從化工人才培養(yǎng)談化工設(shè)計課程的教學改革

郭泉輝，李 娟，馬新起，王樹立，張文輝

（1.河南大學化學化工學院，河南開封 475004；2.鄭州大學化工與能源學院，河南鄭州 450052）

從化工人才培養(yǎng)談化工設(shè)計課程的教學改革

郭泉輝1，李 娟1，馬新起1，王樹立1，張文輝2

（1.河南大學化學化工學院，河南開封 475004；2.鄭州大學化工與能源學院，河南鄭州 450052）

作為化學工程與工藝的專業(yè)課程，化工設(shè)計在培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面起著重要作用。本文針對化工設(shè)計課程教學中存在的問題，探討了化工設(shè)計課程在理論教學和實踐教學等方面的改革，以期更好地培養(yǎng)合格化工專業(yè)人才。

化工設(shè)計；教學改革；綜合素質(zhì)；創(chuàng)新能力

隨著我國經(jīng)濟迅速的發(fā)展，社會對化工人才的需求越來越迫切，對化工人才質(zhì)量的需求越來越高，同時對化工人才培養(yǎng)也提出了更高的要求。本科院校工科教育的主要目標是培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才，以適應社會發(fā)展的需要［1］。工程人才的培養(yǎng)應該是使學生在獲得專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時還必須具備全面的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力［2］。但是我國化工高等教育目前仍基本沿襲著陳舊的培養(yǎng)模式，導致學生的綜合實驗能力、工程實踐能力等綜合素質(zhì)較低，而且統(tǒng)一的培養(yǎng)規(guī)格、呆板的培養(yǎng)方法和老化的教學內(nèi)容也不利于新形勢下學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在化學工業(yè)中，一項化工新技術(shù)從概念形成至實施投產(chǎn)，大體要經(jīng)過化工技術(shù)的研究、過程開發(fā)、項目設(shè)計、工程建設(shè)、試車投產(chǎn)等階段。化工設(shè)計把過程設(shè)計與工程設(shè)計有機地結(jié)合在一起，是化工基本建設(shè)和企業(yè)技術(shù)改造不可缺少的重要環(huán)節(jié)，同時也是一項創(chuàng)新性的勞動。無論是新廠的建設(shè)、老長的改造，都離不開化工設(shè)計。因此，設(shè)計者必須具備較全面的的化工綜合素質(zhì)，同時還應具有較強的創(chuàng)新能力［3］。所以為了培養(yǎng)化學工程與工藝專業(yè)學生的工程意識，大多數(shù)高校都把化工設(shè)計類課程列為其教學計劃的重要內(nèi)容。

1 化工設(shè)計課程的內(nèi)容和特點

化工設(shè)計是高等學?；瘜W工程與工藝專業(yè)一門專業(yè)必修課，是大學四年所學主要課程綜合運用過程的系統(tǒng)訓練。化工設(shè)計是以化工廠生產(chǎn)裝置的建設(shè)為目的，在確保技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境和安全可靠性的前提下，設(shè)計最佳的工藝技術(shù)路線，通過工藝軟件的模擬分析，確定優(yōu)化的工藝流程、工藝條件、設(shè)備選型及其它非工藝專業(yè)等內(nèi)容。由于它要求學生具備物理化學、化工原理、化工分離工程、化工熱力學和化學反應工程等專業(yè)知識。因此化工設(shè)計是一門綜合性、交叉性很強的課程，涉及的專業(yè)基礎(chǔ)知識范圍非常廣泛。通過該課程的學習，有利于培養(yǎng)學生的獨立工作、獨立思考和運用所學知識解決實際問題的能力，是提高學生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，使大學生向工程師或研究人員轉(zhuǎn)化的一個重要教育環(huán)節(jié)。

2 化工設(shè)計教學中存在的問題

目前在化工設(shè)計課程的教學過程中主要存在以下問題：①為適應“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的高等院校育人教育新模式的要求，高校專業(yè)課程都有一定程度的課時壓縮，造成該課程學時有限，難以滿足課程教學要求；②課程中各類規(guī)定和國家準則、規(guī)范較多，內(nèi)容較為枯燥。根據(jù)以往教學經(jīng)驗，學生的學習積極性較差；③化工設(shè)計課程具有典型的實踐性。因此化工設(shè)計課程的教學也應分為理論教學環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)。但大部分高校都未安排該課程的實踐環(huán)節(jié)。導致學生在課程學習中與實際結(jié)合不夠緊密，無法對課程有良好的認知能力。

3 化工設(shè)計課程改革的措施

3.1 理論教學模式的改革

首先完善課程體系建設(shè)。化工設(shè)計是一門綜合性課程，涉及的專業(yè)基礎(chǔ)知識范圍廣，要求學生具備化工類扎實的專業(yè)知識。這就要求培養(yǎng)方案在制定過程中，應完善化工類教學課程體系的建設(shè)，整合化工設(shè)計有關(guān)教學環(huán)節(jié)，并注重不同專業(yè)課之間的銜接。

