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应用化学和化学工程范文1
关键词：生化工程；生物技术；计算机技术；过程控制；反应器
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）51-0136-02
自上世纪50年代初在国内高校首开发酵工程专业以来，《生化工程》课程一直作为江南大学生物工程专业重点建设的专业基础课程。围绕培养实践型、应用型发酵工程人才，我们在教学中，坚持理论与实践结合，在教学方法上进行了有益的尝试。在生化工程的教学过程中，除了围绕《生化工程》的相关教材讲述生化反应动力学与反应器方面的基础理论外，重点还介绍了最新技术在发酵过程优化与控制以及生化反应器放大中的应用。
一、基于代谢工程和智能工程的集约型发酵过程控制
发酵过程控制技术是利用过程自动控制和系统工程的手段，通过动态调控诸如底物流加速度、通风量、搅拌速度、温度、pH、操作时间和方式等外部环境因子对发酵过程的性能指标实施优化。发酵过程控制技术可以称得上是发酵工程的核心关键技术。近年来，以人工神经网络为代表的智能工程技术和以代谢工程为代表的现代生物技术已经逐步、大量地渗入到发酵过程的建模、过程故障诊断和早期预警乃至过程控制与优化等诸多领域。先进的过程控制技术、智能工程技术、代谢工程技术与发酵工程的融合才是现酵过程控制的发展方向和大趋势。人工神经网络（artificial neural network，ANN）作为人工智能技术的核心，其固有的学习特性和模拟非线性的能力非常适合发酵过程，目前在发酵工程中的应用相当普遍，在系统辨识、建模、优化、控制等各方面都有广泛的应用和显著的效果[1]。神经网络能由已知的过程输入得到过程的输出，从而建立过程模型。
人工神经网络的广泛应用主要是由于它具有以下特点：（1）神经网络具有典型黑箱模型的特性。（2）对于复杂系统，网络内部各接点间的连接权值包含着对过程输入、输出关系的描述，通过选择一定的网络拓扑结构和较为方便的学习过程，多层前馈神经网络能以任意精度逼近任意非线性映射，带来了一种有效的、智能的表达工具。（3）模型一般为多输入和多输出的并行信息存储与处理结构，从而具有独特的容错性和并行计算特点，大量复杂的控制算法能够得以快速实现，因此可方便地用于多变量控制系统。（4）固有的学习能力降低了系统的不确定性，适应环境变化的泛化能力得到了增加。在估计预测过程中，网络内部的连接权值的综合作用即是模型的具体表达，使模型充当了一个逼近真实过程模型的角色。用于网络的训练样本和检验样本能否达到令人满意的精度或可信度是衡量神经网络建模效果好坏的主要依据。ANNPR控制策略在控制和优化毕赤酵母生产外源蛋白的控制中起到了很好的效果。例如该控制策略在甘油流加培养阶段维持较高的重组毕赤酵母比生长速率，同时避免诱导前甘油的积累，最终提高pIFN-α的产率。除了pIFN-α发酵生产过程，这一新的控制方法还能用于其他毕赤酵母表达外源蛋白的过程。
二、发酵过程在线故障诊断和早期预警技术
在实际的发酵生产过程中，仅仅依靠发酵过程的控制和优化并不能确保生产过程中每一批次的高效和稳定。而且一些在线参数测量电极在工业上的应用还不够成熟。一旦过程参数偏离最优的控制水平，发酵产量就会大大下降，甚至导致发酵彻底失败。甲醇营养型毕赤酵母是目前应用效果好且用途最广泛的一种外源蛋白表达系统。它具有许多明显的优势，蛋白分泌表达的启动子受到诱导剂甲醇的严格调控，诱导表达的大部分目标蛋白可以分泌到胞外，有利于降低下游的分离和纯化的成本等。在发酵生产过程中，基于OUR变化模式的故障诊断方法是一种常用的方法，但运用单一过程参数进行过程控制和分析不具有代表性。通过选取多个在线参数，针对不同的毕赤酵母发酵过程，建立通用的诊断模型具有广泛的意义。在毕赤酵母表达重组融合蛋白过程中，在诱导期如何准确有效地控制甲醇的浓度并保持pH值的稳定是发酵过程控制的关键。以前的各种基于神经网络的故障诊断方法大都基于复杂的数据分析和各种网络的构建，没有具体结合发酵过程的特性，菌体的代谢以及生理状态分析，参数的选择也没有针对不同阶段的发酵特性，识别的效果相对较差。但是通过对所有的在线数据进行评价筛选，基于对诱导期菌体生理状态和发酵过程参数的深入研究，提出的基于自联想神经网络的故障诊断系统能起到很好的效果[2]。
