化工專業(yè)設(shè)計(jì)類課題教學(xué)改革初探

宋 軍，宋悅瑋，薛惠文，陳 穎

（1.東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶 163318；2.東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 211189；3.東南大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇南京 211189）

化學(xué)工程與工藝專業(yè)作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)，肩負(fù)著為社會(huì)諸多行業(yè)，如化工、制藥、食品、能源、環(huán)保、冶金以及軍工等培養(yǎng)從事工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)管理和科學(xué)研究等方面工作的工程技術(shù)人才的重任。近年來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才需求的不斷擴(kuò)大，對(duì)化工專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力和繼續(xù)學(xué)習(xí)的能力提出了更高的要求。在化工專業(yè)本科生培養(yǎng)過(guò)程中，畢業(yè)設(shè)計(jì)無(wú)疑是關(guān)系到專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，針對(duì)某一課題的開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，完成論文。通過(guò)該環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生的專業(yè)綜合能力將得到很大的提升，為將來(lái)從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。在專業(yè)認(rèn)證和新工科背景下，設(shè)計(jì)類課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)中重要的一大類，其比例逐年攀升，越來(lái)越受到高校認(rèn)可和重視。該類課題一般包括工藝流程的選擇、物流及能量衡算、設(shè)備選型及配管、工程概算等部分。通過(guò)此類畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，對(duì)學(xué)生熟悉掌握國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)工程意識(shí)與實(shí)踐創(chuàng)新能力，鞏固專業(yè)知識(shí)、提高理論與實(shí)際結(jié)合能力、提高知識(shí)綜合應(yīng)用能力有著重要意義。從多年的教學(xué)來(lái)看，設(shè)計(jì)類課題的教學(xué)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題。本文將就化工專業(yè)設(shè)計(jì)類課題教學(xué)改革進(jìn)行初步探索。

在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)類課題已經(jīng)開(kāi)設(shè)多年，但在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下依然存在很多問(wèn)題。

1 缺乏科學(xué)有效的設(shè)計(jì)體系

化工工藝設(shè)計(jì)是指化學(xué)工程師依據(jù)單一或數(shù)個(gè)化學(xué)反應(yīng)，設(shè)計(jì)出一個(gè)能將原料轉(zhuǎn)變?yōu)樗枨螽a(chǎn)品的生產(chǎn)流程和裝置。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，沒(méi)有建立一套科學(xué)有效的設(shè)計(jì)體系，無(wú)法形成清晰的設(shè)計(jì)思路。

學(xué)生綜合能力弱，雖然已修過(guò)多門專業(yè)課，但是這些專業(yè)知識(shí)在腦海里還是支離破碎，難以形成完整的知識(shí)鏈，在此情況下，學(xué)生面對(duì)課題，往往無(wú)所適從，缺乏目的性、條理性，不能一環(huán)扣一環(huán)地完成設(shè)計(jì)。因此，建立科學(xué)、規(guī)范、全面、系統(tǒng)的化學(xué)工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)體系是十分必要的，對(duì)指導(dǎo)和推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作有序、健康、持續(xù)開(kāi)展有重要作用。

2 偏重理論、脫離實(shí)際

目前，設(shè)計(jì)類課題的重點(diǎn)還是在工藝計(jì)算、工藝流程的選擇和優(yōu)化上，怎么實(shí)現(xiàn)工業(yè)化沒(méi)有受到重視。自主設(shè)計(jì)和發(fā)揮主觀能動(dòng)性的內(nèi)容非常少，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。部分設(shè)計(jì)類課題已經(jīng)應(yīng)用多年，設(shè)計(jì)內(nèi)容陳舊與實(shí)際嚴(yán)重脫節(jié)，所設(shè)計(jì)的裝置早已經(jīng)被時(shí)代淘汰。答辯驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也局限在設(shè)計(jì)規(guī)范和工藝計(jì)算題上，這就導(dǎo)致學(xué)生重理論，輕實(shí)踐。

