基于工程能力培養(yǎng)的化工專業(yè)設(shè)計類課程改革實踐*

王小艷，常文貴，徐光年

(皖西學院，安徽 六安 237012)

工程實踐能力是對應用型化工專業(yè)人才的基本要求，表現(xiàn)為既有扎實的學科理論基礎(chǔ)，又具備與生產(chǎn)實際緊密聯(lián)系的工程意識和創(chuàng)新思維。其中化工設(shè)計類實踐課程是實現(xiàn)工程實踐能力培養(yǎng)目標的重要的課程體系[1]。在教育部新修訂的化工類教學質(zhì)量國家標準中將化工設(shè)計列為四種基本的綜合實踐教學環(huán)節(jié)其中之一。指出“化工設(shè)計實踐課程是培養(yǎng)學生工程設(shè)計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)，是對多門相互聯(lián)系的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課知識的綜合和實踐應用，該環(huán)節(jié)可培養(yǎng)學生的團隊意識和協(xié)作精神，提高其綜合應用各方面的知識和技能解決復雜工程問題的能力”。

與傳統(tǒng)的工科院校和綜合性大學相比，地方院?；I(yè)辦學時間相對較短，專業(yè)定位、專業(yè)特色有待于進一步彰顯，課程設(shè)置過程中往往存在大而全或者因人設(shè)置、因條件設(shè)置等情況，這對專業(yè)特色化發(fā)展、個性化發(fā)展是極其不利的?；ぴO(shè)計實踐類課程主要包括化工原理課程設(shè)計、化工設(shè)備課程設(shè)計、化工系統(tǒng)工程課程設(shè)計、化工CAD課程實踐等多個實踐課程的一個綜合性課程群組。傳統(tǒng)的化工課程設(shè)計類課程按照以上的模式開設(shè)獨立的理論和課程設(shè)計相關(guān)課程。各學校學院依據(jù)自身的優(yōu)勢在課程設(shè)計的出題方面有所側(cè)重。在化學工業(yè)中，化工設(shè)計都是工程建設(shè)的基礎(chǔ)，設(shè)計過程是將研究開發(fā)的技術(shù)及過程開發(fā)的成果轉(zhuǎn)以工程數(shù)據(jù)、圖紙、文件等等形式呈現(xiàn)，要求設(shè)計者具有一定的化工設(shè)計基本知識和技能和一定的工程實踐基礎(chǔ)。化工設(shè)計類課程正是為了培養(yǎng)化工專業(yè)的學生能綜合運用多門理論課程中的的基本理論和基本方法，聯(lián)系生產(chǎn)實際，進行初步設(shè)計，提升專業(yè)綜合能力和實踐應用能力[2]。近年來，我國化工行業(yè)的發(fā)展令人矚目，新能源、新材料能分支也蓬勃發(fā)展，行業(yè)需求也日益增長，國內(nèi)一流的化工設(shè)計院所，通過引進項目、消化吸收國外先進技術(shù)，開發(fā)和設(shè)計水平已接近國際先進水平，在與高校的聯(lián)系合作中也間接推進了高?；ぴO(shè)計課程建設(shè)、完善和發(fā)展[3]。

現(xiàn)有的化工設(shè)計類課程體系在培養(yǎng)學生的工程能力和應用能力方面存在著斷層、重復交叉、資源未有效充分利用等方面的問題。重新整合化工設(shè)計類課程，將化工設(shè)計類課程進行綜合改革是化工教改非常重要也必要的一個方面。綜合后的化工設(shè)計課程立足于化工學科的工程技能訓練，有效整合《化學工藝學》、《化工原理》、《化工設(shè)備基礎(chǔ)》、《化工過程分析與綜合》和《化工CAD》等課程的課程設(shè)計內(nèi)容，通過合理的設(shè)置化工項目的要求學生分組，以團隊形式進行設(shè)計實踐。引導學生學習并掌握化工專業(yè)的設(shè)計方法、熟練掌握模擬軟件、作圖工具等。學生在實踐過程，學習現(xiàn)代(化工專業(yè))設(shè)計方法與設(shè)計工具的使用方法，了解計算機輔助化學工程設(shè)計的基本步驟，初步掌握使用Aspen Engineering Suit軟件進行化工過程、換熱設(shè)備和塔設(shè)備設(shè)計，使用Intergraph Smart Plant 3D軟件進行化工裝置三維建模設(shè)計，使用AutoCAD繪制化工流程圖、塔設(shè)備圖、車間布置圖、工廠總平面圖的方法和技能，使用Aspen Process Economic Analyzer軟件進行成本估算，了解化工設(shè)計工作程序、工作內(nèi)容、設(shè)計文檔編制方法，從單元操作模擬、設(shè)備選型到完整流程模擬，再到化工廠設(shè)計全過程[4]。課程的實踐教學培養(yǎng)了學生綜合運用化工熱力學、化工原理、化學工藝學、化學反應工程、化工機械設(shè)備、化工儀表與自控等化工專業(yè)基礎(chǔ)理論解決具體工程問題的能力，符合培養(yǎng)應用型人才的需求。

