高校本科化工原理課程設(shè)計教學(xué)改革探索

崔鐵兵，王紅芳

（中原工學(xué)院 材料與化工學(xué)院，河南 鄭州 450007）

0 引言

化工原理課程設(shè)計是該課程教學(xué)中對學(xué)生進行的一次綜合設(shè)計訓(xùn)練。 目前，化工原理課程設(shè)計中教學(xué)存在著一些不容忽視的問題，不適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)和化學(xué)工業(yè)新技術(shù)日新月異發(fā)展的需求。筆者試結(jié)合從事課程設(shè)計指導(dǎo)的實踐，分析存在的問題，闡述教學(xué)中的幾點改進性做法。

1 課程定位及課程設(shè)計教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 課程定位

化工原理是化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，也是食品工程、制藥工程、生物工程等專業(yè)的必修課。 該課程緊密結(jié)合應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的特點，圍繞單元操作原理和應(yīng)用的主題，以動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞過程為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹流體輸送、沉降與過濾、傳熱、蒸餾、吸收等各單元操作的基本原理、基本計算方法、工程應(yīng)用，從而使學(xué)生能清楚地掌握各單元操作的基本原理及基本計算方法，樹立工程觀念[1]。

1.2 課程設(shè)計的要求

化工原理課程設(shè)計是對學(xué)生進行的一次綜合設(shè)計訓(xùn)練和對此前所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識的一次總結(jié)，也是對化工原理和化工設(shè)備課程教學(xué)效果的一次檢驗。 要較好地完成課程設(shè)計，僅靠已有的書本遠遠不夠，在這一過程中，學(xué)生必須接受作為工程技術(shù)人員所必須具備的基本技能和工程素質(zhì)等方面的訓(xùn)練，包括工具書、國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的使用，經(jīng)驗公式和經(jīng)驗數(shù)據(jù)的選擇，其他文獻資料的查閱，設(shè)計成果的分析判斷等。 因此，在課程設(shè)計中，教師必須注意培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決工程實際問題的能力。 在此之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了化工原理、AUTOCAD 繪圖、機械制圖等基礎(chǔ)課程，但這些課程都是自成體系、相互獨立的，學(xué)生在學(xué)習(xí)中并沒有將它們看作是一個有機整體，將其綜合起來共同用于解決工程中的某個實際問題。 課程設(shè)計正好為此提供了一個很好的機會，可以將有關(guān)基礎(chǔ)課知識綜合運用在某個特定的設(shè)計課題上，解決工程實際問題[2]。

1.3 課程設(shè)計存在的主要問題

目前，在化工原理課程設(shè)計中，部分院校仍然采用手工計算的方法開展課程設(shè)計，甚至個別院校還采用手工制圖的方法。 這種教學(xué)方法使學(xué)生作業(yè)量大，但內(nèi)容卻不豐富。 即使有些學(xué)校采用計算機繪圖，也存在學(xué)生易抄襲的問題，達不到真正提高學(xué)生能力的目的。 現(xiàn)在計算機已經(jīng)在各行各業(yè)、各個領(lǐng)域中得到了充分應(yīng)用，在實際生產(chǎn)中，手工繪圖早已被淘汰，各種計算軟件也日益成熟[3]。 但是，這樣的教學(xué)方法要么實際脫節(jié)，使學(xué)生沒有機會利用計算機進行繪圖和計算，要么存在互相拷貝電子圖紙、抄襲圖紙的現(xiàn)象。 這樣的課程設(shè)計與學(xué)生就業(yè)后的工作實際脫節(jié)，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

2 化工原理課程設(shè)計的幾點做法

由于課程設(shè)計所要解決的問題非常貼近生產(chǎn)實際，極具實踐意義，所以我們在選題上都盡量結(jié)合工廠流程，并增加計算機輔設(shè)計[4]內(nèi)容。 學(xué)生每人一套設(shè)計數(shù)據(jù)(各不相同)，分成小組，設(shè)計時以小組為單位進行討論，但要求必獨立完成。 在這個過程中，既培養(yǎng)了學(xué)生的團隊精神，又鍛煉了他們綜合運用所學(xué)知識獨立工作的能力[5]。 具體做法如下。