新工科背景下，還應(yīng)該注意到，為培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，各高校普遍開(kāi)展了工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)在2015年修訂的專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，提出工科專業(yè)學(xué)生的12條畢業(yè)要求，要求畢業(yè)學(xué)生具備分析、研究、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，具有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通和終身學(xué)習(xí)等能力，并要求課程體系能支持畢業(yè)要求的達(dá)成。然而針對(duì)工科大學(xué)畢業(yè)生的實(shí)踐能力開(kāi)展的調(diào)查研究表明，畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生能力的提升并沒(méi)取得令人滿意的效果，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：一是用人單位認(rèn)為畢業(yè)生工程意識(shí)（如經(jīng)濟(jì)管理意識(shí)、倫理意識(shí)、道德意識(shí)）和創(chuàng)新意識(shí)不足；二是用人單位認(rèn)為學(xué)生識(shí)別、形成和解決工程問(wèn)題的能力不足；三是用人單位認(rèn)為畢業(yè)生缺乏獨(dú)立自主的工作能力；還有超過(guò)四分之一的用人單位認(rèn)為學(xué)生不能夠勝任設(shè)計(jì)和操作實(shí)驗(yàn)；此外，部分用人單位還認(rèn)為學(xué)生的終生學(xué)習(xí)素養(yǎng)和持久主動(dòng)的學(xué)習(xí)熱情不夠理想。雖然不能說(shuō)畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)上述問(wèn)題的改善具有絕對(duì)性的作用，但是畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)培養(yǎng)模式在提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力方面存在明顯不足，亟須在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行創(chuàng)新和改革。另一方面，指導(dǎo)教師缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。許多教師缺乏在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)類畢業(yè)課題，本身也是一頭霧水，所帶學(xué)生更是很難把握設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。很多學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中，浮于表面，脫離實(shí)際，所涉及的內(nèi)容缺乏科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性，比如對(duì)壓力、流量的大小沒(méi)有常識(shí)性概念。在設(shè)計(jì)中曾出現(xiàn)上述一些工藝參數(shù)嚴(yán)重超出允許范圍的實(shí)例。

3 處理不好深度和廣度的關(guān)系

在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分課題涉及設(shè)計(jì)內(nèi)容過(guò)于繁雜，設(shè)計(jì)范圍過(guò)大，對(duì)裝置的設(shè)計(jì)從工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、平面布置、到事故預(yù)案、安全環(huán)保及經(jīng)濟(jì)核算，面面俱到，但是涉及的每一個(gè)方面卻又都是點(diǎn)到為止，難以深入，整個(gè)論文是像操作手冊(cè)又有技術(shù)臺(tái)賬的影子的 “四不像”；與此相反，有的設(shè)計(jì)又過(guò)于局促，往往局限在某一個(gè)反應(yīng)器或加熱爐，設(shè)計(jì)內(nèi)容事無(wú)巨細(xì)，甚至配管的具體設(shè)計(jì)信息也羅列在論文中，難以體現(xiàn)出工藝的總體性。

總之，大四學(xué)生在做設(shè)計(jì)類課題設(shè)計(jì)工作時(shí)，往往感覺(jué)霧里看花、無(wú)從下手，大部分是靠 “依葫蘆畫瓢”草草完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目，沒(méi)有能夠充分利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，創(chuàng)造性地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，沒(méi)有達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)，學(xué)生畢業(yè)后也無(wú)法較快地適應(yīng)專業(yè)工作。

綜上所述，化工設(shè)計(jì)類課題在培養(yǎng)應(yīng)用型化工人才方面有著重要的地位。針對(duì)以上問(wèn)題，提出以下幾方面教學(xué)改革的思路與設(shè)想。

3.1 建立科學(xué)的設(shè)計(jì)體系

化工專業(yè)工程特色顯著，作為應(yīng)用技術(shù)技能型化工人才，工程設(shè)計(jì)能力是必不可少的一項(xiàng)專業(yè)能力。在各化工主干課程中均設(shè)置相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，這些課程經(jīng)過(guò)理論、實(shí)驗(yàn)再到課程設(shè)計(jì)，逐步構(gòu)建學(xué)生的知識(shí)體系，提升知識(shí)的應(yīng)用能力。建立“課程設(shè)計(jì)模塊—化工設(shè)計(jì)大賽—畢業(yè)設(shè)計(jì)”一體化、三層次的化工設(shè)計(jì)體系，開(kāi)展以課程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，化工設(shè)計(jì)大賽為抓手，畢業(yè)設(shè)計(jì)為綜合的" 三部曲" 訓(xùn)練，提升工程設(shè)計(jì)能力。

化工設(shè)計(jì)工作千頭萬(wàn)緒，開(kāi)展設(shè)計(jì)工作的首要任務(wù)就是要建立起科學(xué)的設(shè)計(jì)體系，進(jìn)而步步為營(yíng)，扎扎實(shí)實(shí)地完成設(shè)計(jì)工作。這就要求教師要能夠引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，在頭腦中形成清晰的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)而將詳細(xì)的設(shè)計(jì)脈絡(luò)現(xiàn)于紙端，并依此一環(huán)扣一環(huán)地開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。具體設(shè)計(jì)過(guò)程的框架是：①查閱《化工系統(tǒng)設(shè)計(jì)》《化工裝置工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料，充分吃透化工設(shè)計(jì)精髓、認(rèn)識(shí)化工工藝設(shè)計(jì)的本質(zhì)。②從物料衡算和熱量衡算入手，選取合理地工藝路線。③完成反應(yīng)器、換熱器等主要設(shè)備的選型。④適當(dāng)介入公用工程消耗。最后，有條件的，用模擬軟件驗(yàn)證并完善設(shè)計(jì)參數(shù)，完成設(shè)計(jì)。

