基于安全工程專業(yè)的化工工藝課程教學(xué)改革

摘 要：為適應(yīng)安全工程專業(yè)化工安全方向人才培養(yǎng)需要，構(gòu)建完善的化工安全方向課程體系具有重要意義。傳統(tǒng)的化工工藝學(xué)課程一般以產(chǎn)品屬性的生產(chǎn)工藝為主線，但在危險(xiǎn)化學(xué)工藝教學(xué)方面明顯存在薄弱之處，未能充分體現(xiàn)安全工程的專業(yè)特色。在深入分析課程內(nèi)容現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合安全工程專業(yè)的特點(diǎn)，圍繞原國(guó)家安監(jiān)總局公布的18種危險(xiǎn)化學(xué)工藝為主線進(jìn)行教學(xué)改革。通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化案例教學(xué)、提升工程觀念、加強(qiáng)思政教育等舉措，對(duì)安全工程專業(yè)化工工藝學(xué)課程教學(xué)改革進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：化工工藝學(xué)；新工科；化工安全方向；教學(xué)改革

化工行業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，在2022年全行業(yè)營(yíng)業(yè)收入達(dá)到16.56萬(wàn)億元，規(guī)模位居世界首位，且增長(zhǎng)勢(shì)頭依舊強(qiáng)勁。然而，隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，安全問(wèn)題也愈發(fā)凸顯，如天津港“8·12”特大爆炸事故、江蘇響水“3·21”特大爆炸事故、河南義馬煤氣化“7·19”重大爆炸事故等，這些事故暴露出我國(guó)在化工安全教育方面的不足。因此，如何培養(yǎng)出具備強(qiáng)烈安全意識(shí)、掌握安全管理技能與風(fēng)險(xiǎn)分析能力的高素質(zhì)復(fù)合型化工安全專業(yè)技術(shù)人才，已成為當(dāng)前高校化工安全教育所面臨的重大課題。2014年，教育部、國(guó)家安全監(jiān)管總局發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)化工安全人才培養(yǎng)工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確提出了優(yōu)化化工安全專業(yè)和人才結(jié)構(gòu)，深化化工安全人才培養(yǎng)機(jī)制改革的要求。

河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院于2016年成立化工安全研究所，該研究所主要承擔(dān)化工安全方向相關(guān)的課程建設(shè)和教學(xué)任務(wù)。這不僅對(duì)培養(yǎng)熟悉化工生產(chǎn)過(guò)程及其存在的各種潛在風(fēng)險(xiǎn)，并具備化工生產(chǎn)安全管理能力的高素質(zhì)人才具有重要意義，同時(shí)也完善了化工安全方向的課程體系建設(shè)。

一、課程現(xiàn)狀分析

化工工藝作為安全工程專業(yè)化工安全方向?qū)W生的核心專業(yè)課程，其課程內(nèi)容以典型的無(wú)機(jī)、有機(jī)、精細(xì)和聚合物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和過(guò)程為主導(dǎo)，著重闡述化工工藝學(xué)的基本理論知識(shí)。該課程的工程性和實(shí)用性較強(qiáng)，同時(shí)化工產(chǎn)品種類繁多、生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，因此目前課程教學(xué)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

（一）教材內(nèi)容豐富，通常按照產(chǎn)品屬性的生產(chǎn)工藝為主線，涵蓋無(wú)機(jī)化工、有機(jī)化工、精細(xì)化工、高分子化工等領(lǐng)域。教材內(nèi)容主要針對(duì)化工專業(yè)學(xué)生編寫(xiě)，安全工程專業(yè)的特點(diǎn)不夠突出。

（二）教學(xué)目標(biāo)相對(duì)單一。目前大多數(shù)教學(xué)仍以課堂講授為主，缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)。在缺少化工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的情況下，要讓學(xué)生高效地掌握危險(xiǎn)化工工藝基礎(chǔ)知識(shí)，還需要更為完善的教學(xué)方法和理念作為支撐。

（三）化工工藝安全事故案例庫(kù)建設(shè)相對(duì)滯后。為了讓學(xué)生深入地了解化工安全事故的分析與控制方法，急需建立化工工藝安全事故案例庫(kù)，總結(jié)各類事故的原因、后果以及控制手段，以供學(xué)生參考和學(xué)習(xí)。

基于上述因素，為適應(yīng)安全工程專業(yè)教學(xué)需要及新工科建設(shè)的趨勢(shì)，學(xué)校開(kāi)展“拓寬專業(yè)知識(shí)面，完善學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)”的教學(xué)改革，并結(jié)合安全工程專業(yè)特點(diǎn)，對(duì)化工工藝學(xué)課程教學(xué)體系進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和內(nèi)容重構(gòu)顯得尤為重要。