2.1 注意課程設(shè)計任務(wù)量與時間相匹配

大部分院?；ぴ碚n程設(shè)計時間安排是2周，有的是3 周，個別的是1 周。 可根據(jù)時間的不同安排不同的工作量。

以精餾塔設(shè)計為例，如果課程設(shè)計時間安排為1 周，可只設(shè)計精餾塔主體。 計算精餾塔的塔板數(shù)、板間距、塔徑，溢流堰高度及降液管底隙高度；如果課程設(shè)計時間安排為2 周，可附加設(shè)計精餾裝置的部分附屬設(shè)備，如塔頂冷凝器、塔底再沸器等；如果課程設(shè)計時間安排為3 周，可再增加一部分附屬設(shè)備和管路計算，如塔底再沸器強制循環(huán)泵選型計算、精餾塔進料預(yù)熱器計算、設(shè)備接管尺寸確定等；如果時間允許，可機動調(diào)整任務(wù)量，隨時增加設(shè)備控制點設(shè)計、設(shè)備布置設(shè)計等內(nèi)容，引入化工儀表和化工設(shè)計相關(guān)設(shè)計內(nèi)容，豐富化工原理課程設(shè)計。

需要注意的是，為使每個學(xué)生在化工原理課程設(shè)計中都得到鍛煉，可將課程設(shè)計任務(wù)根據(jù)不同體系、不同產(chǎn)量、不同原料和產(chǎn)品質(zhì)量要求等分為不同的設(shè)計內(nèi)容，使每位同學(xué)的參數(shù)都不一樣，即使是同一組的同學(xué)，也可人為規(guī)定不能采用同樣回流比的方法，使每位同學(xué)的設(shè)計任務(wù)不同，迫使其自主動手設(shè)計。

2.2 以計算機繪圖和計算代替手工繪圖和計算

在理論教學(xué)中，學(xué)生是被動的接收者和受啟發(fā)者，又是主動的吸收者和思辨者，而在實踐教學(xué)中，學(xué)生是實踐理論的執(zhí)行者。 要改變傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)觀念，更加注重調(diào)動和激發(fā)學(xué)生作為主動吸收者和思辨者的角色，提出充分要求，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成自己動手的習(xí)慣，發(fā)揮其主觀能動性，盡可能多地創(chuàng)造機會，使學(xué)生將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到課程設(shè)計中。

本科院校本課程均在三年級開設(shè)，這時學(xué)生的基礎(chǔ)課程均已學(xué)完，且均已完成計算機編程、AUTOCAD繪圖等課程的學(xué)習(xí)。 在課程設(shè)計中，可以要求學(xué)生利用CAD 軟件繪出所設(shè)計設(shè)備的裝配圖，不僅要求圖紙整潔、美觀，而且要求能將設(shè)計與計算機應(yīng)用知識緊密結(jié)合，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)他們掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)解決工程問題的能力[6]。

任務(wù)下達后，可將學(xué)生分為若干小組，讓學(xué)生先進行模擬設(shè)計，即只列公式而不用計算出每一步的結(jié)果。 這樣可節(jié)省大量的時間。 模擬設(shè)計結(jié)束后，再讓他們利用學(xué)過的計算機編程知識將公式編成計算程序，并用設(shè)計使用到的物性數(shù)據(jù)（如精餾塔設(shè)計中被分離組分的相平衡數(shù)據(jù)、黏度、密度、表面張力、臨界溫度數(shù)據(jù)）建立數(shù)據(jù)庫，再采用數(shù)據(jù)庫調(diào)用的方法，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用到計算過程中。 這樣可以避免大量重復(fù)性工作（如精餾塔設(shè)計中理論塔板數(shù)的計算）和迭代計算過程。 手工計算從任務(wù)下達到計算出結(jié)果的整個過程一般需要8～9 天的時間，而經(jīng)過實踐，采用計算機輔助設(shè)計，從任務(wù)下達到程序調(diào)試成功，整個過程則只需3～4 天，且結(jié)果更加精確。 在剩下的時間里，各組就可以根據(jù)自己不同的計算結(jié)果，利用繪圖軟件繪制設(shè)備圖和流程圖。 這僅需要兩天時間。 這樣，一周時間就可完成單一精餾塔的設(shè)計任務(wù)。 在精餾塔的設(shè)計過程中，學(xué)生利用Visual Basic 編制程序，方便而快捷。

