《精細化工工藝課程設(shè)計》的教學(xué)實踐與教學(xué)體會

牛瑞霞 李海燕 李杰 李志科 江泓

摘要：“精細化工工藝課程設(shè)計”是一門以學(xué)生自學(xué)、研究和設(shè)計為主、教師輔導(dǎo)為輔的實踐性課程，以培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、解決問題以及創(chuàng)新能力為主要教學(xué)目標(biāo)。本文結(jié)合自身教學(xué)實踐，從課程體系規(guī)劃、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)實施等方面分析探討了高效、合理地實施課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的主要措施；從培養(yǎng)學(xué)生能力的角度闡述了理科專業(yè)開設(shè)課程設(shè)計課程的教學(xué)體會。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)計；教學(xué)實踐；教學(xué)體會

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0132-02

引言：

“精細化工工藝課程設(shè)計”是在學(xué)生完成了“精細有機合成”和“化工原理”的理論課程學(xué)習(xí)之后開設(shè)的綜合性實踐課程，課時1周，是東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)“四位一體”模塊化實踐教學(xué)體系中第二層次的教學(xué)模塊。該課程要求學(xué)生自主學(xué)習(xí)、構(gòu)思設(shè)計一個精細化學(xué)品工藝設(shè)計為主的課題。需要經(jīng)過資料查閱、合成路線設(shè)計、反應(yīng)系統(tǒng)工藝設(shè)計、反應(yīng)器工藝設(shè)計、答辯驗收等過程，最終完成課程的學(xué)習(xí)和實踐。教學(xué)過程中通過師生交流、學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨立設(shè)計，對學(xué)生的知識獲取、規(guī)劃設(shè)計、工程技能、知識綜合應(yīng)用進行系統(tǒng)全面培養(yǎng)。截至目前，該課程已經(jīng)開設(shè)7屆，已經(jīng)成為理論課和工程實踐之間最重要的紐帶。

一、課程的規(guī)劃

東北石油大學(xué)是一所以工學(xué)為主的綜合類院校，學(xué)校重視科學(xué)研究與實踐應(yīng)用，課程設(shè)置方面要求所有專業(yè)開設(shè)課程設(shè)計等實踐類課程。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的一個專業(yè)培養(yǎng)方向是精細化工，所以精細化工工藝學(xué)課程設(shè)計是我專業(yè)學(xué)生的必修課之一。該課程以《化工原理》和《精細有機合成化學(xué)與工藝學(xué)》的理論知識為基本點，綜合應(yīng)用專業(yè)知識，突出工程意識和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的技能。

在課程開設(shè)之初，由于缺乏實踐經(jīng)驗，課程設(shè)計題目單調(diào)，應(yīng)用型不強，而且學(xué)生對工藝和設(shè)備的結(jié)構(gòu)與原理認(rèn)識膚淺，學(xué)生的工程素質(zhì)和工程實踐技能沒有得到應(yīng)有的鍛煉。通過多年的教學(xué)實踐，在筆者及所在專業(yè)教師的共同努力下，對精細化工工藝課程設(shè)計的時間安排、前期課程的內(nèi)容設(shè)置進行了合理銜接，起到了承上啟下、融會貫通的良好效果。

該課程設(shè)計隸屬于精細化工方向的教學(xué)集合體系，時間及內(nèi)容安排順序是同時開設(shè)《化工原理》和《精細有機合成化學(xué)與工藝學(xué)》，前者著重于介紹單元操作、工藝流程操作條件優(yōu)化和設(shè)定，而后者著重于介紹精細化學(xué)品的合成工藝路線和單元反應(yīng)的合成條件優(yōu)化設(shè)計。然后開設(shè)《精細化工工藝設(shè)計》，它是將化工設(shè)計知識和精細化學(xué)品生產(chǎn)工藝融為一體的綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過設(shè)計使學(xué)生深刻理解精細化學(xué)品的生產(chǎn)理論知識，明確所學(xué)課程知識的實際用途，并綜合培養(yǎng)學(xué)生思考和解決問題的能力。由于課程設(shè)計時間為一周，在此期間，學(xué)生需要完成資料查閱、物料衡算、熱量衡算、反應(yīng)釜設(shè)計、流程圖繪制、反應(yīng)釜繪制等內(nèi)容，工作量相對較大，所以理論課程教師在教學(xué)過程中需要預(yù)安排設(shè)計內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時進行課程設(shè)計準(zhǔn)備工作，學(xué)習(xí)效果更好。

