化工設計教學改革論文

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[摘要]化工設計是培養學生工程能力和創新能力的核心課程之一，是提高學生綜合素質，使大學生向工程師轉化的一個非常重要的教學環節。本文針對化工設計課程在教學中存在的問題，從理論教學、實踐教學、計算機在化工設計中的應用、課程考核等方面探討了化工設計的教學改革，從而帶動地方本科高等學校完成向應用型轉變。

[關鍵詞]化工設計；工程能力；創新能力；教學改革；應用型

為了適應經濟社會發展的需要，化解高等教育結構性矛盾、扭轉同質化傾向，緩解地方普通本科高校畢業生就業難和就業質量低下的問題，培養生產服務一線緊缺的應用型、復合型、創新型人才，教育部、發改委、財政部于2015年出臺了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》。這既順應了區域經濟社會發展的迫切需求，又是新建本科院校的共同使命與挑戰，更是學校發展再上新臺階的必然選擇[1]。應用型大學應以服務地方經濟社會發展為使命，推進學科專業轉型；以增強學生動手能力、實踐能力、社會適應能力為目標，推進人才培養方式轉變；以特色發展、錯位競爭為途徑，推動人才培養目標轉變。高校是由學科和專業構成的，轉型不應該是學校轉，而是專業、學科轉，以學科、專業帶動學校完成向應用型轉型[2]。在化學工程與工藝專業學生培養過程中，最大的特點是需要從純理論學習過渡到工程學習。但是理論知識與實際工程有很大不同，猶如存在著一個巨大的鴻溝，需要一個橋梁才能越過這條鴻溝。通過這個橋梁，學生能夠熟練利用已經掌握的理論知識去解決實際的工程問題。化工設計是培養學生的工程能力和創新能力的核心課程之一，通過課程學習有利于培養學生的獨立工作、獨立思考和運用所學知識解決工程技術問題的能力，是提高學生綜合素質，使大學生向工程師轉化的一個非常重要的教學環節。化工設計要求學生具備物理化學、化工原理、化工熱力學、分離工程、化工工藝學和化學反應工程等扎實的專業知識。同時，它還要求學生掌握化工設計的原理、概念、方法及基本步驟，并具有利用計算機進行化工計算、化工設計等能力[3-4]。棗莊學院化學化工學院自2011年參加化工設計競賽以來，每年都有全國總決賽及華北賽區的獲獎，多次獲得一等獎、二等獎等。化工學院以“化學工程與工藝”專業列入教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點專業為契機，利用化工設計課程的軸心帶動作用，在促進化工專業向應用型轉變的過程中進行了一系列的探索。

1以“應用能力導向”原則，在理論教學方面注重設計實例與理論相結合

現代工程師的培養，應采用“知行合一，雙核協同”的培養模式，因此，任課教師應明確課程主要培養何種職業能力，怎樣實施教學，并據此構造知識框架及知識點[5-6]。化工設計課程與其他理論課程有明顯的不同，其更強調課程的實用性和工程性。因此授課老師應多從實際工程設計角度設計授課計劃，案例分析和設計實例練習是提高授課質量的一個好方法。化工設計教學內容改革要堅持以“應用能力導向”為原則：即課程要以培養學生應用能力為導向重組、優化教學內容，強化課程體系中能力項在知識點中的分量。化工設計的理論教學主要講授化工過程設計的基礎知識和基本程序，包括工藝流程設計、物料和能量衡算、設備的選型和計算以及車間布置設計等內容。其主要的教學目的是使學生掌握化工設計的基本概念和化工廠設計的基本程序。根據化工設計課程自身的應用性、綜合性特點和“應用能力導向”原則，在理論教學方面應一改以往單純的理論授課模式，引入設計實例，用講解實例的方式貫穿整個化工設計課程的教學始終。注重設計實例與理論知識相結合的授課方法，多從設計實例出發，開展課上與課下的探討，使學生鞏固、加深課堂所學知識，使自己真正融入到設計過程中，增強實際應用的能力，并且充分激發學生的學習興趣。通過綜合運用“啟發式、討論式、研究式、案例式”等多種教學方法，使教學內容側重應用性和時效性，教學方式注重知識的綜合應用。

