六、典型教学案例

六、典型教学案例

案例1 辩证唯物主义世界观和方法论

在重力沉降教学内容部分教学中,通过混合物的稳定性问题的解决,培养学生的辩证唯物主义世界观和方法论。

1.知识点

重力沉降是一种通过重力作用使悬浮在流体中的固体颗粒下沉(上浮)而与流体分离的过程。它是依靠地球引力场的作用,利用颗粒与流体的密度差异,使之发生相对运动而沉降。理论上,重力沉降是从流体中分离出悬浮颗粒物的最简单方法,颗粒物的沉降速度遵守斯托克斯沉速公式:

图示

但是对于乳液体系来说,颗粒物的沉降速度则与斯特克斯沉速公式产生很大的偏差。

2.思政目标

作为应用于本科教学的教材,其知识体系都是比较成熟的,理论争议都是比较小的,但是在知识内容的更新方面是比较滞后的。我们在食品工程原理课程讲授过程中注重知识内容的更新,让学生尽量多地了解目前的特定知识点发展前沿,并且通过合适的方式结合新知识的学习。通过具体的教学案例,让同学们认识到理论知识的形成是建立在大量实践知识的基础之上,理论知识要回到实践中,指导实践问题的解决,反过来,实践中新的问题的解决需要促进理论知识的完善和更新。通过以上实际案例,培养学生唯物主义世界观和方法论。

3.教学过程

在讲授颗粒物在流动中流动的知识时,斯托克斯沉速公式是目前被广泛应用于教材教学中描述流体中颗粒物的运动速度。但是此公式还存在一些问题,对一些流体中比较微观的粒子的运动,理论计算运动速度和实际运动速度是有很大的误差的,产生误差的原因是该公式没有考虑到一些流体内在因素对颗粒运动的影响。在教学过程中以牛奶的稳定性为例子,按照教材中提供的假设,脂肪球在脱脂乳中的运动速度是-1.61×10-7m/s,为便于学生理解这个微观尺度的运动速度,提出让学生动手计算:假设牛奶放置10天,看看脱脂乳的运动距离。计算公式如下:

l=u0×t=-1.61×10-7(m/s)×10×24×3600(s)

≈0.139(m)≈13.9(cm)

计算后发现产生13.9cm的运动距离(接近A4纸长边的一半)。让学生回想实际生活中牛奶的货架期,牛奶在十天内一般是稳定的,不会出现分层现象,让学生认识到理论计算结果与实际的矛盾,继而引出产生这种矛盾的分析。通过理论计算结果和现实中实际现象的分析,让学生认识到理论虽然是从实践总结归纳得到的,但是理论应用于实践是有条件的。当实践问题环境条件改变时,需要对原有的理论做出适当的修正。结合当前在该领域的研究进展,更新学生对乳化液流体属性的认识,引起学生对乳化液稳定性问题的思考,鼓励学生思考新的解决办法。

4.学习资源

①周清晓:“浅谈斯托克斯定律的应用”,载《教育现代化》2019年第68期;

②王光卿:“稠油脱水效率影响因素的分析研究”,载《中国石油和化工标准与质量》2018年第7期;

③王龙、李家春、周济福:“黏性泥沙絮凝沉降的数值研究”,载《物理学报》2010年第5期;

④庄达民、袁修干:“重力作用下尘粒运动的数值解法”,载《中国安全科学学报》1998年第6期;

⑤陈昭宜:“斯托克斯定律在环境工程应用中的质疑”,载《环境工程》1986年第4期。(https://www.daowen.com)

案例2 爱国主义情怀和民族自豪感、自尊心和自信心培养

在膜分离技术原理及其在食品工业中的应用教学部分中,通过介绍我国在这方面取得的成就,对学生进行课程爱国主义教育,激发学生的民族自豪感、自尊心和自信心。

1.知识点

膜分离技术原理及其在食品工业中的应用。

膜技术是用天然或人工合成的高分子薄膜以外界能量位差(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)为推动力,在实际工作过程中,把双组分或多组分的溶质和溶剂实施有效分离,在分离的基础上实现对其分级提纯,最后达到相关溶质或溶剂的富集。

膜分离技术是把选择性透过膜作为分离介质,在膜的两侧产生一定的推动力时,通过原料侧组分选择性地透过膜,就可以达到分离提纯的目的。

膜分离技术具备以下特点:选择性强,是一种高效的分离过程;分离过程中不发生相变化,耗能低,故又称省能技术;在使用过程中不需要加热,也不用进行相关的化学反应;应用范围较广,对于有机物、无机物、溶液等都适用;操作简单,使用成本低,在食品工业中越来越得到广泛的应用。我国膜分离技术虽然发展比较晚,但是该领域技术发展迅速,并取得了很好的成就。

2.思政目标

教学过程中,在膜分离技术历史发展介绍部分,通过介绍我国在膜分离技术方面的发展成就,培养学生爱国主义思想和热情。

3.教学过程

在讲述到膜分离这一部分,从以下方面对学生进行爱国主义教育:

我国在膜分离技术中取得的成就。我国膜技术研究起步于1966年,1970年末开始步入工业化,并不断扩大研究应用领域,目前已形成一支相当规模的膜及膜应用技术的研究队伍和膜产业基地。我国膜市场的量增长很快,国家已投资建设了多个膜产业示范基地,如废水处理用膜组件及系统处理装置产业化示范工程、建立复合反渗透膜国产化及水工业成套技术装备生产基地等,中国在膜分离技术的研究开发方面已涌现出一批具有实用价值,接近或达到国际先进水平的成果。我国2019年膜产业总产值达到2200亿元,反渗透膜在中国整个膜市场中所占份额最大,占膜行业市场份额的50%左右。截至目前,我国已成为全球反渗透膜最重要的生产国家之一,产量占比约为19%,仅次于美国。我国也是最大的反渗透膜消费国家,消费量占全球反渗透膜消费量的比例为26%。通过我国在膜分离技术产业方面的进步,增强学生的荣誉感和爱国主义热情。

个人成长方面,膜技术领域也大有可为,南京工业大学的徐南平院士团队多年来从事无机膜技术的研究攻关,其成立的公司已经上市,为我国无机膜产业的发展做出了重要贡献。通过个人的成长案例,教育学生结合国家、社会需求,通过知识劳动勤劳致富。

4.学习资源

①林梅、谷玉红:“膜分离技术在水果加工中的应用探讨”,载《现代食品》2019年第14期;

②郭浩等:“膜分离技术在水果加工中的研究进展”,载《生物加工过程》2019年第1期;

③朱鋆珊、马平、郭丽:“膜分离技术及其应用”,载《当代化工》2017年第6期;

④姜峰、李洁艳、周志强:“膜分离技术在食品工业中的应用”,载《价值工程》2015年第1期。