二、課程教學(xué)改革目標(biāo)

（一）要求本科生熟悉針對(duì)化工工藝安全管理及技術(shù)的相關(guān)國(guó)家、行業(yè)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

（二）要求本科生對(duì)化工工藝、涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品以及相關(guān)的安全技術(shù)措施有初步的掌握。

（三）使學(xué)生樹(shù)立起危險(xiǎn)化工工藝整體概念，并掌握危險(xiǎn)化工工藝安全管理和解決危險(xiǎn)化工工藝事故的主要方法。

三、課程教學(xué)改革內(nèi)容

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出安全工程特色

自2018年起，研究團(tuán)隊(duì)一直使用華東理工大學(xué)朱志慶教授主編的《化工工藝學(xué)》作為教材，該書(shū)脈絡(luò)清晰，條理性強(qiáng)。全書(shū)以產(chǎn)品屬性為主線，深入講解了典型化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，有助于學(xué)生觸類旁通，提高學(xué)習(xí)成效。但有關(guān)危險(xiǎn)化工工藝的教學(xué)內(nèi)容稍顯薄弱，與化工安全方向的結(jié)合度有待加強(qiáng)。

化工生產(chǎn)因其易燃、易爆、易中毒、高溫、高壓等特性，使得安全生產(chǎn)在化學(xué)工業(yè)中顯得尤為重要。2009年，原國(guó)家安全監(jiān)管總局印發(fā)了《首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄》，有力地推動(dòng)了化工生產(chǎn)裝置本質(zhì)安全水平的提高。在此基礎(chǔ)上，2013年，原國(guó)家安全監(jiān)管總局公布了第二批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄，并對(duì)首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。

在國(guó)家頒布的有關(guān)危險(xiǎn)化工工藝要求的指導(dǎo)下，基于化工安全方向人才培養(yǎng)的實(shí)際需求，結(jié)合安全工程專業(yè)特點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)化工工藝課程內(nèi)容進(jìn)行主線重構(gòu)。將傳統(tǒng)課程以產(chǎn)品屬性的生產(chǎn)工藝為主線，優(yōu)化為以危險(xiǎn)化工工藝為主線。在化工生產(chǎn)中，安全操作規(guī)程、工藝規(guī)程、設(shè)備檢修規(guī)程是保障安全必不可少的作業(yè)準(zhǔn)則。在課程設(shè)置中，著重強(qiáng)調(diào)18種危險(xiǎn)化工工藝流程基礎(chǔ)知識(shí)，并從基于安全工程的化工工藝基本知識(shí)及危險(xiǎn)性識(shí)別、過(guò)程安全控制、重點(diǎn)設(shè)備管理、安全操作規(guī)程、危險(xiǎn)化工工藝的常見(jiàn)安全事故及處理方法等多個(gè)方面入手，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)，以滿足化工安全人才培養(yǎng)的迫切需要。

為更好地將課程內(nèi)容與安全工程專業(yè)相結(jié)合，在具體章節(jié)中突出專業(yè)特點(diǎn)。以合成氨工藝為例，首先，讓學(xué)生思考氨的危險(xiǎn)特性有哪些，并結(jié)合大家對(duì)氨的危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)，播放液氨安全事故警示教育片，將案例教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)相結(jié)合。在此基礎(chǔ)上，引入氨的合成工藝過(guò)程，在工藝介紹過(guò)程中特別強(qiáng)調(diào)工藝的危險(xiǎn)特性，如天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化采用兩段法轉(zhuǎn)化的原因、析碳的原因及其危害，以及如何避免析碳、工業(yè)上合成氨反應(yīng)器采用的特殊結(jié)構(gòu)及其原因等。這樣的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，充分考慮了學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，將課程重點(diǎn)內(nèi)容與專業(yè)方向緊密結(jié)合，有助于學(xué)生更好地把握學(xué)習(xí)重點(diǎn)，提升學(xué)習(xí)的針對(duì)性和實(shí)效性。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法，強(qiáng)化案例教學(xué)