例如化工工藝學是化學工程專業(yè)的主干課程，主要介紹化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程的基本原理、生產(chǎn)方法、工藝流程、操作條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能及其優(yōu)化組織和設(shè)計計算。同時研究如何合理組織和安排生產(chǎn)，使生產(chǎn)系統(tǒng)達到最優(yōu)化，實現(xiàn)高產(chǎn)低耗和節(jié)能的目的。而從化工設(shè)計的內(nèi)容來講，根據(jù)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品特點確定工藝流程和設(shè)備選型是進行化工設(shè)計的初步和最重要的工作。因此，化工工藝學的教學環(huán)節(jié)對提高學生的化工設(shè)計能力具有重要作用。流程分析是化學工藝學的一大組成部分，在教學工作中就可以有意識地讓學生認識化工生產(chǎn)的特點。從技術(shù)、經(jīng)濟和安全生產(chǎn)多方面進行流程分析，通過學習可以培養(yǎng)和訓練學生組織和設(shè)計工藝流程的基本素質(zhì)。通過不同課程之間的緊密銜接，可以有效地提高教學效率。

由于化工設(shè)計課程不僅包括化工設(shè)計的基本原理、概念和方法，還涉及化工過程開發(fā)、過程系統(tǒng)工程、計算機輔助設(shè)計、安全工程和化工技術(shù)經(jīng)濟等知識。因此，在學生四年的系統(tǒng)學習過程中，可將化工設(shè)計課程中的部分教學內(nèi)容前移。例如，化工設(shè)計課程中安全防火與環(huán)境保護這一章節(jié)的主要內(nèi)容可安排在安全工程課程中講授；工程概算等內(nèi)容可主要在化工過程開發(fā)和化工技術(shù)經(jīng)濟等課程中進行講解；化工設(shè)備圖和設(shè)備的工藝設(shè)計等部分內(nèi)容可在化工制圖課程中進行講授。而以上部分教學內(nèi)容安排在化工設(shè)計課程開設(shè)之前的相關(guān)課程中講授后，可以減少設(shè)計課程中的重復內(nèi)容，保證和提高該課程教學質(zhì)量。

其次改善教學方法和手段?；ぴO(shè)計課程主要的教學目的是使學生掌握設(shè)計的基本概念和化工廠設(shè)計的基本程序及內(nèi)容。本課程應重點講授設(shè)計方法和基本原則，為了提高教學效果，應注重設(shè)計實例與理論相結(jié)合的方法。在授課過程中，可在每一章的開頭處給出一個工程實例，這個實例應盡量做到幾乎涵蓋這一章的主要內(nèi)容，在授課過程中從這個例題出發(fā)逐步引出本章節(jié)的一些基本的設(shè)計理念、程序和內(nèi)容，即采用“先示例，后解析”的教學方法［4］。使學生能從實例中得到啟發(fā)，并對所引出的一些專業(yè)術(shù)語或相關(guān)知識點的理解比較透徹。這樣的教學方法更能夠提高學生的主官能動性和學習積極性。采用這樣的“啟發(fā)式”教學方法就對該課程的主講教師提出了更高的要求。不僅有利于促進教師深入研究教學內(nèi)容，而且促使教師要有足夠的實踐經(jīng)驗，積極地參加到科學研究去，以豐富教學內(nèi)容，進而提高課堂教學效率和水平。

3.2 強化計算機技術(shù)的應用

由于計算機信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機在化工設(shè)計中的應用幾乎貫穿于工程設(shè)計的全過程和設(shè)計工作的各個方面，而且大型的石化企業(yè)的工程設(shè)計投標，均要求有相應的過程模擬數(shù)據(jù)。因此，應用計算機進行化工設(shè)計是一個化工技術(shù)人員必備的基本技能。面對這樣的形勢，目前高等院校化工設(shè)計類課程教學中必須強化計算機技術(shù)的應用。目前，一些大型的商業(yè)用專業(yè)軟件，如Aspen Tech公司Aspen Plus、SimSci公司開發(fā)的PRO/!等已在國內(nèi)大型企業(yè)和設(shè)計院的設(shè)計過程中廣泛采用。但是由于這些大型商業(yè)軟件價格昂貴，導致了大部分高等院校無法購買，因此學生無法進行學習、操作和訓練。近年來，國內(nèi)一些公司相繼開發(fā)了一些化工設(shè)計類軟件如PIDCAD、ECSS化工之星等。PIDCAD軟件可進行流程圖、設(shè)備裝配圖、車間布置圖的繪制。ECSS化工之星可用于過程研究開發(fā)、過程設(shè)計、裝置的模擬與優(yōu)化等。這些軟件在功能和通用性上盡管還不能與國外開發(fā)的大型商業(yè)軟件想媲美，但是其價格較低，并可滿足目前高等院校的本科教學需求。通過幾年來的使用結(jié)果表明，這些國產(chǎn)軟件可滿足本科教學的設(shè)計開發(fā)工作。且通過實踐證明，將設(shè)計軟件應用于化工設(shè)計課程的教學，不僅提高了學生的設(shè)計水平，也極大提高了學生的學習興趣。

