踐知體悟的化工過(guò)程模擬教學(xué)新模式

秦洪慶，楊晶巍，朱兆友，齊建光，王英龍(青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266042)

0 引言

“十四五”時(shí)期，我國(guó)正在步入更加壯闊的新時(shí)代。新時(shí)代對(duì)高校專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求，開(kāi)展持續(xù)深化的教育教學(xué)改革，是培養(yǎng)符合新時(shí)代要求的創(chuàng)新性人才、提升高校教學(xué)質(zhì)量的重要舉措。課程的教學(xué)革新可以從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上著手，采用理論與實(shí)際相結(jié)合的方式進(jìn)行，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和化工模擬實(shí)踐的創(chuàng)新能力。

化工過(guò)程模擬是研究現(xiàn)代化學(xué)工藝以及流程優(yōu)化的重要工具之一，它綜合化工熱力學(xué)、化工分離工程、化工反應(yīng)工程、化工原理等多種專業(yè)學(xué)科，突出理論結(jié)合實(shí)踐，要求學(xué)生用系統(tǒng)工程的理論與眼光來(lái)探尋化工過(guò)程的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作的控制與優(yōu)化的最佳方案，以適應(yīng)現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)對(duì)高素質(zhì)專業(yè)人才的需求[1]。

在世界化工產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的背景下，化工產(chǎn)業(yè)對(duì)高素質(zhì)人才的需求逐漸增加，化工過(guò)程模擬課程變得尤為重要。但本課程的綜合性較強(qiáng)，并要求學(xué)生具有一定的工程意識(shí)和專業(yè)技能，單一的課堂授課無(wú)法滿足教學(xué)需求和人才培養(yǎng)目標(biāo)。另外，現(xiàn)代化工行業(yè)越來(lái)越注重對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的需求，要求學(xué)生既要擁有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)的能力，又要具備有與生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)的工程意識(shí)以及創(chuàng)新性思維?，F(xiàn)行的教學(xué)方式只注重理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生對(duì)于專業(yè)技能知識(shí)掌握不足，面對(duì)實(shí)際問(wèn)題難以提出有效的解決方案。

針對(duì)上述問(wèn)題。本文對(duì)化工過(guò)程模擬課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討，以培養(yǎng)符合現(xiàn)代化工需求的人才。對(duì)個(gè)別內(nèi)容復(fù)雜的教學(xué)章節(jié)采用案例講授的方式，幫助學(xué)生建立發(fā)散性思維方式，培養(yǎng)其邏輯推導(dǎo)能力，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建化工專業(yè)知識(shí)體系網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)教學(xué)，使學(xué)生具備化工過(guò)程模擬的綜合理論知識(shí)體系，并能將之熟練運(yùn)用于實(shí)際問(wèn)題中，來(lái)達(dá)到培養(yǎng)現(xiàn)代化工行業(yè)所需高質(zhì)量人才的教學(xué)目標(biāo)。

目前，國(guó)內(nèi)各大高校的化工專業(yè)都將化工過(guò)程模擬課程設(shè)為專業(yè)課程，就目前的教學(xué)方式而言，課堂授課都以理論知識(shí)傳授為主，學(xué)生難以接觸工程實(shí)際，實(shí)踐能力難以提高。本文探索“踐知體悟”的化工過(guò)程模擬教學(xué)新模式，圍繞“課堂教學(xué)，理論應(yīng)用”“專業(yè)培養(yǎng)，技能競(jìng)賽”“案例分析，工程實(shí)踐”3個(gè)維度，在教學(xué)實(shí)踐中加深學(xué)生對(duì)課程的感悟，提升學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐能力，使學(xué)生能具備將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)際的能力[2]。

1 課堂教學(xué)及理論應(yīng)用

化工過(guò)程模擬課程主要包括化工過(guò)程模擬基礎(chǔ)理論和模擬軟件的使用兩方面內(nèi)容，若只是講授理論知識(shí)而不進(jìn)行實(shí)踐操作，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)難以掌握，能恰當(dāng)?shù)膶⑵溥\(yùn)用解決實(shí)際工藝生產(chǎn)問(wèn)題更是難上加難[3]。

通過(guò)課程改革重點(diǎn)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于過(guò)程開(kāi)發(fā)、工業(yè)設(shè)計(jì)、流程優(yōu)化的求解方案，掌握單元模塊的基本原理來(lái)靈活運(yùn)用，并要求學(xué)生在老師授課后，根據(jù)具體生產(chǎn)難題提出解決方案。例如講授二元體系的分離案例，教師在指導(dǎo)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，通過(guò)對(duì)于多種優(yōu)化路線進(jìn)行比較選擇出最佳方案，從而將實(shí)際工程知識(shí)引入實(shí)驗(yàn)課堂中來(lái)。教師逐步增加流程的復(fù)雜度，讓學(xué)生自行分組進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度和實(shí)際工程能力。教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同的合成方案進(jìn)行計(jì)算和比較，確定不同的分離方法，指定不同的熱力學(xué)模型，進(jìn)行全面優(yōu)化分析。指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，加深學(xué)生對(duì)工程的了解，不僅使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)能融會(huì)貫通，更強(qiáng)化了學(xué)生的化工設(shè)計(jì)能力。

