人类对于一切事物内在规律的认知总是基于客观实践，符合从感性开始逐步上升为理性的认知进程。人类所认知的知识划分为不同的学科领域，某一学科的知识结构体系由多种课程知识构成。人类对于知识的认知处于不断发展深化的过程之中。对于学生来说，课程学习就是对课程知识实现认知的一个过程。课程教学中所讲授的知识内容和研究问题的方法始终是教学的核心和灵魂。教师应多从理论深度剖析课程知识结构，积极促进学生实现对课程知识的深度理性认知。达到能够合理利用知识有效地分析和解决实际问题的教学目标，是教育教学的使命与责任。
为适应国民经济全面和谐发展的需要，我国化学工业面临着从大化工向强化工的转型。国家需要通过高等教育，及时培养真正掌握化工科技理论知识和化工新技术开发技能的卓越人才，并使之投身化学工程领域，承担起高水平的化工技术流程和设备创新性设计及设备高效运行的有效技术控制这一艰巨任务。高等教育面临着拓宽视野、提升境界、提高教育教学质量的必然需要。
因此，高校要创造性地制定新的专业人才培养目标和计划，规划教学知识模块，设计结构合理的课程体系，设置起龙头带动作用的主干课程。在化学工程学科领域，化工原理就是能够起龙头带动作用的主干课程之一。在着力培养化学工程卓越科技人才的过程中，教师应当从课程功能、课程知识体系、课程研究工程问题时建立的灵活多样的科学考察观点和科学处理方法等方面，对该课程进行深刻剖析，引领学生达到理性认知，使教育真正起到学知识、育智慧的核心作用。
一、化工原理课程在化学工程学科中的功能
化工原理课程是利用物理原理、化学原理和数学方法等自然科学理论知识，研究各种化工单元操作的科学理论基础和工程技术原理，从而为化工工艺流程设计、各类化工设备设计和设备运行技术控制提供理论基础。随着人类认知能力和科学技术水平的不断提高，化学工程学科的内涵得到了持续的充实和丰富。但是，动量传递工程、热量传递工程、质量传递工程和化学反应工程，即学术界所称的“三传一反”，始终是化学工程学科科学技术理论的主体骨架。化工原理是化学工程学科的主干课程，承担着工程科学和工程技术的双重教育任务，主要研究基于动量传递理论、热量传递理论和质量传递理论的各种化工单元操作的科学理论基础和工程技术原理及以此为指导的化工工艺流程设计和设备设计，以及工艺设备运行技术控制的理论。各种化工单元操作是有机地建构各类化工生产工艺技术流程的必需元素。据统计，在一般的化工工艺流程技术中，各种化工单元操作的投入费用约占总投入费用的６０％～７０％。
因此，在实际化工生产中，化工工艺流程中各种化工单元操作技术设计的先进性及生产运行技术控制的优劣性，对工艺流程技术的先进性和经济性起着举足轻重的作用，而这与相关人员对化工原理课程知识体系的掌握和利用状况有着潜在的关系。
二、化工原理课程内容知识体系的理性认知
从表面上来看，化工单元操作种类繁多，涉及的知识内容复杂多样，主要有流体流动、沉降、过滤、换热、吸收、精馏、干燥、萃取等；涉及的设备主要有流体输送管道和机械设备、多相混合物的分离设备、换热设备、塔类设备等。工程技术科学理论和技术原理的研究及认知，遵循科学研究的一般原则和规律，即进行科学观察与理论分析，从感性认识深入到理性认识，从实践上升到理论，透过表面现象弄清本质。根据各种化工单元操作主要依据的理论基础，其可分为如下三大类：１．以动量传递理论为基础的单元操作主要有流体流动、流体输送机械、流体通过颗粒层的流动、颗粒的沉降和流态化等；２．以热量传递理论为基础的单元操作主要有加热、冷却、冷凝、蒸发等；３．以质量传递理论为基础的单元操作主要有气体吸收、液体精馏、固体干燥、液液萃取等。联系所有化工单元操作的一条主线就是单元操作中均进行着“传递过程”。学生只有深刻认识这个层面之后，才能够理解化工原理课程为何能够容纳那么多种类的化工单元操作及教学中各种化工单元操作的合理顺序安排。