2提高實踐教學比例，增加實踐和實踐教學環節

棗莊學院化學工程與工藝專業的培養目標是適應我國社會主義建設需要的，德、智、體全面發展的，具有扎實的化學工程與工藝專業基礎知識、良好的科學素質和創新精神，適應區域經濟社會發展需要、工程實踐能力強，從事化學工程與工藝及相關領域工作的應用型高素質專門人才。學生解決實際工程問題的能力，是必須要通過實踐來培養的。通過進一步提高化工設計實踐教學比例，讓學生學會運用最先進的設計軟件進行化工設計，為畢業后從事工程設計打下基礎。首先，化工設計學時數從原來的純理論課32學時，增加到現在的48學時，下一步繼續增加30學時的上機訓練。其次，通過課程設計的形式，組織學生進行四周的化工項目初步設計，讓學生能夠真正了解化工設計的步驟，掌握信息來源的渠道，體會工程師在整個過程設計中扮演的角色和所起的作用。第三，鼓勵學生參加“三井杯”全國大學生化工設計競賽，為教師提供專業知識、教學方法交流的平臺，學生通過大賽設計內容的準備、答辯等過程，提升其專業知識應用水平和工程意識，對培養他們的團隊協作精神和創新意識具有非常重要的實踐意義。同時，棗莊市是全國七大煤化工基地之一，有很多煤化工企業，如兗礦魯化、新能鳳凰等，借助于地域優勢，學生可以經常去企業參觀化工裝置，加深理解課堂所學理論知識。棗莊學院秉著“服務地方，特色發展”的辦學理念，成立了很多校企合作單位，為學生學習化工設計提供了良好的實地學習保障。

3重視計算機在化工設計中的應用

很多高校進行化工設計實踐時，采用查手冊、看圖表、套公式等低效落后的方式，而目前在一流的化工設計院所已逐步采用過程綜合集成、流程優化、在線數據庫、三維CAD、項目協作管理、電子文檔交換等信息技術。化工設計已經成為集化工工藝、計算機技術、工程設計等知識于一體、突出強調現代工程設計能力培養的應用型課程[7]。對現代化工設計來說，從分子結構預測物質性質到工藝流程的設計、設備的選型計算、管道的布置設計，均離不開計算機。計算機在化工設計中的應用可以簡單的概括為三種：一種是設計繪圖，如常用流程圖繪制軟件為美國Autodesk公司的AutoCAD、VMGSim等，繪制管道儀表流程圖還必須使用專門的軟件，例如：上海尤里卡的PEDS三維配管工程設計系統、中科輔龍的PDSOFT三維工廠設計軟件等都有繪制管道儀表流程圖的功能，深圳維遠泰克公司還推出一款專門用于繪制工藝流程圖的軟件PIDCAD；另外一種是流程模擬和設計軟件：AspenPlus、Pro/II、Hysys、ChemCAD、SuperProDesigner等；再就是數據計算，常用的有Matlab、VisualBasic，以及用AspenPlus進行物料衡算和熱量衡算。其中繪圖包括對工藝流程圖、設備工藝及設備圖、設備布置圖、車間廠房布置圖、管路布置圖等的繪制；流程模擬主要是對物性的估算和工藝流程的優化；數據計算包括物料衡算、能量衡算以及經濟核算等。雖然在校園內計算機的普及率非常高，但計算機在專業中特別是化工設計中的應用非常有限。為改變目前現狀，一方面要鼓勵青年教師在這方面進修；同時，應安排適當的課時介紹相關軟件，引起學生對軟件應用的興趣。如果課時允許還可開設一些針對性強的計算機應用選修課程，如Matlab等，使學生有更多的機會掌握這些軟件的應用。這些化工設計軟件功能強大，工作效率高，通過介紹和演示，不僅可以開闊學生的眼界，增加他們的知識面，更能激發他們的學習興趣，提高學生學習主動性。但是，課堂學時畢竟有限，對學生只能起一個引導的作用，關鍵是學生課后自學。另外，我校學生每年都參加全國大學生化工設計競賽并取得很好的成績，這些軟件都在各種化工設計競賽中得到了廣泛應用。將這些軟件應用于化工設計教學中取得了明顯效果，所取得的成績必然會進一步推進我校化工設計的教學改革。