2 專業(yè)培養(yǎng)及技能競(jìng)賽

如何讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)接觸到實(shí)踐并在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，是解決教學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵[4-5]。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本課程將“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽和創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽、山東省大學(xué)生化工過(guò)程實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽等化工模擬相關(guān)的科技競(jìng)賽融入課程，讓學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)技能自主學(xué)習(xí)思考，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)積極性，鼓勵(lì)積極參與上述競(jìng)賽活動(dòng)。在作品設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生需要根據(jù)題目要求，主動(dòng)思考模型建模，不斷強(qiáng)化工程意識(shí)；運(yùn)用流程模擬優(yōu)化軟件對(duì)每個(gè)工段、每個(gè)模塊、每個(gè)參數(shù)進(jìn)行全面分析，確定最優(yōu)工藝方案；通過(guò)工藝優(yōu)化并對(duì)整個(gè)過(guò)程的設(shè)備選型進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算與校核。通過(guò)以上舉措激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，讓學(xué)生在競(jìng)爭(zhēng)氛圍中加深對(duì)課程知識(shí)的理解。

3 案例分析及工程實(shí)踐

新時(shí)代要求培養(yǎng)企業(yè)需求的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，化工類院校更注重專業(yè)型人才的培養(yǎng)[6]。解決實(shí)際化工生產(chǎn)問(wèn)題是化工過(guò)程模擬的最終目的，化工廠擁有豐富的實(shí)際工程案例，傳統(tǒng)教學(xué)往往難以涉及。為此，我們高度重視校企合作，充分發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢(shì)，先后與中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司研究院、萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司、山東新華制藥股份有限公司等單位建立長(zhǎng)期合作機(jī)制。建立企業(yè)案例庫(kù)，選取優(yōu)秀案例進(jìn)行講解，并與行業(yè)發(fā)展需求相聯(lián)系，開(kāi)拓學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

除此之外，將化工過(guò)程模擬內(nèi)容與畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相融合，鼓勵(lì)對(duì)模擬方向感興趣的同學(xué)選擇相關(guān)課題，并將優(yōu)秀的畢業(yè)設(shè)計(jì)案例納入教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，建立案例教學(xué)精品庫(kù)、企業(yè)案例庫(kù)和畢設(shè)課題案例庫(kù)多庫(kù)融合的教學(xué)模式，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)最大程度保證教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量。

以上教學(xué)改革可拓寬就業(yè)渠道，在提高學(xué)生綜合能力的同時(shí)，也為現(xiàn)代化工企業(yè)輸送高素質(zhì)人才[7-8]。踐知體悟的化工模擬課程教學(xué)模式如圖1所示。

圖1 踐知體悟的化工模擬課程教學(xué)模式

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各領(lǐng)域科技發(fā)展呈現(xiàn)的日新月異的變化，在化工工藝設(shè)計(jì)、模擬、優(yōu)化等方面也不例外?；み^(guò)程模擬課程綜合性較強(qiáng)、它是將化工原理、反應(yīng)工程、分離工程、化工熱力學(xué)、化學(xué)工程與工藝等多門(mén)課程的內(nèi)容有機(jī)地聯(lián)系在一起，內(nèi)容較多而且抽象，在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生一般無(wú)法將各門(mén)課程內(nèi)容結(jié)合起來(lái)，不能系統(tǒng)地處理問(wèn)題，而只能孤立、片面地解決問(wèn)題。而化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迫切需要能全面掌握各類化工理論知識(shí)和專業(yè)技能的具有綜合素質(zhì)的化工專業(yè)人才?！佰`知體悟”化工過(guò)程模擬教學(xué)改革在一定程度上，化解了高校人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)人才需求之間的矛盾。

自實(shí)行“踐知體悟”化工過(guò)程模擬教學(xué)改革以來(lái)，教學(xué)效果得到了有效提升，學(xué)生對(duì)待本課程的積極性顯著提高，創(chuàng)新能力和工程能力大大加強(qiáng)；學(xué)生的整體課程成績(jī)優(yōu)秀，自發(fā)組織參加科技競(jìng)賽并獲得省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，高素質(zhì)的畢業(yè)生在眾多化工企業(yè)中得到了廣泛認(rèn)可。

但同時(shí)我們也認(rèn)識(shí)到，教學(xué)改革仍在在路上。世界化工行業(yè)正在高速發(fā)展，化工過(guò)程模擬課程也應(yīng)跟上時(shí)代發(fā)展的需求。一方面，將過(guò)程模擬軟件與分子模擬軟件、數(shù)值分析軟件、環(huán)境影響分析軟件等軟件進(jìn)行交互，可以實(shí)現(xiàn)更加豐富的模擬功能，在授課時(shí)加入相關(guān)軟件的介紹，可激發(fā)學(xué)生興趣，拓寬學(xué)生眼界，讓學(xué)生了解到學(xué)術(shù)前沿內(nèi)容；另一方面，教師應(yīng)在不斷擴(kuò)充理論知識(shí)，積極參加課程內(nèi)涵建設(shè)、實(shí)踐課程改革等教學(xué)研討活動(dòng)，不斷深化課程改革，積極創(chuàng)新，努力將學(xué)生培養(yǎng)成新時(shí)代化工領(lǐng)域的需求人才。