行模仿，使专业教师与企业师傅一体化。

2.3 一体化课程的定位

根据中职化学工艺类专业就业岗位的典型工作任务分析，《化学反应器》学习领域课程时间一般三周(合84课时)，课程目标为通过对化学反应设备的图纸识读、实训装置或仿真软件的操作，掌握釜式反应器、固定床反应器、沸腾床反应器和塔式反应器的基本结构和工作原理;熟悉反应器各部件的配置及作用;了解反应器中化学反应、质量传递和能量传递的基本特点;能进行反应器的开、停车操作;对运行中的异常现象进行正确的判断和处理。

间歇反应器一体化课程作为《化学反应器》学习领域课程的子课程，教学目标是掌握釜式反应器装置图纸识读，了解釜式反应器基本结构、工作原理、各部件的配置及作用、质量传递和能量传递基本特点，掌握釜式反应器开、停车操作和运行中的异常现象判断和处理。教学时间安排5天教学(30课时)。

2.4 一体化课程知识点与技能点的分析

经分析，间歇反应器一体化课程包括的知识点与技能点，如表1所示。

表1 间歇反应器一体化课程包括的知识点与技能点

2.5 一体化课程中任务设计与目标

根据间歇反应器一体化课程的定位与内容分析，形成间歇反应器一体化课程中任务设计与考核目标，如表2所示。每项任务，都涉及情感安全等目标，包括其一，工作态度:愉快接受任务;有负责的、积极的、自信的、建设性的态度;善于合作和欣赏、乐于助人;其二，安全意识:做到防触电、防静电、防烫、腐蚀防护、防火，防爆、防中毒;无安全事故;其三，综合能力:学习能力、接受能力、交流能力、表达能力、团队合作能力、观察判断能力、身体体能。

表2 间歇反应器一体化课程中任务设计与目标

任务四加热、回流与冷却2知识点:温度计套管，换热装置，换热方法，加热剂和冷却剂。认识釜的换热装置(夹套)和冷凝器外冷装置。了解加热剂和冷却剂。技能点:电加热、热水输送加热、釜的夹套冷却、冷凝及回流操作。利用电加热将水、物料加热;利用夹套冷却。操作冷凝器，冷凝液降温并回流。任务五加热、真空蒸馏2知识点:压力、沸点、真空蒸馏。了解压力与水沸点关系，了解简单蒸馏，了解真空下简单蒸馏。技能点:真空泵操作，使釜压置真空，热水输送加热、真空蒸馏。操作真空泵真空度。真空蒸馏甘油水溶液，在规定时间获得一定量冷凝液。任务六搅拌、放料 2知识点:搅拌装置，轴封装置，传动装置，压料管，放料阀。了解搅拌装置类型，轴封类型、减速机类型、压料管及压料、放料阀类型。技能点:搅拌操作(搅拌速度)、放料操作。按要求操作搅拌装置，使釜内物料达到均相。通过底阀放出一定量物料。任务七水模拟间歇反应4知识点:间歇反应釜操作要点。间歇釜的日常维护。了解反应条件、反应终点、出料方式(真空蒸出)，操作要点，日常维护。技能点:模拟间歇反应操作。按规定的条件和要求实现间歇反应操作，收集规定质量的产品。任务八酸碱中和反应2知识点:中和反应操作条件。了解酸碱物料、中和条件和反应终点。技能点:酸碱中和反应操作。按规定的条件和要求实现中和反应操作，收集规定数量和质量的中和物料。任务九乳液型化妆品生产6知识点:乳化操作条件、乳液型化妆品生产步骤。了解物料、乳化条件、乳化剂选择、防腐剂、香精加入条件，制订实施方案。技能点:乳化操作、乳液型化妆品生产操作。按要求，选择条件，生产规定质量的乳液型化妆品。任务十间歇法生产乙酸乙酯6知识点:酯化反应条件、乙酸乙酯生产方法。了解酯化反应条件、乙酸乙酯生产方法，制订实施方案。技能点:酯化反应操作、粗乙酸乙酯生产操作。按要求，选择条件，生产规定质量的粗乙酸乙酯。