以皖西學院為例，自2011級開設(shè)化工原理課程設(shè)計、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計、化工CAD課程實踐，2014級開設(shè)化工系統(tǒng)工程課程設(shè)計、2015級開設(shè)化工設(shè)計課程實踐以來，調(diào)研發(fā)現(xiàn)：

(1)部分課程設(shè)計與理論課同步開設(shè)，學生在未完整的系統(tǒng)的學習設(shè)計要求的情況下完成的設(shè)計內(nèi)容不規(guī)范，設(shè)計內(nèi)容單一。

(2)多門設(shè)計課程內(nèi)容雖然各有側(cè)重，但有重復的現(xiàn)象。

(3)各門設(shè)計實踐課程獨立開設(shè)，學生沒有對完整的項目進行設(shè)計實踐的經(jīng)歷，不利于工程能力的培養(yǎng)。

鑒于當前化工課程設(shè)計類課程開設(shè)的現(xiàn)狀，從以下方面進行改革實踐和探索，形成可輻射性經(jīng)驗。

1 化工設(shè)計類實踐課程之間的融合

化工課程設(shè)計類的課程的課程體系大多是按設(shè)計知識單元劃分，涵蓋單元操作、設(shè)備設(shè)計、CAD制圖、換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、流程設(shè)計等。學生依托理論課中的知識針對單元操作及其設(shè)備進行簡單的物料衡算、能量衡算和設(shè)備選型計算。這個過程固然對學生的理論知識得到檢驗，對單元操作有進一步理解，但是缺乏系統(tǒng)設(shè)計的訓練，而且往往因為設(shè)計目標脫離實際項目，導致學生在課程設(shè)計過程中缺乏工程實際的考量；學生完成階段性設(shè)計從而與工藝過程脫節(jié)，將知識孤立化和碎片化，在設(shè)計過程中不利于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和綜合分析問題能力，導致工程設(shè)計能力弱化的現(xiàn)象。在實踐課程教學過程中，加強現(xiàn)有的課程設(shè)計類實踐課程的有機融合，減少重復交叉、資源未有效充分利用等方面的問題，通過面向具體化工項目的設(shè)計實踐來引導學生學習并掌握化工專業(yè)的設(shè)計方法、工具和思想。設(shè)計類課程協(xié)同教學的模式實現(xiàn)了階段設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計的有效結(jié)合，加強了設(shè)計內(nèi)容的系統(tǒng)性、綜合性和規(guī)范性。針對課程設(shè)計類課程之間的融合，可以有效的利用課程設(shè)計內(nèi)容項目化，加強設(shè)計內(nèi)容的系統(tǒng)性、綜合性和規(guī)范性，學生則采用分組協(xié)作，在一定的時間內(nèi)完成一個相對完整工程項目設(shè)計，開展原料、產(chǎn)品方案選擇、設(shè)備設(shè)計選型、工藝方案設(shè)計、車間設(shè)計、經(jīng)濟分析與評價和環(huán)境評價等，最終完成完整的初步設(shè)計[5]。在此過程中不僅培養(yǎng)了學生的工程設(shè)計能力和團隊協(xié)作精神，而且提升了他們解決復雜工程問題的能力，達到應用型人才培養(yǎng)的目標。

在實踐過程中總結(jié)出實現(xiàn)融合的途徑和方式：形成“師資團隊共同協(xié)作、理論基礎(chǔ)長程統(tǒng)一、課程設(shè)計項目化”綜合后的化工課程設(shè)計課程體系將有很大的改變，如設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的融合，理論和生產(chǎn)設(shè)計實際的對接等。形成完整的項目設(shè)計，更好的對接工程實際，有效的培養(yǎng)學生的工程能力。

2 化工設(shè)計類課程與其他實踐類課程融合

以企業(yè)認識實習-校內(nèi)化工專業(yè)仿真實驗-化工專業(yè)實訓為學生工程能力進階式培養(yǎng)脈絡(luò)的的化工實踐教學環(huán)節(jié)，對課程設(shè)計有很好的支撐作用。

化學工程與工藝的學生通常都需要參加認識實習，期間要求學生掌握所實習工段的生產(chǎn)流程、工藝原理及操作方法，了解主要設(shè)備的類型、安全生產(chǎn)措施，了解生產(chǎn)中“三廢”的處理方法和利用情況，了解車間的生產(chǎn)管理制度。通過實習過程在實際生產(chǎn)環(huán)境中有效的培養(yǎng)學生工程意識。但目前工廠顧及安全與效益，一般不允許學生動手操作，以參觀、討論為主，因此校內(nèi)仿真實驗中心和工程訓練中心的建設(shè)尤為重要。