几乎所有工艺设备中的工艺物料所发生的过程均是在物料流动状态下进行的。研究流体流动的规律不单是为了解决工程中管路流体输送这种既基本又常见的问题，同时也是为了研究并掌握流体流动时的内部结构和变化规律，从而为进一步研究流体流动影响工程中传热过程和传递过程的机理和规律奠定理论基础。所有发生于工艺设备流体内的“传递过程”均可以通过掌控流体的流速这一工程因素，达到工程技术控制的关键性作用。
三、化工原理课程研究工程问题时的科学考察观点
在研究工程问题时，根据研究目的的不同，化工原理课程建立了多种科学、有效的考察观点：根据所关注的控制体，可分为质点考察法、微元体考察法、总体考察法；根据控制体中所发生的过程是否随时间变化，可分为定态考察法及非定态过程的拟定态考察法。
在工艺设备内的物料发生了什么样的“传递过程”？这种过程进行的“速率”怎样？各工程因素“如何影响”过程的速率？为了达到预定过程的目标，如何设计出设备结构及主要尺寸？这些通常是进行化工过程研究的主要关注点。在研究问题之前，根据要达到的目的，我们先要选择最适宜的视角，避开复杂的因素，明确着眼点，即建立科学的考察观点。如为了研究流体流动过程中的规律，我们应该先忽略复杂流体内部的分子运动，合理地定义流体的质点，以质点的运动状态表征流体的运动状态。这样一来，流体的运动状态就变得可监测和可调控了。微元体考察法是基于高等数学微积分思维方式处理实际问题的。如在研究流体流动过程中机械能变化的规律、通过壁层热传导的速率、通过间壁式传热时传热面积与传热温度差之间的变化关系、通过填料层内气液间传质时填料层高度与传质浓度差之间的变化关系等工程问题时，我们可以灵活地选取数学坐标系，根据相应的物理原理，合理建立微元体的数学描述关系式，再根据工程实际，明确数学积分的边界条件，然后积分处理得出所要研究的目的关系式。
在某些工程过程中，如果以明确输入物理量与输出物理量之间的关系为目的，则研究时应取整体作为考察对象进行分析及数学描述，如整台换热器的热量平衡、吸收塔的物料平衡、精馏塔的物料平衡和热量平衡等工程问题。
四、化工原理课程研究工程问题时的科学处理方法
化工原理课程知识体系处于逐渐发展的过程中，知识结构愈加完整清晰，知识内涵愈加丰富多样，尤其是包含着多种工程策略性知识，即研究工程问题时的多种科学处理方法。在各单元操作的分析和描述中，根据复杂工程问题的特性，所采用的工程问题处理方法主要有系数校正法、参数归并法、过程分解组合法、极限处理法、实验研究法、数学模型法等。这些方法呈现出鲜明的科学逻辑性、灵活思想性和科学方法论，是数代工程技术研究者的心血积累和智慧策略的体现。
当研究实际的工程问题时，研究者首先要分清问题中的主要矛盾和次要矛盾，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，利用理论分析描述问题，得到反映问题本质规律的数学关系式；然后再考虑次要矛盾的影响，根据实践经验，在数学关系式中加上合理的系数给予校正。研究孔板流量计算式、毕托管流量计算式等工程问题时就利用了这种系数校正处理方法。参数归并法又称集总参数法。很多化工实际问题通过数学描述后所得到的数学关系式的形式较为复杂，为了将其进行简化，使之变得简捷实用，我们就要根据实际生产中的情况，对复杂关系式中的诸变量做分析，如哪些物理量是在生产过程中需要不断调整的工程参数，哪些是在一般情况下不易发生变化的或者不需要做调整的工程参数。这种情况下，我们可以将不易发生变化的、一般不需要做调整的，以及必须通过实验获得数值的多个工程参数进行归并，定义为一个新的工程参数来表示这一多个工程因素的组合式，从而得到通常情况下方便应用的简捷数学公式。