建立具有故障诊断和早期预警功能的自我联想型神经网络AANN大致包括五个主要步骤。首先在正常发酵条件下，对一些关键过程参数进行在线的监测和存储，建立具有系统生成、实时数据库生成等功能的软件和数据库。然后建立上述状态变量的数值以及相应的误测数据与“正常”和“非正常”发酵的性能指标（以产物浓度、生产强度、糖酸转化率等为基准）间的简单、定性关系表，从而为实现早期预警后、反推故障原因、及时采取补救措施提供依据和可能的信息。接着建立具有故障诊断和早期预警功能的自我联想型神经网络AANN。通过对已知正常发酵样本数据中未参与训练、学习的数据进行验证计算，确认所建立的AANN模型的通用性和精确度可以达到和满足规定要求。然后建立基于AANN模型的在线故障诊断和早期预警。最后一旦AANN模型检测到发酵处于“异常”状态，则可以反推可能造成发酵处于“异常”状态的原因。比如说，检查一下温度、pH、溶氧电极和尾气分析仪是否出现故障，气路和水路（冷却水）有无堵塞，等等。如果能够找到原因，则采取相应的补救措施，促使发酵尽快恢复正常；如果确实找不到原因，则可继续等待一段时间、观察发酵能否自动恢复正常。如果仍然不行，则应当机立断、及时放罐。总之，应用自我联想型神经网络的目的在于建立以人工智能工程为基础的、简易、通用和集约型发酵过程控制系统，并实现发酵过程中的故障诊断和早期预警。
三、计算流体动力学在生化反应器设计和放大中的应用
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）模拟是21世纪流体力学领域的重要技术之一，该模拟技术的基本原理是利用离散化的数值算法求解控制流体流动的微分方程，得出连续流场在一定区域上的离散分布规律，从而“模拟”流体流动情况。FLUENT是目前世界应用范围最广的商业CFD软件包之一，该软件在对流态进行数值仿真模拟计算方面有着广泛应用。带搅拌的生物反应器在发酵工业有着广泛应用，搅拌和混合是化学工业中重要的单元操作，体系混合过程和效果往往成为影响反应产率等的重要因素。为评估和研究搅拌系统的传氧效率和功率消耗，优化反应器的整体结构，采用计算流体力学技术对所设计的新型反应器进行了计算机模拟，采用FLUENT？作为计算平台，采用基于Euler-Euler方法的Mixture模型处理气液两相流问题，气泡聚并和破裂过程通过群落平衡方程计算，最后将计算结果与实验测量数据进行比较[3]。计算表明CFD计算的各参数预测值与测量值偏差均在±10%以内，能够较准确地再现设备内流体的运动状态。这为利用数值模拟技术优化反应器设计和生物反应器工程放大奠定了基础。在前期工作中，通过中试生产和80立方生产规模下的结冷胶发酵过程试验，新型通风发酵罐表现出优良的传质性能和节能效果，不仅是结冷胶的发酵产率从18g/L提高到22g/L，而且单批发酵过程的电耗节省20%，显示出技术良好的应用前景。由于这种新型的通风发酵设备在发酵领域具有普遍意义和宽广应用范围，对于通风发酵领域的产品都有参考意义，所建立的设计和制造方法对于大型发酵罐的放大方法具有重要的现实参考意义。
采用以CFD数值模拟为主结合实验测量验证的方法研究了三层组合桨对黄原胶溶液的气液分散及混合的效果。根据发酵罐下部通气的特点，底层搅拌桨选择径向流搅拌桨，中层和上层桨设置了轴向流搅拌桨。具体桨型选择为径向流桨为SPT桨，轴向流桨为四叶旋桨式搅拌器（KSX）。
四、结束语
生化工程课程具有知识点多，学科交叉性和应用性强的特点。课程项目在实施过程中，教学团队应该结合最新科研转化成果，提炼生化工程的典型案例，将生化工程的理论学习与工程学习紧密结合起来。新增案例库、例题库等，以典型发酵工程案例为引子，结合生化工程的理论知识，注重培养学生的自学能力和科学的思维方法。注重在课堂上引入最新科研成果，对开拓学生视野、了解生化工程领域最新科学前沿技术的发展具有重要作用。
参考文献：
[1]史仲平，潘丰.发酵过程解析、控制与检测技术[M].北京：化学工业出版社，2010.