仿真實驗中心一方面采用實物仿真裝備和實訓軟件的混合體系架構(gòu)，將單元操作的化工裝備按一定比例制作，具備真實裝備所具有的相關(guān)結(jié)構(gòu)、功能，學生可以分小組根據(jù)實驗原理自行設(shè)計實驗過程，調(diào)試實驗參數(shù)，探索實驗結(jié)論。然后根據(jù)設(shè)計流程進行仿真裝備實驗，再結(jié)合實際實驗裝置親身操作，同時將實驗得到的參數(shù)進行仿真實驗優(yōu)化，再進行實驗驗證，實現(xiàn)仿真實驗和實際實驗操作之間的有效真實互動。在這樣積極的互動過程中能讓學生進一步理解過程系統(tǒng)優(yōu)化的內(nèi)涵，充分提升學生解決實際工程問題的能力。通過逼真的仿真教學系統(tǒng)，使學生不出校門便能了解實際生產(chǎn)裝置，并能親自動手反復操作，將所學專業(yè)知識和實際生產(chǎn)緊密地結(jié)合在一起充分激發(fā)學生的學習興趣。學生在按照步驟操作的同時需要用用理論去分析實際問題，解決實際問題。

在實踐教學環(huán)節(jié)中，虛實結(jié)合的原則，強化仿真實驗中心和工程訓練中心的建設(shè)，以皖西學院材化學院化工專業(yè)為例，當前學院已建成“省級仿真實訓中心”和工程實訓中心，其中仿真實驗中心依托虛擬現(xiàn)實、仿真裝備與多媒體技術(shù)，融合多種互動硬件與數(shù)據(jù)庫，可以對化工單元操作、工藝流程的各個真實環(huán)節(jié)進行模擬仿真，將不可視的場景形成安全操作的二維或三維虛擬場景，實現(xiàn)對作業(yè)崗位職能及工藝的可視化模擬。學生在虛擬的崗位進行提前預演，在工程實踐中提高學生工程實踐能力、 提升就業(yè)素質(zhì)和競爭能力。

通過認識實習、仿真實訓，學生已經(jīng)逐步形成工程設(shè)計理念，具備一定工程實踐能力，在課程設(shè)計過程中遇到工程設(shè)計問題能更好的自主解決，設(shè)計結(jié)果更符合生產(chǎn)實際。

3 化工設(shè)計類課程與競賽融合

全國大學生化工設(shè)計競賽是面向高?；I(yè)、規(guī)模最大、影響最大的化工學科專業(yè)競賽，至今已舉辦十五屆了，在培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新思維和工程實踐能力、團隊協(xié)作精神等等方面都有非常重要的作用，符合工程認證的要求，每一年精心選擇貼合當前化工行業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品需求的設(shè)計目標，制定相關(guān)的設(shè)計任務[6]。參賽多年來我們以開展化工設(shè)計競賽為手段，培養(yǎng)學生實踐能力，創(chuàng)新能力和團隊精神，在完成產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)，流程和裝置的設(shè)計，工廠設(shè)計和經(jīng)濟分析，環(huán)保設(shè)計運行方案等過程中，鍛煉將理論知識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)造新的技術(shù)成果的能力。通過競賽過程進行工程能力培養(yǎng)的實踐探索。競賽的宗旨和課程設(shè)計的培養(yǎng)目標具有高度的重合性，所以也探索了課程設(shè)計與競賽融合，擴大競賽的參與面，提高參與的積極性，能更好的以賽促教、以賽促學。在課程設(shè)計與競賽融合我們發(fā)現(xiàn)：一方面推動課程設(shè)計教學改革，提升教師競賽指導水平和課程設(shè)計的指導能力；一方面學生為帶著在課程設(shè)計和競賽中遇到的問題，進行理論學習和探索學習，拓展了理論學習的廣度和深度，也強化了學生自學能力。指導競賽的教師一般都擔任課程設(shè)計的指導工作，在課程設(shè)計出題、設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計方法等多方面更容易把控，實現(xiàn)兩者之間的融合。在具體的教學

過程中通過整合設(shè)計實踐課程，以完整的項目作為課程設(shè)計任務，學生需要進行流程設(shè)計、單元操作設(shè)備設(shè)計、換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、經(jīng)濟分析與評價等。通過改革后的課程設(shè)計教學實踐過程，大多學生對參加設(shè)計競賽有了一定的信心，對后續(xù)完成畢業(yè)設(shè)計奠定了堅實基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

在化工專業(yè)設(shè)計類課程改革實踐過程中，積極探索改革模式：通過化工設(shè)計類實踐課程之間的融合，有效的整合師資和其他教學資源，形成“師資團隊共同協(xié)作、理論基礎(chǔ)長程統(tǒng)一、課程設(shè)計項目化” 實現(xiàn)融合的有效途徑和方式；通過化工設(shè)計類課程與其他實踐類課程融合，結(jié)合進階式化工實踐教學環(huán)節(jié)，提升設(shè)計能力；通過化工設(shè)計類課程與競賽融合，不但能正向以賽促教、以賽促學，還能逆向提高化工設(shè)計競賽水平。通過化工專業(yè)設(shè)計類課程改革，為達成工程能力培養(yǎng)目標提供了有效的途徑，提升應用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。