2.3 結(jié)合生產(chǎn)設(shè)計，引用現(xiàn)行規(guī)范

課程設(shè)計不僅是對理論知識的應(yīng)用，更是學(xué)生建立基本設(shè)計思想的課堂。 對于設(shè)備的設(shè)計，一般是通過教材上通用計算公式計算出結(jié)果來實現(xiàn)的。但對于設(shè)備布置等擴展性設(shè)計內(nèi)容，應(yīng)讓學(xué)生查閱國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 目前國家和各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不斷更新，作為工程設(shè)計人員，只有按照有實效的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計出的產(chǎn)品才為合法，又因為化工行業(yè)的高危險性的特點，一旦發(fā)生事故，就會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，因此在設(shè)計上更要慎之又慎。 而引用現(xiàn)行規(guī)范是做到安全設(shè)計的根本要求。 例如化工廠設(shè)備布置所依據(jù)的現(xiàn)行的《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計規(guī)定HG/T 20546-2009》于2009 年12 月4 日發(fā)布，于2010 年6 月1 日實施，之前的版本HG/T 20546-1992 同時廢止。 于是，我們就要求同學(xué)們無論從事任何設(shè)計，都必須依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并向同學(xué)們灌輸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的時效性和合法性概念，使學(xué)生樹立正確的設(shè)計理念。

2.4 改革考核方式，避免圖紙抄襲

以往考核通常都是老師根據(jù)學(xué)生交上來的圖紙和計算書、設(shè)計說明書給出學(xué)生的課程設(shè)計成績，結(jié)果往往會出現(xiàn)圖紙與計算書不一致的現(xiàn)象，設(shè)計說明問題多，且給出成績后，缺少問題反饋的環(huán)節(jié)，學(xué)生并不能真正了解自己設(shè)計的作品缺陷具體在哪，今后設(shè)計應(yīng)注意哪些內(nèi)容等。 因此，這種只看材料、不見學(xué)生的考核方式必須改革，切實把好考核關(guān)?？梢孕〗M為單位，依據(jù)設(shè)計圖紙和設(shè)計計算書進行答辯，教師通過提問、指正等方式，了解學(xué)生在實際設(shè)計中對知識的掌握程度，并指出學(xué)生的錯誤所在，提出正確的設(shè)計方法。 答辯環(huán)節(jié)在考核分?jǐn)?shù)中所占的比例一定要大，不應(yīng)少于60%。

需要注意的是，考核方式一定要事先公布，不然，由于考核時學(xué)生準(zhǔn)備不充分，效果會不明顯。

3 結(jié)語

在化工學(xué)科飛速發(fā)展的今天，完善化工原理課程設(shè)計，有利于推動學(xué)校教學(xué)改革進程，促進課程體系建設(shè)。 化工原理課程設(shè)計是工程技術(shù)類課程，實踐性很強，必須使學(xué)生受到必要的工程意識、工程思維和工程方法的培養(yǎng)及訓(xùn)練。 應(yīng)引入現(xiàn)代化的教學(xué)理念和設(shè)計工具，實現(xiàn)與國內(nèi)外先進的教育理念和教學(xué)方式的接軌，與社會生產(chǎn)實驗的接軌，培養(yǎng)更優(yōu)秀、更加全面的應(yīng)用型人才。

[1] 王士財.淺談化工原理課程教學(xué)改革[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報，2010，22（2）:157-160.

[2] 趙元.加強實踐環(huán)節(jié)提高化工原理課教學(xué)質(zhì)量[J].石油教育，1999，84（5）：47-48.

[3] 李金龍，賈麗華，隋國哲，等.淺談化工設(shè)計課程教學(xué)改革[J].化工高等教育，2010（5）:64-66.

[4] 婁愛娟.化工設(shè)計教學(xué)改革的思考[J].化工高等教育，2003（2）:69-70.

[5] 杜郢，馬江權(quán)，冷一欣. 化工原理教學(xué)改革的探索[J]. 江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2006，7（1）:75-76，86.

[6] 劉軍.化工原理課程教學(xué)改革初探[J].職業(yè)技術(shù)教育，2006，27(14):41-43.