应用化学和化学工程范文2
关键词：化学工程实验技术课程；改革；创新能力；策略
在量子力学的建立发展下，现代化学理论得到了快速发展，但实验在化学研究和化学教学中仍占据非常重要的地位，高等化学教学中的实验教学作用也日益突出。化学教学中的实验教学在培养学生化学学习认知、研究能力和应用化学能力等方面发挥了重要的作用。在新课改的深入发展下，高等化学教学在讲授了化学基本原理和化学实验技能基础上，开始着重培养学生独立化学实验设计的能力，注重对学生展开实验技术和化学知识综合应用能力的训练[1-5]。高等化学实验课程体系改革成为高等化学教育发展的重要内容，得到了越来越多人的关注。完整化的高等化学实验教学改革内容包括化学实验课程体系和课程内容的优化、化学实验基地的建设、化学实验具体实践操作方法、化学实验组织管理等，其中最为重要的是化学实验课程体系。
1高等学校化学工程实验技术课程发展现状
在高校的扩招发展下，化学工程实验技术课程实验基地建设质量参差不齐，同时在学生毕业就业竞争的日益激烈下，在化学实验教学中很多学生过度重视理论，轻视了实验教学。现阶段高等学校化学实验教学存在的问题具体体现在以下几个方面:（1）在化学工程技术实验课程内容上存在“三多三少”的现象，从总体上看，依赖课堂理论教学的验证性实验课程较多，设计性的实验课程少；独立性的单元操作课程多，综合性的实验课程少；经典类型的实验课程多，能反映最新科学研究成果的内容少。（2）化学工程技术实验课程是根据化学理论课程体系设置的，在实验课程的安排上过于强调对化学课堂教学的补充，忽视了化学实验课程开设的本身特点，无法发挥出化学实验课程的本身作用。（3）化学工程技术实验课程教学模式单一，注重按照教师事先安排好的内容开展教学，无法发挥出学生学习的主观能动性。
2化学工程技术实验课程内容的设置
2.1精选基础性、理论性强的化学实验
化学工程技术实验课程内容改革的指导思想是要加强学生动手操作能力的训练，注重提升学生综合素质的培养，通过化学实验教学进一步巩固学生在课堂上掌握的化学理论知识。为此，教师可以在有限的教学学时中，精选化学基础理论实验教学内容，如可以为城市土木工程建设专业的学生开设胶体溶液性质类实验课程，在实际教学中要注重引导学生进行实验教学方案的设计，具体包括实验流程设计、胶体溶液的配制、实验仪器的安装和实验操作等[6]。
2.2注重精简重组验证性化学实验
化学工程技术实验课程要减少验证性实验在总体实验中的比重，验证性实验中繁多的验证内容不利于激发学生的学习兴趣，也不利于培养学生化学学习的综合素质，浪费了有效的课堂教学时间。在原有的化学实验教学中，“氧化还原反应与电化学”及“电解质溶液”是常见的验证性实验，实验验证过程简单，方便学生的观察，但在实验操作过于简单的情况下不利于调动学生学习积极性。为了解决这个问题，教师可以将这两个实验进行精简处理，在两个实验的重组中以“氧化还原反应与电化学”实验为主体内容，将“电解质溶液”的实验内容融入到原来电池的组成和电动势的测定中，让学生在原有电池的电解质溶液中加入适当的物质，如氨水、硫化钠等，之后应用精密的微安表对电池电动的情况进行观察，从而了解物质浓度变化对电极电势产生的影响[7-9]。这种精简重组之后实验的开展能够提升学生学习的积极主动性，实现学生自主化学习。
2.3增设应用型和综合应用型化学实验
在化学工程技术实验课程改革思想的指导下，教师要根据学生专业学习的特点增设应用型和综合应用型化学实验。例如，可以增设水硬度测定、金属材料腐蚀和防护测定实验、金属材料老化等综合型化学实验。在水硬度测定实验中，教师应用离子交换法和蒸馏法演示净化水的过程，通过实验向学生展示应用导电率来衡量和评价水纯度的重要意义。学生对实验兴趣很高，为了获得更精确的实验数据，一次次反复验证自己的实验，改进自己实验操作方式，对促进学生的化学学习具有重要意义。
3化学工程技术实验课程教学过程
3.1教学方式的选择