二、課程內(nèi)容及教學(xué)實施

《精細化工工藝設(shè)計》的任務(wù)設(shè)置緊緊結(jié)合教學(xué)實際。精細化學(xué)品種類繁多，大多采用間歇操作，多步驟生產(chǎn)，而我校緊靠大慶油田，學(xué)生對油田化學(xué)劑，尤其是驅(qū)油用表面活性劑、緩蝕劑、破乳劑等精細化學(xué)品的接觸了解較為深入。此外，前期課程設(shè)置了認(rèn)識實習(xí)，學(xué)生對油田用精細化學(xué)品的生產(chǎn)流程具有初步認(rèn)知。所以，在任務(wù)設(shè)置上，側(cè)重于油田化學(xué)劑產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝設(shè)計。

課程設(shè)計教學(xué)在多媒體教室進行，主要用于指導(dǎo)教師全方位講解課程設(shè)計的任務(wù)安排和設(shè)計要求。教師在授課前備齊參考資料和工具用書，指導(dǎo)學(xué)生人數(shù)不超過15人。課程設(shè)計過程以學(xué)生為主體，教師進行針對性輔導(dǎo)，并根據(jù)學(xué)生遇到的問題組織課堂討論，加深對知識的理解和熟練運用。為督促培養(yǎng)學(xué)生個人能力和團隊合作精神，按照每組2人進行任務(wù)分配。課程結(jié)束后，由學(xué)生提交手寫設(shè)計說明書一份，要求按照章節(jié)依次詳細寫出計算過程，并提交反應(yīng)釜的設(shè)計圖紙、反應(yīng)車間的布局圖紙等關(guān)鍵附圖說明。最后，學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計內(nèi)容，以小組為單位，進行公開答辯，根據(jù)學(xué)生的答辯情況及平時的指導(dǎo)情況，指導(dǎo)教師可以判斷設(shè)計任務(wù)的完成效果，便于公平公正地進行成績評定。

三、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)開設(shè)課程設(shè)計的教學(xué)體會

我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)屬于理科，課程體系設(shè)置不同于化學(xué)工藝專業(yè)，學(xué)生平時的學(xué)習(xí)均已理解分析為主，數(shù)學(xué)計算和工程制圖等能力欠缺，工程和工藝基礎(chǔ)均薄弱[1]。所以，通過課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)實現(xiàn)對實現(xiàn)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的多維度培養(yǎng)是非常必要的。通過7屆教學(xué)實踐，筆者認(rèn)為理科專業(yè)因地制宜地開設(shè)化工類課程設(shè)計，對于學(xué)生多方面的能力培養(yǎng)有重要作用，具體有如下幾方面的體會。

1.鍛煉了學(xué)生查閱工具書、搜集數(shù)據(jù)的能力。高校本科學(xué)生在畢業(yè)之前都需完成畢業(yè)設(shè)計，我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計為期半年，旨在培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合應(yīng)用能力。通過課程設(shè)計可以使學(xué)生提前進入角色，起到了承上啟下的作用。原因在于，學(xué)生的進行課程設(shè)計之前及過程中，需要做基本的準(zhǔn)備工作，搜集資料和基本數(shù)據(jù)。比如《精細化工工藝課程設(shè)計》的設(shè)計題目設(shè)計硝化單元反應(yīng)，為了完成硝化反應(yīng)釜的設(shè)計，學(xué)生需要查閱芳烴、硝基化合物、水、硝酸等物質(zhì)的一系列物性參數(shù)，包括熱容Cp、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓ΔfH■■、密度ρ、黏度μ、導(dǎo)熱系數(shù)λ等等。需要掌握《化學(xué)數(shù)據(jù)速查手冊》、《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》、《中華人民共和國化工物性圖算手冊》等工具書的篩選、物性參數(shù)的查閱方法，很大程度上鍛煉了學(xué)生快速搜集資料的能力，為畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的有效實施奠定了基礎(chǔ)。

2.鍛煉了學(xué)生的計算能力。我校應(yīng)用化學(xué)學(xué)生在校期間的課程均以理論學(xué)習(xí)為主，除《高等數(shù)學(xué)》和《化工原理》涉及計算，其他課程基本不涉及數(shù)學(xué)計算。通過開設(shè)《精細化工工藝課程設(shè)計》，可以彌補不足，使計算能力得以鍛煉。由于課程設(shè)計要求學(xué)生進行系統(tǒng)的計算，每一步精細化工單元反應(yīng)的設(shè)計均需進行物料衡算和熱量衡算，而且要依據(jù)冷卻劑的類型、溫差來計算設(shè)計反應(yīng)釜大小、換熱面積大小、換熱器類型，因此課程設(shè)計的計算靈活、設(shè)計內(nèi)容全面，對學(xué)生計算能力的培養(yǎng)更貼近實際。