3.3 加強化工設(shè)計課程與實踐環(huán)節(jié)的聯(lián)系

實踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)工科學生綜合素質(zhì)和工程意識的重要環(huán)節(jié)。通過下廠實習，學生可以增強工程概念和感性認識。近年來，我們有意識地加強了化工設(shè)計課程與實踐環(huán)節(jié)的聯(lián)系，在這方面進行了一些有益的探索。例如，在下廠實習過程中，我們要求學生要對實習所在工段或崗位的主要設(shè)備進行物料衡算和能量衡算，以便使學生能夠理論聯(lián)系實際，將所學的理論知識應用于工廠實踐中；化工設(shè)計課程的主講教師作為實習指導教師有意識的針對后續(xù)專業(yè)課程的教學內(nèi)容，啟發(fā)和引導學生思考。并通過現(xiàn)場指導，使學生對工藝流程的設(shè)計、設(shè)備的選型、管路、和典型設(shè)備的設(shè)計安裝以及車間布置等化工設(shè)計課程中涉及的部分內(nèi)容提前有所了解和熟悉。這樣的實習，學生不僅對化工產(chǎn)的整體了解和工程概念的建立會有很大的提高，同時也為后面的課程教學打下基礎(chǔ)。

但由于目前工廠顧及安全與效益，及目前各高校實習經(jīng)費較為緊缺等問題，實習的時間不長，只能完成部分車間或裝置的學習，因此，通過化工設(shè)計仿真實驗就顯得非常必要?；み^程仿真模擬真實的生產(chǎn)裝置，再現(xiàn)真實生產(chǎn)過程（或裝置）的實時動態(tài)特性，使學生可以得到非常逼真的操作環(huán)境，學生通過親自動手模擬開車、停車和典型事故處理訓練，能提高理論聯(lián)系實際和分析問題解決問題的能力，將所學的專業(yè)知識與實際生產(chǎn)緊密結(jié)合起來，更加深入地了解化工工業(yè)過程。例如在講解離心泵設(shè)備選型時，就可以通過對離心泵的開停車仿真單元操作來進一步加深對課堂講授知識的理解。

3.4 重視課程設(shè)計，提高設(shè)計的動手能力

化工設(shè)計課程具有典型的實踐性。因此在授課過程中，應選擇一些有生產(chǎn)或科研背景的設(shè)計題目作為學生的課程設(shè)計題目。使學生得到真正的動手設(shè)計機會。從而在設(shè)計過程中，將所學的知識融會貫通。這是一種很好的提高學生設(shè)計能力的途徑和方法。有利于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。

近年來，華南理工大學、浙江大學等高校聯(lián)合在本科生中開展了化工設(shè)計大賽。將課堂所學與實際應用有機結(jié)合，取得了非常好的效果。這種形式打破了高校原有的“課堂、課本、教師為主”的被動模式，是對“學習、實踐、學生為本”的主動教育模式的積極探索。不僅極大地了調(diào)動學生學習的主動性、積極性，而且對于工科學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常有益。這一模式的出現(xiàn)，是對新形勢下高等院?；と瞬排囵B(yǎng)的一種新的有益的探索。值得其它高校借鑒、學習和開展。

總之，作為實踐性和綜合性非常強的化工設(shè)計課程是化學工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)目標中的一個重要環(huán)節(jié)，其教學效果的好壞直接影響到學生的設(shè)計能力與工程意識的培養(yǎng)。目前傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)顯現(xiàn)了許多的弊端，不利于新形勢下學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高，我們需要進行不斷地進行教學改革來實現(xiàn)現(xiàn)代社會對化工人才培養(yǎng)質(zhì)量提高的需求。

［1］王桂榮，王淑芳，王桂赟，等.在化學工程與工藝專業(yè)教學中強化工程意識的培養(yǎng)［J］.化工高等教育，2005，1（83），116－118.

［2］余國琮，馮亞青，房鼎業(yè)，等.化工類專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學內(nèi)容體系改革的研究與實踐［J］.化工高等教育，2001，（3）：9－13.

［3］張志強.提高學生化工設(shè)計能力探討［J］.青海大學學報，2001，19（5）：90－92.

［4］劉 輝，葉紅齊.化工設(shè)計類課程教學改革的幾點措施［J］.高教論壇，2008，12（3）：62－64.

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1003－3467（2010）19－0060－03

2010－08－10

河南大學第九批校級教學改革項目（47）

郭泉輝（1972－），男，博士，副教授，從事《化工設(shè)計》等課程的主講，E－mail：laoguo324@163.com。