教师可以采用交互式的教学模式向学生具体介绍化学实验技术原理和重难点问题，通过交互式实验教学研究设计让学生能够有效解决化学实验学习中遇到的难点问题。化学教师要根据化学工程技术实验课程教学指导思想制定科学合理的教学方案。定期安排教师互相听课，从而促进教师之间的教学交流，提升彼此教学水平[10]。应用多媒体技术开展化学工程技术实验课程教学，通过多媒体的引入弥补传统化学实验教学视野狭窄的问题，缓解实验教学经费和学生人数之间的矛盾问题。
3.2培养学生良好的化学实验习惯
（1）教师要引导学生形成严谨、科学的实验研究作风。这种作风在化学实验操作中的表现是，学生能够仔细观察化学实验操作出现的各种现象，在发现实验现象和预期实验构想存在出入时，学生要能够从各方面查找误差的原因，和其他学生进行讨论，从而及时解决实验操作中出现的问题。（2）原始性实验记录对于学生实验思路的形成、实验规律的把握等具有重要意义。为此，在实验开始阶段，需要学生仔细、规范的记录化学实验现象和实验操作获得的结果。（3）学生要养成良好的卫生习惯，在化学工程技术实验课程过程中教师要监督学生注意做好实验器具回收工作，不能随意丢放实验器材以及实验产生的各种杂物。
3.3完善教学评价体系
在化学工程技术实验课程教和学习的过程中建立相应的激励评价机制，对提升学生的化学实验能力，促进化学实验教学发展具有重要的意义。为此，高等院校可以从化学工程技术实验课程教学内容、教学方式、教学管理和教学评价等方面建立相应的实验教学管理和评价考核机制[11]。在学生化学学习方面，学校要建立学生成绩和学分结合的学习评价方法，具体包括学生能否按时到达实验室、能否在实验之间做好了充足的准备以及学生是否如实记录了实验操作过程和做好实验总结。
4化学工程技术实验课程师资队伍建设
化学工程技术实验课程教师队伍的素质和能力对整个化学实验体系运行发展具有重要的作用。为此，高校需要加快打造一支结构合理、人员素质高、掌握多种化学实验教学技巧的教师队伍[12]。为了充分发挥高素质化学实验教师队伍在化学工程技术实验课程教学中的优势，学校可以制定一系列能够提升化学实验教学质量、促进实验化学有效运行的政策，充分发挥出教师在化学工程技术实验课程教学中的优势力量，培养学生化学学习综合能力。
5完善化学工程技术实验课程保障体系建设
高校需要从制度上进一步保障化学工程技术实验课程教学的开展，通过化学工程技术实验课程制度的建设，加强化学实验指导教师对化学课程教学各个环节的重视，具体包括化学实验教学方案、化学教学实验过程和化学实验结果的验收管理等，充分发挥出化学实验教学的重要地位和作用。
6结语
化学工程技术实验课程的开展不仅仅是为了加强学生对所学化学理论的理解、提升学生化学基技能训练和应用能力，更重要的是培养学生在生活实际中应用化学知识的能力。结合不同专业学生所学专业特点，进一步拓展学生化学知识面，提升学生化学学习兴趣，实现学生对所学化学知识的灵活运用。学生化学工程技术能力和他们综合能力的提升密切相关，科学合理的化学实验内容和规范化的化学实验技能训练，对培养学生的自我创新艺术，提升学生的科学研究能力，增强学生在社会主义经济市场中的竞争力具有重要作用。为此，需要有关教育人员根据不同专业学生化学学习的需要进一步完善化学实验教学体系。
参考文献
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应用化学和化学工程范文3
关键词：化学工程基础；课程改革；人才培养
中图分类号：G642.0?摇 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）05-0027-02
“化学工程基础”是理科院校化学专业的专业基础课程，主要内容为化学工程的基本原理和化工生产的各种单元操作，包括化工过程的动力学原理、热力学原理、能量守恒与转换原理、质量传递原理以及相应过程的控制机理、操作方法、影响因素、设备结构和工艺过程等，具有与生产实践紧密联系的特点，应用性很强，是理科化学类专业唯一的一门工程技术课程。