如表达悬浮液过滤时的速率、流体对流传热速率和流体对流传质速率时，均是基于参数归并法的思维模式，形成了形式简捷的过滤速率式、牛顿冷却定律和流体对流传质速率式。研究一个较为复杂的工程问题时，我们应先将这个复杂的过程（或系统）分解为联系较少或相对独立的若干个子过程（或子系统），分别研究各子过程（或子系统）的特有规律，然后再将各子过程（或子系统）综合联系起来，从而得到它们之间的相互影响及总体效应。研究带泵管路时首先要分别研究管路的特性方程和泵的特性方程，然后将问题综合起来分析泵的工作点。研究填料层高度时要分别分析影响传质单元高度和传质单元数的因素。研究板式塔高度时则要分别研究理论塔板数、塔板效率和板间距。此类问题的研究过程都是过程分解与组合法基本工程思想的体现。极限处理方法是一种假设工程某条件处于某种极端状况下分析问题的方法。气体吸收确定吸收剂合理用量、液体解吸确定解吸气合理用量、液体精馏确定合理的塔顶回流比等工程问题的研究均利用了极限处理方法的思维模式，同时显现了重要的工程参数对于技术优劣性和经济性的关键性影响作用。实验研究方法是在物理量纲理论和π定理的指导下，研究复杂工程问题时常用的经典实用方法。研究管内流体湍流流动的机械能损失、颗粒在流体介质中沉降运动的阻力、液体搅拌功率、对流传热系数、对流传质系数等工程问题时，均应用了实验研究方法。数学模型方法又称为半理论半经验方法，研究流体穿流过固定颗粒床层时的机械能损失这一工程问题时就采用了这种方法。数学模型方法是对所研究的问题先从本质上做出深刻的剖析，在保持所研究的目标函数值等效（即不失真）的前提下，将复杂的真实模型巧妙地转化成可以利用已有相关理论进行数学描述的简单物理模型，这样就将一个复杂的真实问题转变成了一个简单的工程问题。构思出合理的物理模型是数学模型方法中创新性思维的关键所在。在将复杂问题进行构思简化的过程中，我们必须清晰地意识到，影响目标函数值的各工程因素值要保持相等，以保证所研究的目标函数值等效。显然，要做到这一点，研究者必须对所研究问题的内在规律，特别是对决定所研究目标函数值的最本质的工程因素做出正确的剖析。当前，化工技术问题的研究已经发展到较高的水平，遇到新的技术问题时，我们应当积极地联想到相关问题，尽可能有效地利用已有的基础理论、研究策略和研究成果。因此，数学模型方法是有着发展优势和巨大潜力的工程方法。
五、化工原理课程知识体系源于科学理论的科学建构
科学是反映自然、社会、思维等方面的客观规律的分科的知识体系，技术是人类利用自然和改造自然的过程中积累起来并在生产劳动中体现出来的经验和知识，技术的根基是科学。化工原理课程知识体系正是基于自然科学基础理论的科学建构建立起的进行化工技术设计和设备设计的理论基础。
在研究人类学习认知的理论进程中，建构主义是认知主义发展到一个新阶段的理论。该理论从心理学的角度研究内部因素和外部环境因素的相互作用机制，揭示人的认知发生的要素及进程，即基于适宜的学习情境、良好的协作及交流，进而基于大脑中已有的认知基础材料，经过理性思维进行意义建构。建构主义理论的核心思想是把认知作为一种知识建构过程，其核心问题是如何实现新知识与原有认知基础的互通。在课程教学过程中，教师应结合化工原理中几种重要工程理论的形成过程，阐述由科学理论建构工程理论的过程，意在突出研究过程的科学性、思想性及逻辑性，引导学生学会观察问题、描述问题，培养学生科学、理性的逻辑思维能力，让学生切身体验通过知识的意义建构达到理性认知的过程。如导出流体动力学方程、推导平壁热传导和圆筒壁热传导工程计算公式、形成颗粒沉降和分离设备的工程计算式、得出气体吸收塔中填料层高度的计算公式等过程均蕴涵着利用科学基础理论建构工程理论的方法及进程。
在当今化工高等教育教学中，强调化工原理课程知识学习达到理性认知的程度，不仅意在强调化工原理课程知识在化学工程学科中的重要性，更是为了培育学生踏踏实实的学风、严谨认真的态度、科学理性的素养、热爱化工事业的情怀和献身化工实际的远大理想。教师只有真诚地热爱自己的专业，崇尚专业知识，且孜孜以求，才能够真正履行教书育人的神圣使命，为国家培养出化工科技进步所需的栋梁之材。