2.6 考核指标的设置与考核指标标准的确定

对于间歇反应器的传统课程，理论教学评价一般采用考题和面试方式;实践教学评价主要以观察学生开、停车操作情况及课业或操作工艺卡完成情况进行。然而，间歇反应器的一体化课程实施中，教学评价不仅包括对知识点的考核，而且更加突出对教学任务的验收，牵涉考核指标设置与标准的确定。

考核指标分为任务过程指标和任务结果指标。前者一般为任务执行中涉及的工艺参数，如原料加料流量、釜内温度、压力等。后者一般为学生完成任务后呈现的数量现象或结果参数，如氮气置换后达到氧含量、加料后液位、加热后温度，冷却后温度，中和后pH值、搅拌后不同时间放出物料pH值的相对误差(RSD)，得到产品的含量、数量，酯化产物得率等。考核指标的设置往往与任务的划分一体化考虑。例如，“搅拌、放料”任务中，技能点涉及搅拌操作(搅拌速度)和放料操作，如何评判学生完成搅拌任务的好坏?根据“按要求操作搅拌装置，使釜内物料达到均相。”技能目标，可以设置搅拌后不同时间放出物料PH值的相对误差(RSD)作为任务结果考核指标。水状物料是否均匀，很难从外观看出，但若在水中加入少量固碱，搅拌不好就难达到各处PH值一致，因而搅拌后均匀效果就可以借助PH值的相对误差(RSD)来衡量，这种指标需要设置并开发出来。

任务可以设置为单因素训练或多因素综合训练。单因素训练，就是在任务(N个影响因素)中让学生固定(N－1)个因素，同时改变一个因素来完成任务，其结果与可变因素呈一一对应关系，考核指标一般取任务结果，并以最适当的结果作为标准。例如，“水模拟间歇反应”任务中，当氮气保护、搅拌速度、回流量、温度、压力、原料配比等操作条件框在一个范围、反应终点固定，而让真空蒸出的真空度连同冷凝器冷却水流量改变，蒸出物料快慢与真空度就呈一一对应关系。如果把“10分钟内蒸出物料量”标准定为X0(mL)，高于、低于该标准都扣分(其他因素固定是评判的起码要求)，那么学生在训练中会主动思考将真空度提高好还将真空降低好，并以X0为标准去尽力调节好真空度。多因素训练，就是在任务(N个影响因素)中让学生固定M(M＜N)个因素，同时改变(N－M)个因素来完成任务。评价中可以同时设置过程考核指标和结果考核指标，前者一般是对任务中关键因素操作的水平进行考核，依据任务性质和工艺本身要求制订标准，如将反应釜内温度定为过程考核指标，根据工艺要求可将标准定为85±0.5℃;后者一般对任务的综合效果进行考核，可依据对任务预先进行研究实验获得的数据来制订标准。例如，在“间歇法生产乙酸乙酯”任务中，设置“1小时后粗乙酸乙酯对乙酸的收率”作为任务结果考核指标，根据预先实验确定标准定为48%。

任务目标一旦定量化，工学结合就会更加紧密——学生在做的过程，需要思考如何做得更好，需要理论支撑，这时工学结合成为客观需要，而不是生搬硬套。

3 间歇反应器一体化课程开发成效

3.1 间歇反应器一体化课程资源完善和实施成效

根据间歇反应器一体化课程中任务设计与目标，完善间歇反应操作实训装置的配套设施及检测工具。围绕间歇反应操作实训装置建成一体化教室，编写间歇反应器一体化课程的教材，提高教师团队对间歇反应器一体化课程的熟悉程度。利用开发的间歇反应器一体化课程、采用项目教学法进行教学，比传统课程教学更受学生欢迎。由于引入量化考核指标和综合评价指标，学生训练目标明确，工学结合更加紧密，学生技能和综合能力比传统课程教学明显提高。