以工程和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的化工專業(yè)基礎(chǔ)課程建設(shè)

劉夢(mèng)溪 盧春喜 郭緒強(qiáng) 劉艷升 陳光進(jìn) 魏耀東

摘要：針對(duì)石化行業(yè)和國(guó)家能源戰(zhàn)略的發(fā)展需求，必須加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課程的建設(shè)，培養(yǎng)出“專業(yè)理論基礎(chǔ)扎實(shí)、工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高”的高水平工程技術(shù)人才?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)基礎(chǔ)課程教師通過(guò)大量分析與總結(jié)，找到了原有教學(xué)模式的弊端，通過(guò)教學(xué)模式的頂層設(shè)計(jì)，提出了以工程和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的新的培養(yǎng)模式，在建立具有鮮明行業(yè)特色的教師和教材建設(shè)、建立多樣化的提高工程實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)體系、建立本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新模式三個(gè)方面展開(kāi)了大量的教學(xué)工作，并取得了顯著的成績(jī)。

關(guān)鍵詞：工程能力；創(chuàng)新能力；培養(yǎng)模式；基礎(chǔ)課程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）37-0035-02

化工專業(yè)基礎(chǔ)課程主要包括《化工原理》、《化工熱力學(xué)》、《化學(xué)反應(yīng)工程》以及相關(guān)的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和化工原理課程設(shè)計(jì)等課程。根據(jù)石化行業(yè)以及國(guó)家能源戰(zhàn)略的發(fā)展需求，原有的培養(yǎng)模式已無(wú)法滿足這一要求，必須通過(guò)加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課程的建設(shè)，建立以工程能力和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的新型培養(yǎng)模式，才能夠培養(yǎng)出高水平的工程技術(shù)人才。本文在對(duì)日常教學(xué)、學(xué)生尤其是已畢業(yè)學(xué)生反饋、用人單位反饋進(jìn)行大量分析與總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了以工程和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的新的培養(yǎng)模式，并進(jìn)行了多方面的建設(shè)工作。

一、面向石油化工行業(yè)特色，強(qiáng)化教師隊(duì)伍與課程建設(shè)

1.建立具有較強(qiáng)工程能力的教師隊(duì)伍。在以工程能力和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的新型培養(yǎng)模式中，教師不但要具有較高的科研水平，還應(yīng)該具有極為深厚的工程背景。課程教師隊(duì)伍共由20名教師組成。為了提高教師的工程能力，聘請(qǐng)資深煉油化工設(shè)計(jì)人員定期進(jìn)行講座。在科研成果的工業(yè)化轉(zhuǎn)化過(guò)程中，鼓勵(lì)年輕老師共同參與，提高其工程能力。通過(guò)幾年的建設(shè)，形成了一只高水平的教師隊(duì)伍：1名教授被評(píng)為北京市高等學(xué)校教學(xué)名師、2名教授被評(píng)為校教學(xué)名師、1名副教授被評(píng)為校品牌課教師、《化工原理》教學(xué)團(tuán)隊(duì)被評(píng)為北京市優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)、建設(shè)了《化工原理》與《化工熱力學(xué)》2門(mén)北京市精品課程。

2.形成了具有鮮明行業(yè)特色的教材體系。原有教學(xué)模式中采用的都是化工通用的教材，根據(jù)畢業(yè)生和用人單位的反饋，教材內(nèi)容不能滿足石化行業(yè)的發(fā)展需求，一些內(nèi)容和方法在工廠也不再使用。為此，任課教師主編了《化工熱力學(xué)》、《化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)》和《流態(tài)化工程》講義（雙語(yǔ)）、參編了《石油化學(xué)工程原理》、翻譯出版了《化學(xué)反應(yīng)工程》共4門(mén)課程的教材，針對(duì)石油加工過(guò)程進(jìn)行了大量的補(bǔ)充和刪減。如在《石油化學(xué)工程原理》教材中補(bǔ)充了石化行業(yè)常用的高溫油泵的特殊輸送要求，在分餾過(guò)程中補(bǔ)充了油品分餾塔的操作和核算；結(jié)合石油工程中流體相態(tài)對(duì)油田開(kāi)發(fā)的重要性，對(duì)熱力學(xué)教材中過(guò)時(shí)的圖表法計(jì)算流體熱力學(xué)性質(zhì)等內(nèi)容作相應(yīng)的刪減。主講教師還主編了《催化裂化流態(tài)化技術(shù)》、《水合物科學(xué)及技術(shù)》、《二氧化碳捕集、封存與利用技術(shù)》，參編了《原油蒸餾工藝與工程》共4本著作，這些著作是化工專業(yè)其他課程的重要補(bǔ)充內(nèi)容，并極大地開(kāi)拓了學(xué)生的視野。