在教學(xué)方法上，通過(guò)啟發(fā)教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等多種形式，引導(dǎo)學(xué)生參與課堂教學(xué)，提升教學(xué)效果。同時(shí)，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生協(xié)助教師將危險(xiǎn)化工工藝與對(duì)應(yīng)的化工安全事故案例庫(kù)中的案例進(jìn)行同步建設(shè)與更新。比如，在介紹硝化工藝時(shí)，教師在完成對(duì)硝化工藝基礎(chǔ)知識(shí)和工藝危險(xiǎn)性分析的講解后，分組開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)。每組學(xué)生需以近年典型的硝化工藝事故案例為題材準(zhǔn)備課件，并讓學(xué)生上臺(tái)講解具有代表性的硝化事故案例。通過(guò)對(duì)事故發(fā)生危險(xiǎn)因素進(jìn)行歸納總結(jié)，學(xué)生能夠進(jìn)一步掌握硝化工藝的危險(xiǎn)性，在此基礎(chǔ)上提出預(yù)防事故發(fā)生的有效措施，以避免相關(guān)安全事故的再度發(fā)生。這種教學(xué)方法，不僅提高了學(xué)生參與課堂的積極性，活躍了課堂氣氛，還培養(yǎng)了學(xué)生課件制作、上臺(tái)演講等多方面的能力。

結(jié)合化工工藝課程不斷更新的特點(diǎn)，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行有效延伸，使原本枯燥的專業(yè)知識(shí)變得生動(dòng)鮮活。注重從發(fā)展的角度出發(fā)，將工藝發(fā)展的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講解甲醇制烯烴這一新型煤化工工藝時(shí)，采取了橫向與縱向?qū)Ρ鹊姆椒?。不僅縱向介紹了該工藝的發(fā)展歷程和技術(shù)革新，還對(duì)其原料要求、過(guò)程設(shè)備以及產(chǎn)品特性等進(jìn)行了橫向比較。同時(shí)，通過(guò)展示中國(guó)科學(xué)院大連化物所甲醇制烯烴三代技術(shù)的發(fā)展歷程，凸顯出我國(guó)科學(xué)家在攻克關(guān)鍵技術(shù)難題上的不懈努力，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入學(xué)習(xí)課堂教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。

在講解合成氨工藝未來(lái)趨勢(shì)時(shí)，介紹劉化章教授2013年發(fā)表在《化工進(jìn)展》上的《合成氨工業(yè)：過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)》和2014年發(fā)表在《催化學(xué)報(bào)》上的《氨合成催化劑100年：實(shí)踐、啟迪和挑戰(zhàn)》這兩篇文章，全面展現(xiàn)合成氨工藝的全景式發(fā)展軌跡與未來(lái)發(fā)展前景。在分析現(xiàn)有合成氨工藝危險(xiǎn)性的基礎(chǔ)上，引入電化學(xué)合成氨新工藝的重要意義，并以2023年發(fā)表在Science上的Continuous-flow electrosynthesis of ammonia by nitrogen reduction and hydrogen oxidation為例，展現(xiàn)合成氨技術(shù)蓬勃的生命力，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的科研興趣。在總結(jié)第二章“化工原料及其初步加工”的內(nèi)容時(shí)，引入國(guó)家雙碳戰(zhàn)略，并對(duì)該戰(zhàn)略進(jìn)行詳細(xì)解讀。從而引導(dǎo)學(xué)生從安全的專業(yè)視角去思考雙碳戰(zhàn)略實(shí)施的緊迫性，并將其與課程內(nèi)容進(jìn)行有效結(jié)合，介紹煤、石油、天然氣、生物質(zhì)等化工原料在雙碳戰(zhàn)略實(shí)施過(guò)程中的地位與作用，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注前沿科學(xué)，培養(yǎng)他們勇于創(chuàng)新的精神。

（三）重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升創(chuàng)新能力

化工工藝作為一門(mén)極具應(yīng)用性的專業(yè)課，與諸多實(shí)踐環(huán)節(jié)密切相連。將課堂教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)有效融合的教學(xué)方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和深層次的理解能力。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，進(jìn)而更全面地掌握知識(shí)，并能夠?qū)⑵溥\(yùn)用于實(shí)踐，這種螺旋式上升的學(xué)習(xí)過(guò)程有助于他們建立更為堅(jiān)實(shí)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。例如，結(jié)合學(xué)生在開(kāi)元化工等單位的見(jiàn)習(xí)經(jīng)歷，他們對(duì)離子膜燒堿的生產(chǎn)過(guò)程已有了初步的感性認(rèn)識(shí)。教師在講解氯堿電解工藝的過(guò)程中，將教材內(nèi)容與氯堿實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)物及實(shí)景相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的緊密結(jié)合，從而進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

化工工藝課程介紹的都是工業(yè)化成熟的工藝流程，然而工業(yè)企業(yè)中實(shí)際的流程卻是根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、原料和生產(chǎn)條件改良的流程。將不同企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)流程引入課堂，通過(guò)讓學(xué)生比較各流程的差異，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。例如，在介紹合成氨工藝時(shí)，將河南中原大化集團(tuán)和河南安陽(yáng)化學(xué)工業(yè)集團(tuán)兩家企業(yè)原料氣制取的實(shí)際流程和天然氣制合成氣以及煤氣化制合成氣的教材內(nèi)容相結(jié)合。展現(xiàn)因地制宜地選擇原料能夠更好地降低成本、降低能耗，從而提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。原料調(diào)整也會(huì)對(duì)整個(gè)工藝流程以及產(chǎn)品品質(zhì)帶來(lái)一系列影響，通過(guò)對(duì)比理論與實(shí)際之間的差異，能夠有效地提升學(xué)生獨(dú)立分析與思考的能力。

