應(yīng)用型化工過程模擬教學(xué)的研究

，，，宏偉

(上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，上海 201418)

化工過程模擬以工藝過程原理為基礎(chǔ)，通過先進的計算機軟件，進行單元設(shè)備、化工過程的熱量衡算、能量分析、物料衡算、工藝危害性分析、設(shè)備工藝的計算以及過程方案的選擇與優(yōu)化，降低過程的投資。它不僅包含反應(yīng)、分離、熱力學(xué)、系統(tǒng)工程、計算機、經(jīng)濟、安全、機械等多課程、多學(xué)科的內(nèi)容，而且深化了各學(xué)科之間的有機聯(lián)系，突出培養(yǎng)和體現(xiàn)了學(xué)生的工程素養(yǎng)、工程實踐與理論能力[1-2]。

目前課程教學(xué)采用的化工流程模擬軟件Aspenplus和ProⅡ，工藝危害性分析Hazop軟件、化工廠智能化軟件SP3D以及其它一些專屬設(shè)備的設(shè)計計算軟件。將先進的計算機軟件應(yīng)用于化工過程模擬的教學(xué)，不僅減少了化工模擬的計算工作量，提高了設(shè)計的質(zhì)量和效率，提高和鞏固了學(xué)生的專業(yè)知識和工程實踐知識，拓寬了學(xué)生的工程實踐的視野，為學(xué)生將來的工作打下良好的工程基礎(chǔ)[3-4]。

上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)是上海市應(yīng)用本科和上海市中本貫通的示范專業(yè)， 2017年通過了國家工程專業(yè)認證，因此，課程要以應(yīng)用技術(shù)和工程實踐的教學(xué)為主，化工過程模擬為化工專業(yè)課程的建設(shè)內(nèi)容之一，但在化工過程模擬課程教學(xué)過程中，存在著一些著急解決的問題。首先，課程的內(nèi)容綜合性非常強、內(nèi)容抽象，涉及多學(xué)科的內(nèi)容，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生無法將大學(xué)各門課程的內(nèi)容結(jié)合起來，學(xué)生往往片面、孤立看問題，沒有系統(tǒng)的觀念，也無法采用系統(tǒng)的方法和理論解決工程問題；其次，化工過程模擬實行"課賽"結(jié)合，以競賽強化教學(xué)，課程的工程性強，學(xué)生的工程意識不夠，軟件操作分析能力、解決實際實際工程問題的能力較低，局限于書本知識與習(xí)題，碰到實際工程問題難以靈活應(yīng)用，無法適應(yīng)應(yīng)用性工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)和要求。

針對化工過程模擬課程在教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合應(yīng)用本科、中本貫通以及工程教育的需要，對課程教學(xué)方式、教學(xué)手段等進行以下改進。

1 采用虛實結(jié)合，校企合作授課，強化案例教學(xué)

化工過程模擬課程教學(xué)內(nèi)容分為兩個部分：一是化工過程模擬的基礎(chǔ)理論，二是利用計算機軟件進行模擬設(shè)計計算。若單純介紹計算機軟件而忽視理論教學(xué)，學(xué)生在模擬過程中會知其然而不知其所以然，碰到模擬過程的錯誤無法分析解決。為幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提高處理問題、分析問題和解決復(fù)雜工程問題的能力，課程改進后的重點是加強對化工流程和單元設(shè)備模擬的基本原理、求解方法的學(xué)習(xí)，并結(jié)合仿真等計算機手段，實現(xiàn)虛實結(jié)合，理論和實踐結(jié)合，形成以軟件在工程中應(yīng)用與相關(guān)理論知識講解相結(jié)合的教學(xué)方式。以典型工程案例為主題，輔以企業(yè)教師講授，把理論教學(xué)、上機模擬操作和工程實際問題糅合在一起，形成理論知識、專業(yè)計算機軟件應(yīng)用、案例教學(xué)、企業(yè)老師授課的一體化教學(xué)方法，可進一步鞏固學(xué)生對Aspenplus軟件操作結(jié)果的理解、對專業(yè)計算機軟件進行化工過程的優(yōu)化和設(shè)計掌握，強化學(xué)生的工程素養(yǎng)，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程能力和快速適應(yīng)、掌握新知識新技術(shù)的能力，達到工程教育的目的。