3.積極進(jìn)行教學(xué)方法改革，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。強(qiáng)調(diào)通過(guò)教學(xué)改革增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。例如在《化工原理》教學(xué)中首先以多相傳質(zhì)設(shè)備的相控制基本理論作為基本路線；其次，建立了多相傳質(zhì)工藝和設(shè)備過(guò)渡教學(xué)體系；再次，建立了多相傳質(zhì)及其附屬設(shè)備的全塔負(fù)荷性能圖分析理論，規(guī)范了塔設(shè)備操作限的概念。多年來(lái)學(xué)生普遍對(duì)《化工熱力學(xué)》有畏難情緒，認(rèn)為理論性過(guò)強(qiáng)、難以應(yīng)用。任課教師分析發(fā)現(xiàn)過(guò)去課程中大量使用的圖表在生產(chǎn)實(shí)際中很少使用，基本都已通過(guò)計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)。因此在授課時(shí)只對(duì)少數(shù)必要的圖表進(jìn)行講解，以幫助說(shuō)明問(wèn)題或者現(xiàn)象。而對(duì)于實(shí)際工作中經(jīng)常用到的狀態(tài)方程和活度系數(shù)模型等，文獻(xiàn)報(bào)道的狀態(tài)方程有幾百個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)往往無(wú)從取舍，因此在課堂上進(jìn)行了仔細(xì)的講解，對(duì)于過(guò)去大量存在的過(guò)程推導(dǎo)適當(dāng)簡(jiǎn)化，要求學(xué)生學(xué)會(huì)使用商業(yè)化模擬軟件進(jìn)行計(jì)算，以滿足未來(lái)工作中的需要，這樣既突出了本科生學(xué)習(xí)過(guò)程的重點(diǎn)，又保證了教學(xué)的效果。

二、建立多樣化的提高工程實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)體系

化工專業(yè)基礎(chǔ)課與實(shí)際化工生產(chǎn)聯(lián)系非常密切，但學(xué)生在學(xué)習(xí)中卻往往感到抽象、缺乏興趣，其原因在于在以課堂教學(xué)為主的方式中很少涉及體驗(yàn)、實(shí)踐的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。如圖1所示，在多樣化的提高工程實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)體系中，學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課之前應(yīng)先經(jīng)歷認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、參觀化工設(shè)備模型、拆裝實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)，激發(fā)起學(xué)生的興趣，在專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)設(shè)備仿真和拆裝實(shí)驗(yàn)等體驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過(guò)親身感受進(jìn)一步固化所學(xué)知識(shí)，最后通過(guò)課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，促使學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)、應(yīng)用，并進(jìn)一步升華。在此過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的渴望是自發(fā)形成的，而不是傳統(tǒng)的教師督促學(xué)習(xí)，因而學(xué)習(xí)效果很好，學(xué)生的動(dòng)手能力、工程能力也得到了極大的提高。

為配合這一培養(yǎng)模式，授課教師建立了拆裝實(shí)驗(yàn)室，包括各種形式的泵、壓縮機(jī)、閥門(mén)、換熱器、塔構(gòu)件，向所有學(xué)生全天開(kāi)放，部分涉及設(shè)備的課程甚至可以到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)講授。另外，還建立了設(shè)備仿真系統(tǒng)，學(xué)生可模擬工廠內(nèi)設(shè)備的啟動(dòng)與關(guān)閉。在課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)一人一題、分組協(xié)作，既提倡相互協(xié)作，又保持設(shè)計(jì)過(guò)程的獨(dú)立性，結(jié)課時(shí)引入答辯程序，要求同學(xué)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)思路進(jìn)行講解。此外，聘請(qǐng)校外資深設(shè)計(jì)人員給學(xué)生講課，傳授設(shè)計(jì)和工程經(jīng)驗(yàn)。課題組教師還將多年科研成果：?jiǎn)沃笜?biāo)全塔性能負(fù)荷圖用于《化工原理課程設(shè)計(jì)》，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)Aspen軟件編程計(jì)算，并與手工計(jì)算結(jié)果相對(duì)比、找不足。這些措施極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，使學(xué)生的工程能力通過(guò)多種方式得到鍛煉。

