化工系統(tǒng)工程的教與學(xué)

楊甲　孫曉瑞

摘要：隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，各種理論與技術(shù)推陳出新，導(dǎo)致教學(xué)知識(shí)量在增加，先進(jìn)的教學(xué)手段在革新，因此深化教學(xué)改革勢(shì)在必行。文章結(jié)合長(zhǎng)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院給化學(xué)工程與工藝專業(yè)的長(zhǎng)期教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析了《化工系統(tǒng)工程》課程的重要性質(zhì)，內(nèi)容和作用，主要闡述了《化工系統(tǒng)工程》的課程設(shè)計(jì)，授課方式，考核方式的改革，以及在教改過程中取得的效果。

關(guān)鍵詞：化工系統(tǒng)工程；課程內(nèi)容；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：O6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）50-0171-02

我院（長(zhǎng)江師范學(xué)院）位于長(zhǎng)江與烏江交匯處的涪陵區(qū)，地處重慶市發(fā)展新區(qū)核心增長(zhǎng)極。為了更好的服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，我院力圖把大學(xué)生培養(yǎng)成具有高水平的應(yīng)用型人才。讓化學(xué)工程與工藝專業(yè)的大學(xué)生畢業(yè)后走向社會(huì)上各個(gè)企業(yè)的技術(shù)骨干或基層管理崗位上作為工程師或管理者，從事工程技術(shù)的應(yīng)用，組織生產(chǎn)或管理工作?！痘は到y(tǒng)工程》是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的專業(yè)必修課程，該課程對(duì)拓展化工類工程技術(shù)人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)，能力結(jié)構(gòu)有重要的作用。由于該課程與生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合，許多畢業(yè)生在工作崗位上實(shí)踐后會(huì)對(duì)這門課程的價(jià)值有更深刻的體會(huì)，甚至?xí)俅闻c校內(nèi)的教師探討問題。隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，各種理論與技術(shù)推陳出新，導(dǎo)致教學(xué)知識(shí)量在增加，先進(jìn)的教學(xué)手段在革新，因此深化教學(xué)改革勢(shì)在必行。教師應(yīng)該由主講教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)教學(xué)，改變授課形式，教學(xué)重點(diǎn)放在基本概念、基本原理以及基礎(chǔ)知識(shí)如何應(yīng)用去解決實(shí)際問題。

一、《化工系統(tǒng)工程》的性質(zhì)、內(nèi)容和作用

《化工系統(tǒng)工程》是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。課程主要內(nèi)容包括過程系統(tǒng)模擬、優(yōu)化、合成三大部分[1]。系統(tǒng)模擬部分緊密結(jié)合工程背景，著重介紹網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分解方法、序貫?zāi)K法、聯(lián)立方程法和聯(lián)立模塊法；優(yōu)化部分介紹如何將化工實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)上的最優(yōu)化問題，常用最優(yōu)化方法以及結(jié)構(gòu)參數(shù)與操作參數(shù)的優(yōu)化，從應(yīng)用角度介紹算法，省略了煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明，注重求解工程問題的邏輯性；合成部分是通過分離序列、換熱網(wǎng)絡(luò)的合成與系統(tǒng)熱集成的實(shí)例介紹過程系統(tǒng)合成的基本概念和方法，同樣注重實(shí)用性[2]。本課程是對(duì)本專業(yè)的先行專業(yè)課程的整合后的繼續(xù)拓展，達(dá)到鞏固和深化已學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)提出問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生成為具有新工科精神的高水平應(yīng)用型人才。

二、課程設(shè)計(jì)

《化工系統(tǒng)工程》又稱為過程系統(tǒng)工程是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科。其產(chǎn)生與發(fā)展可以歸結(jié)于現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)復(fù)雜化、大型化和快速化。這門課程的研究對(duì)象是化工生產(chǎn)過程，其主要任務(wù)是解決化工生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的決策問題。因此，結(jié)合本課程的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的特征，優(yōu)化課程設(shè)置，應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)在工程實(shí)踐中的具體應(yīng)用。首先要考慮培養(yǎng)學(xué)生如何從工程實(shí)際中抽象出系統(tǒng)模擬、優(yōu)化、合成問題的能力；其次要學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)和選擇解決實(shí)際過程系統(tǒng)問題的方法和途徑；最后還需要引入過程系統(tǒng)工程研究領(lǐng)域內(nèi)的最新研究進(jìn)展，培養(yǎng)學(xué)生用現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)模擬、優(yōu)化和合成等過程。這樣既可拓寬學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，為今后的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，又可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是本門課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐是對(duì)理論的檢閱，二者相輔相成。

三、課程的教與學(xué)

