新工科背景下化工專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教育改革探索

李 娟，于 欣，湯雁婷，李慶華，陳丹云，馬新起，郭泉輝

(河南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南省廢棄物資源能源化工程技術(shù)研究中心，河南 開封 475004)

河南大學(xué)于2017年9月成功入選“雙一流”建設(shè)高校行列，但是由于歷史的原因，學(xué)校作為一所綜合性大學(xué)，專業(yè)門類眾多、資源匹配難以平衡，因而并未得到很好的發(fā)展。在目前的工程教育國際化趨勢(shì)和“新工科”思想指導(dǎo)下，我國許多高等院校已經(jīng)按照《華盛頓協(xié)議》標(biāo)準(zhǔn)，通過了國際工程教育專業(yè)認(rèn)證[1]。這就要求除了對(duì)化工專業(yè)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)要求高以外，更要突出未來工程師應(yīng)具有的非技術(shù)類能力要達(dá)標(biāo)，比如溝通、表達(dá)能力等。

化工綜合實(shí)驗(yàn)是繼化工原理實(shí)驗(yàn)和化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)之后化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一項(xiàng)非常重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過化工綜合實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能更加深刻地理解、掌握所學(xué)過的化工理論知識(shí)，讓學(xué)生充分發(fā)揮個(gè)人的主觀能動(dòng)性，能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)、控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并且能夠用現(xiàn)代化手段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，書寫完整的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告等，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生自學(xué)能力、獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生在今后獨(dú)立從事化工實(shí)驗(yàn)室工作、科學(xué)研究以及新產(chǎn)品、新工藝、新單元操作技術(shù)開發(fā)奠定良好基礎(chǔ)。立足自身?xiàng)l件，結(jié)合化工系教師自身的研究課題，不斷探索如何培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和綜合實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力并穩(wěn)步提高化工專業(yè)教學(xué)水平。采取的主要措施如下：

1 開好化工原理課程設(shè)計(jì)課

為進(jìn)一步加深并鞏固化工專業(yè)的學(xué)生對(duì)化工原理單元操作理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，每年均在大學(xué)三年級(jí)的上學(xué)期(即化工原理下冊(cè)的開課學(xué)期)由有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)教師同步開設(shè)化工原理課程設(shè)計(jì)課。

開展的化工原理課程設(shè)計(jì)，一般是圍繞化工原理上冊(cè)熱量傳遞中的換熱器設(shè)計(jì)和下冊(cè)質(zhì)量傳遞中的吸收塔或精餾塔設(shè)計(jì)來進(jìn)行。將學(xué)生按3～4人進(jìn)行分組，再由學(xué)生自由選擇課程設(shè)計(jì)的題目，分別由指導(dǎo)教師輔導(dǎo)進(jìn)行。在一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生初步掌握了化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則和方法；學(xué)會(huì)了各種手冊(cè)的使用方法以及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握了各種結(jié)果的校核方法，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形；理解計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程，利用編程使計(jì)算效率提高；明白了在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。

2 組織學(xué)生參加全國化工原理實(shí)驗(yàn)大賽

以化工原理課程為基礎(chǔ)，從2017年開始，每年都組織多名優(yōu)秀的專業(yè)任課教師在化工原理課的基礎(chǔ)理論知識(shí)和應(yīng)用計(jì)算、仿真實(shí)驗(yàn)操作能力以及化工原理實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力三方面進(jìn)行海選，從全體化工專業(yè)學(xué)生中認(rèn)真篩選理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生參加全國化工原理實(shí)驗(yàn)大賽。目前，已經(jīng)連續(xù)參加了三屆的比賽，分別取得了中南賽區(qū)兩個(gè)三等獎(jiǎng)和一個(gè)二等獎(jiǎng)的好成績(jī)。

今后，我們會(huì)繼續(xù)總結(jié)前幾次參加化工原理實(shí)驗(yàn)大賽的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新、仿真虛擬軟件購置和化工原理課程教學(xué)三個(gè)方面不斷強(qiáng)化教學(xué)質(zhì)量，力爭(zhēng)在今后的比賽中能夠進(jìn)入全國賽，并取得較好的成績(jī)。