一、人才培养的要求
当代化学工业对化学化工类人才的培养提出了更高的要求。如何培养基础理论知识扎实、工作适应性强、具有创新能力的人才，是综合性大学化学化工教学改革面临的重要课题。目前，综合性大学化学与应用化学专业每年都有相当一部分毕业生进入化学、化工和制药等企事业单位业从事研究开发或工程技术工作，这种趋势还会随着创新性国家的建设而逐年增长。化学工程基础是综合性大学化学专业的专业基础课，也是唯一的一门工程技术类课程，该课程的教学改革与实践对于理工学科交叉与学生综合素质的培养是综合性大学化学与应用化学专业其他课程所不能替代的。在充分发挥综合性大学基础理论研究优势的同时，通过对理科专业化学工程基础课程教学内容的更新、充实和调整，为化工类企事业单位培养和造就具有开拓创新精神、胜任科学研究与工程技术工作、适应性强的化学化工专业人才。
二、教学内容与教学方法的优化
以创新教育思想为指导，研究改革化学工程基础课程教学内容和教学方法，建立培养学生创新能力的化学工程基础课程内容新体系。动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程（“三传一反”）仍将是化学工程基础教学的核心内容，应不断充实更新才能反映学科发展现状和适应社会经济需求。化学和化学工程学是支撑物质转化相关工业的学科，前者研究分子之间发生反应的可能性、必要的条件和产物的结构，后者研究物质的流动、质能传递及其对反应过程与产物的影响。
1.优化更新教学内容，反映体现学科发展与技术进步。化学工程基础作为理科化学专业的工程技术课程，其教学内容除了动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程以外，还应当及时反映和体现学科的发展与技术进步。根据授课学时，突出教学重点，优化教学计划，精选教学内容。以化学工程学的基本观点、基本原理和基本方法为核心，结合典型化工过程，理论联系实际，使学生在有限的教学学时内，掌握本门课程的基本知识，熟悉研究与应用对象，为今后从事化学化工专业技术工作打下坚实基础。在其他科学技术的带动和社会需求的推动下，化工分离技术近年来取得了很大进步。新技术不断涌现，膜分离和超临界流体萃取等新型分离技术就是其中的代表。我们在教材的编写和课堂教学中，有意识地加入这些内容，便于学生从课堂上了解新的科学知识，拓宽学术视野。
2.引导学生建立工程技术与技术经济观点，提高学生综合素质。科学与技术的交叉和渗透，要求我们培养的学生不仅要掌握扎实的基础理论知识，还要学会运用所学的理论解决工程实际问题。综合性大学理科化学专业的学生基础理论知识比较扎实，在课堂教学中，我们根据教学内容，结合工程实际，启发学生从工程实际问题出发，强调工程实际的特点，突出工程实践的技术经济问题，灌输学生节能减排与绿色环保的理念，训练学生综合运用数学、物理与化学等多学科知识，综合分析化工单元操作与工业装置中涉及的复杂问题，培养学生的工程技术思维方法与工程设计等综合素质。
3.改进教学方法，提高教学效率。化学工程基础课程的课堂教学内容涉及化工单元操作与工艺过程。综合性大学化学专业的学生一般没有见过真实的化工设备，对化工厂与化工设备和装置缺乏感性认识，通过多媒体教学技术和传统课堂教学方法，可以促进学生感知与思维、理论与实践的结合，提高学生对化学工程基础的学习兴趣，激发他们的学习热情，使他们由不熟悉、不了解化工企业与装置转变为喜欢应用学科、乐于进入与应用密切相关的教师实验室开展业余科研。为此，我们一方面利用多媒体的优点，在课堂教学中放映一些设备的实物图像。另一方面，在有关课程中增加了实习参观环节，组织学生到石油化工厂、有机化工厂和精细化工厂等企业参观实习，增强学生对加热炉、精馏塔、泵、换热器等主要化工设备的感性认识。
三、教学团队与课程体系的建设
以先进的教学理念为先导，以高水平的教学团队为根本，以科学的课程新体系为核心，以优良的规划教材为保障，强化教学团队的建设，使所有主讲教师成为教学改革的高水平运动员和创新教育的优秀教练员。