4通過化工仿真實驗訓練，提高學生的動手能力

化工設計是與化工廠實際密切聯系的一門課程，教學過程中應該與實際操作相關聯，才能夠更好地提高教學水平。計算機仿真教學系統一般需要設置基本的操作單元，并附有各操作單元的工作原理和簡單的工藝流程介紹,以及帶控制點的工藝流程圖、DCS圖(Distributedcontrolsystem集散控制系統操作界面)、現場圖、操作注意事項等[8-9]。為了更深入提高化學工程與工藝專業實習教學質量，利用校內氯堿工業工控流程演示平臺、年產30萬噸乙烯生產聯合裝置、年產52萬噸尿素生產聯合裝置、合成氨工藝仿真、甲醇工藝仿真、水煤漿加壓氣化制水煤氣工藝仿真等系統，將平常課本中學到的理論知識和工藝流程通過真實的設備和車間展現給學生。將學生對工程知識的追求，由被動狀態變為主動狀態，這在學生工程設計環節和畢業設計環節中將得到明顯體現。由于整個過程中操作人員根據自己的工藝理論知識和裝置的操作規程在控制室和裝置現場進行操作，并且由操作人員通過觀察分析反饋回來的生產信息，判斷裝置的生產狀況，進行進一步的操作，直至使裝置達到滿負荷平穩生產狀態。因此，通過仿真訓練，可以鍛煉學生的應變能力和處理問題的能力，使學生對實際生產過程有較深的感性認識，既鍛煉了動手能力，又提高了專業知識應用技能，將理論與實際生產緊密結合在一起，大大提高了學生對綜合知識的運用能力。

5與時俱進的考核體系

創新的教學模式需要有豐富的、與時俱進的考核手段。因此，要對考核方式進行一定的改革。教學過程中，設計型作業可以綜合應用所學知識，也是對學生最直接最有效的一種考核。將以往的試卷考試改為試卷、作業、小組討論與發言、設計型作業相結合的綜合考核方式，不僅可以充分調動學生學習的積極性，還可以教會學生應用所學知識去解決實際生產中存在的問題。整個考核體系以教學過程考察為重點，期末考核為基礎，考核過程公開透明。在化工設計中理論教學部分課程總評成績中平時成績占80%，課程理論考試只占20%。這樣可以保證各個大作業在課程實施過程中切實有效地按計劃進行，學生確實能考慮設計任務的方方面面。綜合考核在總體上能夠反映學生對設計思想的把握程度、化工專業知識運用的技能以及學生的創新能力。這些措施能有效地完善考核方法，全面考核學生的綜合知識、能力以及各方面素質，引導學生自覺按照實踐性課程培養目標的要求進行化工設計學習。

總之，目前傳統的教學模式弊端已經很明顯，其不利于新形勢下學生綜合素質的培養和創新能力的提高。化工設計課程的教學改革應以服務地方為目標，結合地方產業，與時俱進，將實際企業中的新技術、新知識、新工藝、新方法及時融入教學，在培養學生自主學習、自主創新能力的同時，完成對學生綜合能力的訓練，從而為當地企業培養“拿來能用”的人才，并以此為契機，帶動地方本科高等學校完成向應用型轉變。

參考文獻

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作者:肖瑞瑞 楊偉 鞠彩霞 單位:棗莊學院