1.教學(xué)方式多樣化，點(diǎn)燃學(xué)生興趣。傳統(tǒng)的教學(xué)模式通常是以教師為主導(dǎo)的知識(shí)灌輸型，這樣的教學(xué)模式容易導(dǎo)致學(xué)生覺得無趣。因此，一定要重視理論課程的直觀性，利用多媒體實(shí)現(xiàn)豐富的教學(xué)方式來提高教學(xué)的生動(dòng)性、形象性和趣味性[3]。例如，混合器、分流器、換熱器、精餾塔等的構(gòu)造和流程動(dòng)畫，這樣直觀的展示能極大提升教學(xué)效果。并且采用具體事例啟發(fā)學(xué)生自主思考，例如都江堰水利工程，該工程可以分解為魚嘴分水堤、寶瓶口引水工程和飛沙堰溢洪通道三個(gè)主要工程，這就是系統(tǒng)工程應(yīng)用的典型案例。而化工系統(tǒng)工程就是系統(tǒng)工程的理論在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，諸如石油化工、醫(yī)藥化工等；讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)理論在現(xiàn)實(shí)生活中的具體應(yīng)用，點(diǎn)燃學(xué)生的興趣點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2.完成項(xiàng)目課題，鍛煉學(xué)生能力。把全班學(xué)生以五人一組的方式將45名學(xué)生分為9組。我結(jié)合《化工系統(tǒng)工程》擬定了16個(gè)項(xiàng)目課題供學(xué)生自主選擇，包括水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化案例介紹，反應(yīng)精餾塔案例介紹及模擬，反應(yīng)器過程模擬等[4]。給予學(xué)生8周的時(shí)間去收集相關(guān)資料，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行分析整理，在此基礎(chǔ)上完成自己的設(shè)計(jì)方案，最終提交課題報(bào)告并且以PPT的形式與老師和同學(xué)們一起分析和討論。在此過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生預(yù)備工作的能力，與隊(duì)友快樂的協(xié)作共事的能力，快速學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力，鍛煉演講技能和總結(jié)工作的能力。通過項(xiàng)目課題的實(shí)踐，讓學(xué)生深刻體會(huì)理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性和趣味性，使得我們的學(xué)生初步具有成為優(yōu)秀工程師的潛力。

3.發(fā)揮科研優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生開辟第二課堂。我院近年來大力引進(jìn)高學(xué)歷人才，并把這些教師推到班導(dǎo)師的崗位上。班導(dǎo)師主要負(fù)責(zé)學(xué)生專業(yè)方面的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，為有興趣做科研的學(xué)生通過自己或他人給學(xué)生提供機(jī)會(huì)。由于本院沒有研究生，大量的高學(xué)歷人才都有自己的課題需要科研幫手，化工專業(yè)的學(xué)生就可以在化工學(xué)院聯(lián)系相關(guān)教師后參與自己感興趣的研究課題。例如某石化集團(tuán)的高級(jí)工程師，專攻ASPEN流程模擬的講師等提供的課題就與《化工系統(tǒng)工程》相契合。這種在傳統(tǒng)的課堂之外，以學(xué)生自己的興趣為出發(fā)點(diǎn)，積極主動(dòng)的參與到教師的研究課題中，是對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力的進(jìn)一步深化，以科研帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果。

4.加強(qiáng)實(shí)踐力度，與全國(guó)化工學(xué)生競(jìng)賽。在本專業(yè)建設(shè)中，充分利用本科生參與的化工設(shè)計(jì)大賽和化工實(shí)驗(yàn)大賽等工程項(xiàng)目，增強(qiáng)本科生的創(chuàng)新能力和思維的培養(yǎng)。我院已經(jīng)連續(xù)多年參與化工設(shè)計(jì)大賽，并積極響應(yīng)了首屆化工實(shí)驗(yàn)大賽的開展工作。通過化學(xué)工程與工藝專業(yè)的教師和學(xué)生的努力，多次獲得化工設(shè)計(jì)大賽的國(guó)家二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)和西南賽區(qū)的獎(jiǎng)項(xiàng)若干。另外，加強(qiáng)化工專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，改善教學(xué)條件和環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)室的整體建設(shè)水平。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)可能需要使用到諸多化工單元操作設(shè)備，如精餾、傳熱、吸收、流體輸送等；學(xué)生可以通過化工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心預(yù)約時(shí)間。還可以完善和優(yōu)化實(shí)習(xí)內(nèi)容，保證教學(xué)的有效實(shí)施，注重與涪陵化工園區(qū)的企業(yè)合作，建設(shè)更多的實(shí)踐場(chǎng)所；爭(zhēng)取為本專業(yè)的學(xué)生提供更多的實(shí)踐平臺(tái)[5]。

四、結(jié)語

通過上述改革，我院的《化工系統(tǒng)工程》課程教學(xué)水平取得了較大提高，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生以系統(tǒng)工程的理論觀察和解決化工問題的目標(biāo)，使化工學(xué)生更契合培養(yǎng)具有新工科精神的高水平應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，受到學(xué)生、專家和企業(yè)的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王健紅，馮樹波，杜增智.化工系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]佘啟明.“化工系統(tǒng)工程”數(shù)字化教學(xué)改革與實(shí)踐[J].江蘇師范大學(xué)學(xué)報(bào)：教育科學(xué)版，2013，4（2）：65-67.

[3]牛國(guó)慶，王海娟.對(duì)高校特色專業(yè)建設(shè)的思考[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2009，10（2）：329-323.

[4]楊友麒.化工系統(tǒng)工程發(fā)展前沿[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，1987，（3）：43-51.

[5]方利國(guó).化工系統(tǒng)工程教學(xué)改革及探索[J].化工高等教育，1995，（2）：56-58.