1.建设高水平教学团队。从事课堂和实验教学的主讲教师也要承担高水平的科研项目，提高教师的科研水平。我们承担“化学工程基础”的主讲教师都具有教授职称并担任博士生导师，承担了一些科学研究项目。同时，也积极思考和实践课程的教学改革，奠定了学生创新能力培养的坚实基础。没有高水平的教学团队，不可能进行教学改革的实践，更不可能培养出具有创新精神的学生。
2.构建工程教育、创新教育的课程体系。夯实基础，将理科化学知识和工程知识有机结合。理科化学基础课程、化工过程开发、化学工程基础及多门专业课程的开设，可将学生所学知识形成知识链。重视对学生业余科研和毕业论文的指导，吸引对化学工程有兴趣的同学来实验室和博士研究生、硕士研究生一起进行科学研究，培养学生的创新意识和对科学研究的兴趣。通过毕业论文阶段的培养，加强了学生对知识的掌握和运用，特别是对“应用”和“工程”概念的强化。近年来，来我们化工实验室进行业余科研和毕业论文的学生每届都在十人以上，占理科化学专业学生的5%作用。
3.将科研成果向教学实践转化，形成教学促进科研、科研反哺教学的良性循环。构建应用学科人才培养、现代科技发展相适应的“基础性、综合性、工程性、创新性”体系。我们承担了国家和企业的一些化工类科研项目，特别是在水与废水处理、化工分离和国防化学等方面取得了一些科研成果，我们注意将教师的科研成果和科研实践融入课堂教学。从事课堂教学的主讲教师与实验课指导老师一起合作，将“渗透汽化膜分离”编入了实验教材和开展了教学实验，受到学生的欢迎。
化学是实验性很强的学科，化学工程作为一个共性的工程学科，我们应充分利用科学技术发展和教学改革带来的机遇，加强化学与化学工程的结合，为国家培养更多复合型创新人才。
参考文献：
[1]严世强.化学工程基础课程教学改革的认识与实践[J].大学化学，2003，18，（1）：29-31.
应用化学和化学工程范文4
化学的学科发展，可以提到许多方面，如飞秒化学。化学向生物学和医学、材料设计、能源、大气和环境化学、国家安全与个人安全等领域的拓展等。在本文中，要着重说的是：化学与化学工程的重新融合。
20世纪初，化学工程从应用化学中脱胎而出，经历了单元操作和三传一反，形成了化学工程学，从以经验为主过渡到有一定预测功能的较完整的理论，从而导致化学与化学工程的分离。这种情况在20世纪90年生了变化，基础化学研究与化学工程之间发生了空前的交叠和渗透。化学家越来越多地介入复杂系统的构造、分析和使用中，这些自然而然与工程学中的系统方法有关。化学工程师正日益进入越来越多的化学基础领域，在一些情况下甚至处于领导地位。在2003年美国出版的《超越分子前沿――化学与化学工程面临的挑战》一书中，开始使用化学科学来代表所有化学家和化学工程师的工作范围。
化学是一个多尺度的科学。微观尺度是从电子和原子核到分子，例如分子设计。宏观尺度，例如实验室合成、生产装置、化学和物理操作、产品包装和运输。现在大家更关注介观尺度。从化学方面来说，人们关注超越分子的层次，进入超分子、分子集团、大分子、活性中心、器件的作用域，可以说从微观跨越到介观以至宏观层次。从化学工程来说。人们也不再满足于宏观的三传一反，而是逐步深入到颗粒、液滴、气泡、微孔、界面等介观行为，并对微观的机理也表现了浓厚的兴趣。化学由底向上，化学工程由顶向下，在介观层次相遇，互相借鉴，对于化学科学及其理论的发展，形成了巨大的推动。
二、介观尺度的研究
通常化学以量子力学或量子化学为理论基础，用以研究物质的微观结构、化学键和对称等，现在正逐步重视随时间发展的动态演变。在唯象地说明宏观现象时，则应用热力学。进入介观层次后，要采用平衡态和非平衡态的统计力学，后者需要综合应用流体力学的原理。
化学工程通常以流体力学和热力学为理论基础，特别重视湍流理论、多相流和不可逆过程的热力学。计算流体力学有很大的发展。在研究湍流的强相关机理以及涉及介观层次时，统计力学原理起着重要的作用。而在为特征参数找出规律时，则需要量子力学的帮助。