3.2 注重理論聯(lián)系實(shí)際

設(shè)計(jì)類課題在實(shí)際選題過(guò)程中，首先要從實(shí)際出發(fā)，所設(shè)計(jì)的內(nèi)容要盡量跟進(jìn)專業(yè)的前沿，必要的時(shí)候帶學(xué)生走進(jìn)工廠，切身了解實(shí)際生產(chǎn)中的需求和不足，設(shè)計(jì)過(guò)程要始終貫徹從實(shí)際中來(lái)到實(shí)際中去的理念。

目前，有許多工業(yè)裝置設(shè)計(jì)類軟件，如Aspen Plus、3D max 、Smart Plant、Pdsoft、PDMS等，可供學(xué)生開(kāi)展設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中使用。在熟練掌握這些軟件之前，有很多內(nèi)容是需要學(xué)生自學(xué)的，學(xué)生要通過(guò)指導(dǎo)教師引領(lǐng)、學(xué)長(zhǎng)的示范、自己的練習(xí)來(lái)掌握這些軟件的使用。這些自學(xué)能力的培養(yǎng)將為學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的達(dá)成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，這些軟件基本做到了設(shè)計(jì)工作的“所見(jiàn)即所得”，并與工藝計(jì)算軟件Aspen和配管軟PID 等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，學(xué)生的設(shè)計(jì)結(jié)果在軟件中呈現(xiàn)，再將不完善的地方進(jìn)行反饋，在反復(fù)的修改過(guò)程中，設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力將獲得極大提升。

同時(shí)，教師要注意提高本人的知識(shí)素養(yǎng)和指導(dǎo)水平，要利用帶實(shí)習(xí)、做項(xiàng)目的機(jī)會(huì)深入到工業(yè)裝置中，近距離地接觸生產(chǎn)實(shí)際，向師傅學(xué)習(xí)，向?qū)嵺`學(xué)習(xí)，把課本的理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起立，避免紙上談兵。唯如此，在指導(dǎo)實(shí)踐類畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候才會(huì)得心應(yīng)手，游刃有余。此外，還可專門從化工設(shè)計(jì)院、企業(yè)等單位聘請(qǐng)有一線項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程師、技術(shù)員到校做講座或直接參與指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，真正訓(xùn)練學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，做到學(xué)以致用。通過(guò)這樣的技術(shù)交流，廣大師生都會(huì)充分受益。

3.3 處理好深度和廣度的關(guān)系

設(shè)計(jì)類論文的著眼點(diǎn)可以是中小規(guī)模的一套裝置，也可以是復(fù)雜裝置中的某一個(gè)工段。在這一過(guò)程中需要完成設(shè)備設(shè)計(jì)及選型，對(duì)工廠或車間進(jìn)行平立面布置，進(jìn)行自控設(shè)計(jì)和安全環(huán)保分析，進(jìn)行工程經(jīng)濟(jì)計(jì)算等，需要很多專業(yè)理論與之配合。在實(shí)際選題和設(shè)計(jì)過(guò)程中，切忌設(shè)計(jì)范圍過(guò)大，對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝，可適當(dāng)強(qiáng)化設(shè)計(jì)的深度，比如可針對(duì)主要控制回路設(shè)計(jì)出部分控制點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要以工藝路線設(shè)計(jì)為主，適當(dāng)體現(xiàn)設(shè)備選型、公用工程部分等內(nèi)容，較少涉及平面布置、安全環(huán)保等內(nèi)容，切忌涉及面過(guò)廣過(guò)全，面面俱到又難突出主次。

4 結(jié)語(yǔ)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是以往其他理論教學(xué)環(huán)節(jié)的總結(jié)、凝練和深化，是培養(yǎng)具有應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力畢業(yè)生的重要途徑。設(shè)計(jì)類畢業(yè)課題在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的效果日益凸顯，所占比例逐年增加。為提高教學(xué)質(zhì)量，必須針對(duì)學(xué)生開(kāi)展此類畢業(yè)課題中存在的問(wèn)題加以解決，在提高學(xué)生的理論知識(shí)水平的基礎(chǔ)上，努力提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)優(yōu)秀的化工人才，為將來(lái)畢業(yè)生服務(wù)社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。