3 組織學(xué)生參加全國化工設(shè)計(jì)大賽

面對(duì)目前科技的飛速發(fā)展，化工企業(yè)對(duì)工程技術(shù)人才的要求也越來越高。主要涉及新產(chǎn)品和新技術(shù)的研發(fā)，新流程和新裝置的設(shè)計(jì)，新的工廠生產(chǎn)過程操作運(yùn)行方案等。如果在校期間學(xué)生沒有經(jīng)過相應(yīng)的訓(xùn)練，那么必然會(huì)出現(xiàn)“畢業(yè)即失業(yè)”的就業(yè)難問題。

而學(xué)生工程思維和動(dòng)手能力訓(xùn)練的第三種方式就是組織他們參加全國化工設(shè)計(jì)大賽。從2016年起，每年我們都要選擇15名左右學(xué)生組成3～4個(gè)隊(duì)，分別獲得華中賽區(qū)特等獎(jiǎng)2次、一等獎(jiǎng)4次、二等獎(jiǎng)3次、三等獎(jiǎng)1次以及全國化工設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)2次、二等獎(jiǎng)4次、三等獎(jiǎng)1次的好成績(jī)。

選擇參加化工設(shè)計(jì)大賽的題目均為化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目，比如，金馬能源焦?fàn)t煤氣深度脫硫回收硫黃聯(lián)產(chǎn)20萬t/a甲醇項(xiàng)目，齊魯石化360 000t/a凈煤氣深度脫硫聯(lián)產(chǎn)硫黃，甲醇及氫氣資源化利用項(xiàng)目，順達(dá)化工年產(chǎn)18萬t醋酸乙烯酯項(xiàng)目，盤錦石化年產(chǎn)8萬t MMA生產(chǎn)項(xiàng)目以及華晨化工11萬t/a MMA生產(chǎn)項(xiàng)目等。這樣的化工設(shè)計(jì)才更加接地氣，更加具有真實(shí)感。

通過參加化工設(shè)計(jì)大賽，學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程技能以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神得到了極大的提高，這對(duì)增強(qiáng)大學(xué)生的工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力來說是非常重要的訓(xùn)練，也極大地提高了學(xué)生進(jìn)一步掌握化工知識(shí)的積極性。

4 結(jié)合教師科研課題開展綜合實(shí)驗(yàn)

鑒于我?；つ壳懊媾R的前述特殊條件，而且綜合實(shí)驗(yàn)是以綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)，具有實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜、流程長(zhǎng)、使用的物料品種較多的特點(diǎn)，任課教師結(jié)合自身研究課題來擬定實(shí)驗(yàn)題目開展綜合實(shí)驗(yàn)。目前，我系共開設(shè)五個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目，分別包含硫酸催化劑的制備與性能評(píng)價(jià)、燃料油吸附脫硫、固體酸催化酯化反應(yīng)、塔釜溫度的PID定值控制和常壓綜合實(shí)驗(yàn)[2]。其中，前三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是設(shè)計(jì)性的，后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是綜合性的。這樣做的好處是既解決了我校教學(xué)硬件欠缺的實(shí)際困難，又使學(xué)生深刻體會(huì)到化工研究項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用情況，從而為學(xué)生畢業(yè)后升學(xué)深造或者從事化工產(chǎn)品研發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

通過綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，一方面學(xué)生對(duì)所學(xué)的化工基本理論知識(shí)有了進(jìn)一步的鞏固和加深并且提高了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；另一方面學(xué)生也能夠熟練掌握化工實(shí)驗(yàn)基本技能，其對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、歸納和總結(jié)的能力也有了極大的提高，為今后從事有關(guān)的科技開發(fā)工作打下了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

總之，我?；ぞC合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革采取的一系列措施是根據(jù)化工專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，從化工原理課程設(shè)計(jì)、化工原理實(shí)驗(yàn)大賽、化工設(shè)計(jì)大賽到結(jié)合教師科研課題的綜合實(shí)驗(yàn)這樣層層遞進(jìn)的方法對(duì)學(xué)生的工程思維和動(dòng)手能力進(jìn)行訓(xùn)練，并且取得了較好的效果。這將為化工專業(yè)學(xué)生工程化培養(yǎng)提供一些參考。