化学科学理论的发展，进入到综合运用量子力学、统计力学、热力学和流体力学的时代，目标是解决多尺度时空结构与宏观平衡和速率的关系。
进行多尺度时空结构研究，有两个重要方面：一是由下向上的预测。从分子结构逐级预测介观层次的各种结构及其随时间的演变，并进而预测宏观层次的结构、反应和分离的特性，以至在反应器和分离装置中的行为，目标是形成无缝的从微观到宏观的链接。要做到这一点，先要搞清楚各个相邻层次的时空结构是如何相互关联的。研究这种关联，首先要有实验的观察，总结经验的规律，然后是理论的建立和推导，作为过渡步骤，也常常是采用模型的半经验方法。二是由上向下的控制。用宏观的手段，逐级控制各级时空结构的形成。这两个方面有着紧密的联系，有相辅相成的关系。
三、对化学教学的启示
为了适应不断变化的新形势，化学教学要做好以下几点：
第一要打好基础。最重要的是，对于本学科的框架结构，通过教学，应使学生有一个系统的完整的初步认识。新的现象、规律和方法不断出现，要善于在学科的框架结构中找到它的位置。
对于物理化学，我们认识到的学科框架包括：
两大类研究对象：平衡和速率。
三个层次：宏观层次，由微观到宏观的过渡层次，微观层次。
两个方面：普遍规律和物质特性。两者结合，可以解决实际问题。
三种方法：研究物质特性，有实验方法、半经验方法和理论方法。从理论上研究物质特性，将进入下一个更深的层次。
例如生物膜中的促进传递和耦合传递。属于宏观层次的速率过程，具体来说是界面中的速率过程。对于普遍规律，要学教材中“传递过程”的内容(当然还有些特殊的地方)。为得到某一个生物膜的传递特性，要采用实验测定，或半经验方法。而要从理论上得到这种特性，必须应用统计力学。
又如耗散颗粒动态学DPD，它是一种介观层次的模拟，实质上它就是分子动态学模拟MD，属于从微观到宏观的过渡层次的普遍规律范畴。特殊之处是应用了粗粒化，引入更低的介观层次，相应还采用了耗散力和随机力。
第二要强调开放。框架是开放的，可以不断更新和充实。内容是开放的，可以经常介绍新的进展。
对于如此丰富的介观层次，上述框架的精神依旧。微观和宏观之间，可以加入各种由低到高的介观层次之间的过渡层次。研究某一介观层次的特性，仍然有实验、半经验、理论这三种方法。理论方法主要采用平衡态和非平衡态的统计力学，相应进入了下一个层次，即从更低的介观层次到该介观层次的过渡层次。
第三要善用类比。类比永远不会完美，却几乎常常有用。物理学是一个由于类比而兴旺的领域，例如，基于借自超导的概念，我们可以至少部分理解超流的氦。物理化学中类比于由理想气体到实际气体，在研究混合物时，我们由理想混合物到实际混合物。
上面提到的耦合传递，可以和耦合反应进行类比。又如密度泛函理论DFT，则是以密度分布p(r)代替传统的位能函数ε(r)为基本变量构筑泛函。变分原理则等价于最概然分布原理或熵最大原理。
当前的薄弱环节是：从微观到宏观的过渡层次；传递速率；进展。
要加强教学资源建设，包括教材、系列参考书、电子教材、网站建设等。
四、教学方法
应用化学和化学工程范文5
论文摘要:本文指出专业教学计划制定是统领专业课程建设的纲，是学生学习能力、实践能力、创新能力培养的宏观框架。通过用人单位的反馈说明我校应用化学专业毕业生基本达到了专业教学计划要求的知识和能力。
关键词:西安工程大学 应用化学专业 专业教学计划 课程建设 学生能力
新形势下人才需求的多样性及人才培养模式的多样化对高校课程建设与改革提出了新的要求。随着《国家中长期教育改革和发展规划纲要》[1]的制定与实施，培养造就适应我国经济建设发展需要的高质量多样化人才成为新形势下我国高等教育教学改革的重点。专业教学计划是学生学习能力、实践能力、创新能力的培养的宏观框架。专业建设是通过教学计划的制定和计划中的课程的设置来实现的，而课程是人才培养的基本单元。所以专业教学计划的制定是统领专业课程建设的纲。