3.鍛煉了學(xué)生的工程制圖能力。作為工藝設(shè)計類課程，其最終的呈現(xiàn)形式是圖文并茂、計算全面的設(shè)計報告，要求學(xué)生既要有詳盡的計算過程、清晰明了的總體闡述，又要有簡明扼要的圖表匯總。我專業(yè)學(xué)生沒有學(xué)過工程制圖類課程，不知道反應(yīng)釜、換熱器、流量計、計量泵等的標(biāo)準(zhǔn)繪制方式、局部零件剖開和放大；不知道設(shè)備的細節(jié)標(biāo)注，比如操作壓力、溫度、物料名稱等內(nèi)容，工程概念較差。通過本門課程設(shè)計，學(xué)生學(xué)會了按照工程圖紙的規(guī)定表示所設(shè)計的設(shè)備，并對精細化工生產(chǎn)流程、裝置布局等有了宏觀認(rèn)知和掌握。

4.加強了學(xué)生的團隊合作意識培養(yǎng)。《精細化工工藝課程設(shè)計》的任務(wù)設(shè)置是每兩位同學(xué)一組，需要他們合作完成。學(xué)生在課程結(jié)束后也充分體會到了合作的重要性，經(jīng)常會出現(xiàn)遇到問題等不及問老師，互相討論后得到提醒和點撥，出現(xiàn)“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”的情況。使學(xué)生進一步明白了只有與他人緊密合作、相互配合，才能在有限的時間內(nèi)設(shè)計出最優(yōu)的設(shè)計方案，才能更高效地完成一項工作，為日后進入工作崗位進行了必要的鍛煉。

5.加強了學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)?！毒毣すすに囌n程設(shè)計》的教學(xué)過程是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生獨立查閱資料收集數(shù)據(jù)后，完成一定量的計算、撰寫設(shè)計說明書，最后進行課程答辯。通過集中系統(tǒng)訓(xùn)練，可以有效地實現(xiàn)與前期課程的銜接，實現(xiàn)理論基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的綜合運用，大大提高學(xué)生的工藝設(shè)計能力、創(chuàng)新能力、團隊合作能力、獨立分析和解決精細化工實際問題的能力、寫作能力、繪圖能力和表達能力[2]。此外，可使學(xué)生懂得設(shè)計參數(shù)與操作費用、投資費用的關(guān)系，懂得設(shè)計既要考慮到先進性又要考慮到可能性和經(jīng)濟性[3]。

教學(xué)相長，通過幾年的教學(xué)實踐，也發(fā)現(xiàn)當(dāng)代大學(xué)生思維活躍，在課程設(shè)計過程中，對能源的綜合利用、方案設(shè)計的經(jīng)濟性、可持續(xù)發(fā)展性、綠色環(huán)保性等方面很有興趣，敢于提出新思想、新方法，這些方面也正符合當(dāng)前我國工業(yè)發(fā)展的實際。

總的來講，課程設(shè)計有利于提高認(rèn)識問題、分析問題、解決問題的能力。既是對已學(xué)課程知識的考核，又是對學(xué)生思考問題、解決問題能力的考核，更是對人格品德的考驗，純理論主義與純經(jīng)驗主義都是不可取的，只有聯(lián)系實際、活學(xué)活用才最有價值。

四、結(jié)語

在高校畢業(yè)生普遍面臨就業(yè)壓力的今天，如何能夠在大學(xué)期間提升學(xué)生個人綜合能力，已經(jīng)成為當(dāng)代大學(xué)生和高校教師面臨的嚴(yán)峻問題。既需要學(xué)生從思想上、行動上珍惜課程設(shè)計實踐教學(xué)體系，認(rèn)真對待每一次進行綜合訓(xùn)練的機會；又需要指導(dǎo)教師具有強烈的責(zé)任心，規(guī)劃設(shè)計好教學(xué)內(nèi)容，加強教學(xué)管理，不斷提高綜合指導(dǎo)能力，做到愛生如子，全心全意輔導(dǎo)學(xué)生，致力于幫助學(xué)生獨立思考、積極探索、保持好奇心和探索欲望，提高分析問題、解決問題的能力，從而為順利走上工作崗位打下堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]楊梅，吳菊，金俊成，等.應(yīng)用型本科院校化工類課程設(shè)計學(xué)生能力培養(yǎng)[J].廣州化工，2015，43（3）：180-181.

[2]伍欽.應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的化工原理課程設(shè)計[J].大學(xué)化學(xué)，2000，15（5）：17-18.

[3]杜長海，馬立國，孫德.基于CDIO工程教育模式下的《化工設(shè)計》課程的教學(xué)[J].教育教學(xué)論壇，2015，（11）：188-189.