（四）增強(qiáng)工程觀念，培養(yǎng)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力

在課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師要注重強(qiáng)化學(xué)生工程觀念與解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力培養(yǎng)。以石腦油高溫裂解生產(chǎn)乙烯為例，這一生產(chǎn)工藝涵蓋了蒸汽裂解、氣體精制、多級(jí)壓縮、低溫精餾、產(chǎn)物分離和產(chǎn)品儲(chǔ)存等多個(gè)工段，涉及精餾塔、換熱器、壓縮機(jī)、離心泵等多種動(dòng)靜設(shè)備的能量利用與消耗，以及堿洗、脫水、除炔、甲烷化等多個(gè)步驟的氣體分離精制。在實(shí)際生產(chǎn)中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都可能對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)造成影響。在實(shí)踐教學(xué)方面，教師要組織學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽，以賽促教，以賽促學(xué)。比賽要求學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)繪制工程圖紙及編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等，涉及化工、安全、機(jī)械、經(jīng)濟(jì)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)。學(xué)院參賽學(xué)生連續(xù)兩年榮獲全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)，這不僅極大提升了參賽學(xué)生的專業(yè)水平和工程意識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊(duì)合作精神和工程倫理意識(shí)。

（五）加強(qiáng)思政教育，強(qiáng)化立德樹(shù)人效果

為強(qiáng)化教學(xué)效果，我們?cè)谡n堂教學(xué)中引入思政元素，將思政課堂與專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)道德教育。例如，在講授純堿生產(chǎn)工藝時(shí)，引入侯德榜的侯氏制堿法和范旭東實(shí)業(yè)報(bào)國(guó)的典型事例；在介紹合成氨工藝時(shí)，講述浙江工業(yè)大學(xué)劉化章教授在突破合成氨國(guó)產(chǎn)催化劑的動(dòng)人事跡；在講授現(xiàn)代煤化工工藝時(shí)，講述華東理工大學(xué)在煤氣化技術(shù)和中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所在煤間接液化技術(shù)領(lǐng)域取得的重大突破。這些內(nèi)容的引入，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感和自信心，更能將創(chuàng)新與愛(ài)國(guó)的理念根植于學(xué)生的心中。同時(shí)，也要讓學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)到，當(dāng)前我國(guó)化工企業(yè)使用的多項(xiàng)核心技術(shù)或設(shè)備（如乙烯/丙烯分離工藝）仍然受限于他人，客觀看待我國(guó)工業(yè)技術(shù)發(fā)展水平。以華為堅(jiān)持自主創(chuàng)新并不斷取得技術(shù)突破為例，激發(fā)學(xué)生的責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)意識(shí)，進(jìn)而提升他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新個(gè)性與創(chuàng)新人格。

在化工安全方向的化工工藝學(xué)課程教學(xué)中，教師要主動(dòng)適應(yīng)化工安全領(lǐng)域?qū)嵱眯腿瞬排囵B(yǎng)的需要，結(jié)合安全工程專業(yè)的特點(diǎn)，以危險(xiǎn)化工工藝為主線重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，探索新的教學(xué)方法與手段，突出安全工程專業(yè)的特色，將工藝與案例教學(xué)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程倫理，通過(guò)以賽促教的方式，將創(chuàng)新思想和職業(yè)道德教育有機(jī)融入教學(xué)過(guò)程，以期培養(yǎng)出符合社會(huì)發(fā)展需求的高素質(zhì)安全人才。

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責(zé)編：應(yīng) 圖

基金項(xiàng)目：2023年度河南省本科高校研究性教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“基于一流學(xué)科與一流專業(yè)協(xié)同創(chuàng)建的安全卓越人才分類培養(yǎng)機(jī)制研究及應(yīng)用”；2022年度河南理工大學(xué)安全學(xué)院安全科學(xué)與工程河南省優(yōu)勢(shì)學(xué)科本科教學(xué)工程與教學(xué)改革研究項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：穆仕芳（1982— ），男，河南理工大學(xué)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榛ぐ踩?；王燕?982— ），女，河南理工大學(xué)教授，研究方向?yàn)槲；钒踩?；紀(jì)文濤（1989— ），男，河南理工大學(xué)副教授，研究方向?yàn)榛ぐ踩?/p>