反应工程基础教学的实施及
“后疫情”时代教学的思考
程易,颜彬航,卢滇楠
(清华大学化学工程系,北京)
摘要
化学工程是利用化学、物理、数学、生物和经济学等原理有效实现物质和能量的转化及利用的工程科学。化学反应机理的研究和反应器的优化设计是化学工程的核心,因此反应工程基础是化学工程专业本科生的重要核心课之一。文章回顾了反应工程学科的历史贡献和发展历程,介绍了清华大学化工系近15年来的反应工程本科教学,并结合年新冠肺炎疫情期间网络教学的实践,探讨了“后疫情”时代线上线下混合式教学的发展趋势。
关键词
反应工程;三位一体;开放式教学;翻转课堂;混合式教学
化学工程是利用化学、物理、数学、生物和经济学等原理有效实现物质和能量的转化及利用的工程科学。化学工程相关的化学工业(或过程工业)直接与能源、资源、环境、冶金、材料、医药、生物、电子、信息等领域相关联,在国民经济中占有重要的地位[1-3]。
化学工程起源于单元操作的基础概念,在物质转化过程中集成了反应、分离、换热等功能单元,构成相应的产品工艺流程。其中,反应器是实现物质转化(即化学反应)过程的核心设备。为了将反应器行为与进料组成和操作条件建立联系,明晰反应器内的流动、传质、传热和反应动力学之间的相互作用至关重要。反应工程正是致力于研究化学反应机理,并根据反应特点设计最合适反应器的一门学科。反应工程研究不仅涉及具有重要工业意义的化学反应系统的工程化问题,还是一种处理复杂系统问题的通用方法论。
反应工程基础(或化学反应工程)作为高等学校本科阶段的专业课,始终是化学工程课程体系中的重要核心课程之一。该课程以数学、物理、化学、生物等基础类课程和化工热力学、化工原理、传递过程等专业基础课程为先修课程,并进一步支持化工设计、化工安全和化工系统工程等相关专业课的学习。与反应工程紧密相关的课程还有聚合反应工程、流态化反应工程、生化反应工程、工业催化和化工工艺学等。
一、反应工程学科及其本科教学的发展沿革
（一）
反应工程学科的发展和重要贡献
反应工程学科的起源和发展以几大重要的物质转化过程为里程碑,最早始于20世纪20年代大规模合成氨工业的技术发明和应用。哈伯-博施(Haber-Bosch)过程被认为是20世纪对人类最伟大的贡献之一,解决了全球人口的温饱问题;20世纪40年代以催化裂化为代表的石油炼制工业和60年代以“三烯”“三苯”为代表的石油化工,促进了汽车运输业和合成材料的发展,分别解决了人类出行、生活穿衣等基础问题;50年代的深层发酵技术促进了抗生素制药业的发展;70年代有机硅、高纯硅材料的发展奠定了电子行业快速发展的基础。时至今日,反应工程在基础制造业中无处不在,为工业发展做出了巨大的贡献。21世纪,其还将致力于解决未来资源短缺、能源匮乏、环境污染、生态退化等影响社会可持续发展的问题。
反应工程作为一门独立的学科被提出,可追溯到年在荷兰召开的第一届欧洲反应工程会议(ESCRE)。ESCRE经过四届后发展为国际反应工程会议(ISCRE,