目前，国内外的高校对教学计划的制定主要采取了两种形式。一种是由学生自己选课，自己制定自己的教学计划;而另一种是由专业统一制定教学计划。前一种可以照顾学生的兴趣，更能体现以人为本，但对学生的素质要求更高，但是也要有学校的框架性指导。我校根据自己的特点，采取的是后一种形式。
我校应用化学专业2001年开始招生，目前已有七届毕业生。我校应用化学专业特色是以无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大化学为基础;已形成材料物理与化学、界面与胶体化学、精细化学品化学与工业分析四个专业方向;拥有博士后1人，博士6人，教授1人，副教授8人，教学和实验人员共19人的稳定合理的教学团队，(团队绝大多数成员出身是211大学)，在教学科研上取得了省级化学实验教学示范中心一个，校级特色专业，校级精品课程一门，两项国家自然科学基金，几十项省部级科研项目，发表数十篇SCI科研论文，申报数项专利的显著成绩。七年来学生年就业率平均为90%。我校应用化学专业(本科)培养目标是培养适应社会主义现代化建设需要、德智体美全面发展、具备较坚实的化学基础理论、较宽广的应用化学知识、较强的基本实验技能、现代实验技术及初步科研能力，并具有一定的化学工艺生产知识和化工技能，能从事化学、化工应用基础研究、科研开发与管理、解决一般化工生产问题的应用型人才。业务培养要求为本专业学生，主要学习化学及其应用方面的基础知识、基本理论、基本技能及相关工程技术知识，使学生受到化学基础研究和应用基础研究方面的科学思维方法和科学实验的训练，具备运用所学知识和实验技能进行应用研究、技术开发和科研管理的基本技能。毕业生应获得知识和能力。
(1)具有本专业所需的数学、物理等自然科学基础知识和基本理论，较强的计算机应用能力和外语综合能力，具有良好的专业外语文献阅读能力，并熟悉文献检索方法。
(2)掌握化学及化学工程的基础理论、基本知识、基本实验技能和方法;受到较为系统的科学研究训练;具有较为宽广的知识面和适应能力，能够分析解决与化学有关的生产、科研与开发过程中的技术问题。
(3)了解一般化工过程特点及单元操作工业基础知识;具有化工制图的基本技能。
(4)了解化学的理论前沿、应用前景、发展动态及相关学科的发展状况。具有新产品、新工艺、新技术研究开发的初步能力。
(5)了解计算机基本原理，具有运用计算机进行计算、图文处理和信息管理的能力，能熟练上机操作。
根据以上原则，我们专业的教学计划的课程结构体系包括公共基础教育、学科基础教育和专业教育三大部分。公共基础教育涉及人文社科管理系列、体育系列、校公共选修课，外语系列，自然科学系列。其中外语系列包括大学英语和自然科学双语课程;自然科学系列包括高等数学、大学物理和计算机应用等理论和实验课。学科基础教育涉及工程基础系列、技术基础系列、专业基础系列和选修课。工程基础系列包括化工原理、化工制图及化工(厂)设计、金工实习;技术基础系列包括电工学、仪器分析、波谱分析基础及应用;专业基础系列包括无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和结构化学;专业教育包括界面与胶体化学、材料化学基础、有机合成、化学反应工程、专业实习、专业综合实验、毕业设计与专题等。这个教学计划保质保量的实施可以达到重基础、宽口径、学生实践能力和创新能力培养的目的。我们专业建设这几年取得了比较大的成绩，从反馈途径了解到学生的能力得到了用人单位的肯定。但我们并不能掉以轻心，今后我们要突出品德和业务能力两个方面培养，培养目标也要与时俱进，向更高、更好的方向发展，在研究生培养方面，要着重通过毕业论文环节进一步加强品德教育和创新能力的培养，使我校的应用化学专业能突飞猛进，走入全省乃至全国先进行列。
参考文献：
应用化学和化学工程范文6
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