三、創(chuàng)建創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新模式

課程教師在《流態(tài)化工程》課程中，廣泛搜集了國(guó)內(nèi)外流態(tài)化領(lǐng)域的新理論、新知識(shí)，并將其簡(jiǎn)化為通俗易懂的知識(shí)，補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容里。內(nèi)容涵蓋了新的測(cè)量方法（如氣泡直徑的測(cè)量方法、顆粒混合的測(cè)量方法等）、經(jīng)典理論的新發(fā)展（如經(jīng)典兩相理論的不足及其補(bǔ)充，以及基于其建立的新模型）、計(jì)算機(jī)CFD數(shù)值模擬等。在補(bǔ)充新的研究結(jié)果時(shí)，進(jìn)行的大量的取舍，考慮到授課對(duì)象為本科生，理解能力和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)無(wú)法和研究生或?qū)Ｂ氀芯咳藛T相比，授課時(shí)只著重于新模型、新理論的描述，具體的推導(dǎo)過(guò)程和計(jì)算過(guò)程并不涉及。這樣，既方便了學(xué)生的理解和學(xué)習(xí)，又能夠?yàn)榻窈髲氖铝鲬B(tài)化研究的同學(xué)打下一定的基礎(chǔ)。此外，將已工業(yè)化的優(yōu)勢(shì)科研成果轉(zhuǎn)化為多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)感興趣的知識(shí)點(diǎn)自主設(shè)計(jì)、完成實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生的創(chuàng)新能力得到極大提高。例如，氣固流化床反應(yīng)器是石化行業(yè)廣泛采用的反應(yīng)器，由于知識(shí)比較抽象，學(xué)生無(wú)法獲得深刻的理解。課程教師根據(jù)科研成果開(kāi)發(fā)了《流化床自動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)》，可以直接觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完成各種形式的流態(tài)化實(shí)驗(yàn)。學(xué)生還可以自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行研究，該裝置已經(jīng)投入使用5年，受到了學(xué)生的好評(píng)，也得到了教育部有關(guān)專家的肯定，目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)推向市場(chǎng)。化工原理團(tuán)隊(duì)教師根據(jù)多年科研成果建立了多套大型冷模催化裂化實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，高達(dá)20m，一次可接納學(xué)生10人/套，不但可以觀察流化現(xiàn)象，而且可以展開(kāi)密度、壓力等多個(gè)物理參數(shù)的測(cè)量，進(jìn)行壓力平衡等裝置運(yùn)行狀況的衡算。小型《催化裂化熱態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置》不但可以測(cè)量產(chǎn)品收率、燒焦效果等工藝參數(shù)，而且可用于熱量衡算、質(zhì)量衡算、能耗分布等裝置運(yùn)行的評(píng)估計(jì)算，石油大學(xué)在旋風(fēng)分離器領(lǐng)域的研究已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，課程教師自行設(shè)計(jì)、加工了一套《旋風(fēng)分離器冷態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置》，可進(jìn)行氣相流場(chǎng)、分離效率的測(cè)量等。石油大學(xué)化工熱力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)形成了具有特色的研究方向，并曾獲得國(guó)家和教育部的自然科學(xué)獎(jiǎng)?；崃W(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了《流體相平衡實(shí)驗(yàn)裝置》，可以直接觀察到流體的相態(tài)變化并完成氣體在液體中溶解度的測(cè)定。根據(jù)多年從事油氣藏流體相態(tài)研究，對(duì)化工熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了大量的補(bǔ)充和改進(jìn)，并編入了《化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)》教材中，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)水平，提高了教學(xué)質(zhì)量。

四、應(yīng)用效果

本文中的課程建設(shè)內(nèi)容已獲得北京市2012年高等教育教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。建立的培養(yǎng)模式已經(jīng)在化學(xué)工程與工藝等4個(gè)本科專業(yè)中應(yīng)用4年，拆裝實(shí)驗(yàn)室自2007年建成以來(lái)，已先后接待了石油大學(xué)6屆學(xué)生，獲得了學(xué)生的廣泛好評(píng)。由科研成果轉(zhuǎn)化的教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)接納了5屆本科生的實(shí)驗(yàn)和大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。中國(guó)石化也多次派公司技術(shù)骨干來(lái)催化裂化實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置參觀學(xué)習(xí)，這間接驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的價(jià)值。

針對(duì)石化行業(yè)和國(guó)家能源戰(zhàn)略的發(fā)展需求，培養(yǎng)出“專業(yè)理論基礎(chǔ)扎實(shí)、工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高”的高水平工程技術(shù)人才，化工學(xué)院課程授課教師在大量分析與總結(jié)的基礎(chǔ)上，找到了原有教學(xué)模式的弊端，通過(guò)教學(xué)模式的頂層設(shè)計(jì)，提出了以工程和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的新的培養(yǎng)模式（如圖1），在建立具有鮮明行業(yè)特色的教師和教材建設(shè)、建立多樣化的提高工程實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)體系、建立本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新模式三個(gè)方面展開(kāi)了大量的教學(xué)工作，并取得了顯著的成績(jī)。