例如模擬一套MTO工藝，學(xué)校教師可指導(dǎo)學(xué)生通過工藝分析與合成確定工藝路線，指定不同的熱力學(xué)方法，然后對工藝路線進行模擬計算，進行全面量化分析，分析結(jié)算結(jié)果并與生產(chǎn)參數(shù)進行比對，同時，企業(yè)老師對其中的具體單元進行詳解，并對出現(xiàn)的MTO裝置事故原因以及參數(shù)變化、不正常生產(chǎn)進行分析，并與模擬分析結(jié)果進行比對，這樣，不僅使學(xué)生將化工專業(yè)課程融會貫通，更強化了學(xué)生的工程設(shè)計能力和現(xiàn)場解決工程問題的能力。

2 閉卷考試與開放式大作業(yè)結(jié)合的考核方式

化工過程模擬具有工程實踐與理論基礎(chǔ)相結(jié)合的課程特點，決定了該課程的考核方式不僅包括基礎(chǔ)理論考試，還包括上機以及工程實踐分析能力考試?？荚噧?nèi)容要體現(xiàn)學(xué)生能否用系統(tǒng)化的觀點看待問題、分析問題，還要體現(xiàn)解決化工復(fù)雜問題過程中的團隊協(xié)調(diào)能力，因此，要改變原來單一的期末考試評分制度，建立合理、全面的考核方法，增加開放式大作業(yè)在成績中的比重，3～5人一組，設(shè)置綜合訓(xùn)練題，使學(xué)生獲得化工工藝設(shè)計的全程訓(xùn)練，深化理解化工過程模擬知識體系的基本點，加深學(xué)生理解并應(yīng)用知識的能力，力求學(xué)生在綜合訓(xùn)練實踐中多思考、多反思，促進學(xué)生工程實踐能力的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 實行課賽結(jié)合，鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生化工設(shè)計競賽，提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的主動性

全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽由中國教育協(xié)會、中國化工學(xué)會、教育部高等學(xué)校化工類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會在企業(yè)的資助下舉辦的全國性化工設(shè)計競賽，化工設(shè)計競賽參賽人數(shù)眾多，選題符合但是社會對化工產(chǎn)品的需求，設(shè)計內(nèi)容豐富，能夠?qū)W(xué)生的創(chuàng)新意識、應(yīng)用工程能力、團隊協(xié)作能力以及快速掌握新的工程技術(shù)能力等進行全方位的考察，通過大學(xué)生化工設(shè)計競賽，加深同學(xué)對化工專業(yè)背景的了解，提高綜合工程的能力、激發(fā)化工學(xué)生科技創(chuàng)業(yè)的熱情。

化工過程模擬課程依托全國化工設(shè)計競賽，著重培養(yǎng)同學(xué)們的工程觀念與團隊協(xié)作的精神。要求學(xué)習(xí)化工過程模擬的同學(xué)必須參加，作為開放式大作業(yè)的一個重要部分，這樣，課程的教學(xué)就由“教了學(xué)生什么”變?yōu)椤皩W(xué)生學(xué)到什么”，學(xué)生在設(shè)計競賽期間需要查閱文獻，主動思考，全面分析工藝過程不斷強化工程意識，對工藝方案的解析、選擇，設(shè)備的選擇設(shè)計，工藝優(yōu)化、節(jié)能降耗，廠址的選擇，環(huán)境、工藝危害性分析等等方面

做詳細的計算、校核和理解。在整個參賽過程中拓寬了學(xué)生的知識面，提高了學(xué)生的工程意識、經(jīng)濟分析、安全環(huán)境分析以及工程軟件的應(yīng)用能力。

自2009年以來，我校已連續(xù)參加十屆化工設(shè)計競賽，在校、院領(lǐng)導(dǎo)的支持與關(guān)心下，我院的參賽隊伍數(shù)也由剛開始的1 支隊伍躍變?yōu)?0 支隊伍。從競賽的情況來看，參加設(shè)計競賽的同學(xué)不管在就業(yè)還是考研中表現(xiàn)出色，更受院校和企業(yè)的青睞。可見化工設(shè)計競賽充分提升了我校應(yīng)用本科和工程教育的專業(yè)培養(yǎng)質(zhì)量，為上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了有力支持。

4 結(jié)語

總之，化工過程模擬課程教學(xué)，通過強化案例教學(xué)、課賽結(jié)合、校企結(jié)合、理論與大作業(yè)結(jié)合的考試方式，不僅鞏固了學(xué)生的理論知識，還提升了學(xué)生的工程素養(yǎng)和解決復(fù)雜工程的能力；同時，課程的改革對于任課教師自身的工程素質(zhì)也提出了新的挑戰(zhàn)，要不斷加深對本課程的認識和理解，不斷深化課程改革，積極創(chuàng)新，注重引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合能力，將學(xué)生培養(yǎng)成符合社會需求的應(yīng)用型專業(yè)人才。