化工设计教学改革论文

[摘要]化工设计是培养学生工程能力和创新能力的核心课程之一，是提高学生综合素质，使大学生向工程师转化的一个非常重要的教学环节。本文针对化工设计课程在教学中存在的问题，从理论教学、实践教学、计算机在化工设计中的应用、课程考核等方面探讨了化工设计的教学改革，从而带动地方本科高等学校完成向应用型转变。

[关键词]化工设计；工程能力；创新能力；教学改革；应用型

为了适应经济社会发展的需要，化解高等教育结构性矛盾、扭转同质化倾向，缓解地方普通本科高校毕业生就业难和就业质量低下的问题，培养生产服务一线紧缺的应用型、复合型、创新型人才，教育部、发改委、财政部于2015年出台了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》。这既顺应了区域经济社会发展的迫切需求，又是新建本科院校的共同使命与挑战，更是学校发展再上新台阶的必然选择[1]。应用型大学应以服务地方经济社会发展为使命，推进学科专业转型；以增强学生动手能力、实践能力、社会适应能力为目标，推进人才培养方式转变；以特色发展、错位竞争为途径，推动人才培养目标转变。高校是由学科和专业构成的，转型不应该是学校转，而是专业、学科转，以学科、专业带动学校完成向应用型转型[2]。在化学工程与工艺专业学生培养过程中，最大的特点是需要从纯理论学习过渡到工程学习。但是理论知识与实际工程有很大不同，犹如存在着一个巨大的鸿沟，需要一个桥梁才能越过这条鸿沟。通过这个桥梁，学生能够熟练利用已经掌握的理论知识去解决实际的工程问题。化工设计是培养学生的工程能力和创新能力的核心课程之一，通过课程学习有利于培养学生的独立工作、独立思考和运用所学知识解决工程技术问题的能力，是提高学生综合素质，使大学生向工程师转化的一个非常重要的教学环节。化工设计要求学生具备物理化学、化工原理、化工热力学、分离工程、化工工艺学和化学反应工程等扎实的专业知识。同时，它还要求学生掌握化工设计的原理、概念、方法及基本步骤，并具有利用计算机进行化工计算、化工设计等能力[3-4]。枣庄学院化学化工学院自2011年参加化工设计竞赛以来，每年都有全国总决赛及华北赛区的获奖，多次获得一等奖、二等奖等。化工学院以“化学工程与工艺”专业列入教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业为契机，利用化工设计课程的轴心带动作用，在促进化工专业向应用型转变的过程中进行了一系列的探索。

1以“应用能力导向”原则，在理论教学方面注重设计实例与理论相结合

现代工程师的培养，应采用“知行合一，双核协同”的培养模式，因此，任课教师应明确课程主要培养何种职业能力，怎样实施教学，并据此构造知识框架及知识点[5-6]。化工设计课程与其他理论课程有明显的不同，其更强调课程的实用性和工程性。因此授课老师应多从实际工程设计角度设计授课计划，案例分析和设计实例练习是提高授课质量的一个好方法。化工设计教学内容改革要坚持以“应用能力导向”为原则：即课程要以培养学生应用能力为导向重组、优化教学内容，强化课程体系中能力项在知识点中的分量。化工设计的理论教学主要讲授化工过程设计的基础知识和基本程序，包括工艺流程设计、物料和能量衡算、设备的选型和计算以及车间布置设计等内容。其主要的教学目的是使学生掌握化工设计的基本概念和化工厂设计的基本程序。根据化工设计课程自身的应用性、综合性特点和“应用能力导向”原则，在理论教学方面应一改以往单纯的理论授课模式，引入设计实例，用讲解实例的方式贯穿整个化工设计课程的教学始终。注重设计实例与理论知识相结合的授课方法，多从设计实例出发，开展课上与课下的探讨，使学生巩固、加深课堂所学知识，使自己真正融入到设计过程中，增强实际应用的能力，并且充分激发学生的学习兴趣。通过综合运用“启发式、讨论式、研究式、案例式”等多种教学方法，使教学内容侧重应用性和时效性，教学方式注重知识的综合应用。

2提高实践教学比例，增加实践和实践教学环节

枣庄学院化学工程与工艺专业的培养目标是适应我国社会主义建设需要的，德、智、体全面发展的，具有扎实的化学工程与工艺专业基础知识、良好的科学素质和创新精神，适应区域经济社会发展需要、工程实践能力强，从事化学工程与工艺及相关领域工作的应用型高素质专门人才。学生解决实际工程问题的能力，是必须要通过实践来培养的。通过进一步提高化工设计实践教学比例，让学生学会运用最先进的设计软件进行化工设计，为毕业后从事工程设计打下基础。首先，化工设计学时数从原来的纯理论课32学时，增加到现在的48学时，下一步继续增加30学时的上机训练。其次，通过课程设计的形式，组织学生进行四周的化工项目初步设计，让学生能够真正了解化工设计的步骤，掌握信息来源的渠道，体会工程师在整个过程设计中扮演的角色和所起的作用。第三，鼓励学生参加“三井杯”全国大学生化工设计竞赛，为教师提供专业知识、教学方法交流的平台，学生通过大赛设计内容的准备、答辩等过程，提升其专业知识应用水平和工程意识，对培养他们的团队协作精神和创新意识具有非常重要的实践意义。同时，枣庄市是全国七大煤化工基地之一，有很多煤化工企业，如兖矿鲁化、新能凤凰等，借助于地域优势，学生可以经常去企业参观化工装置，加深理解课堂所学理论知识。枣庄学院秉着“服务地方，特色发展”的办学理念，成立了很多校企合作单位，为学生学习化工设计提供了良好的实地学习保障。

3重视计算机在化工设计中的应用

很多高校进行化工设计实践时，采用查手册、看图表、套公式等低效落后的方式，而目前在一流的化工设计院所已逐步采用过程综合集成、流程优化、在线数据库、三维CAD、项目协作管理、电子文档交换等信息技术。化工设计已经成为集化工工艺、计算机技术、工程设计等知识于一体、突出强调现代工程设计能力培养的应用型课程[7]。对现代化工设计来说，从分子结构预测物质性质到工艺流程的设计、设备的选型计算、管道的布置设计，均离不开计算机。计算机在化工设计中的应用可以简单的概括为三种：一种是设计绘图，如常用流程图绘制软件为美国Autodesk公司的AutoCAD、VMGSim等，绘制管道仪表流程图还必须使用专门的软件，例如：上海尤里卡的PEDS三维配管工程设计系统、中科辅龙的PDSOFT三维工厂设计软件等都有绘制管道仪表流程图的功能，深圳维远泰克公司还推出一款专门用于绘制工艺流程图的软件PIDCAD；另外一种是流程模拟和设计软件：AspenPlus、Pro/II、Hysys、ChemCAD、SuperProDesigner等；再就是数据计算，常用的有Matlab、VisualBasic，以及用AspenPlus进行物料衡算和热量衡算。其中绘图包括对工艺流程图、设备工艺及设备图、设备布置图、车间厂房布置图、管路布置图等的绘制；流程模拟主要是对物性的估算和工艺流程的优化；数据计算包括物料衡算、能量衡算以及经济核算等。虽然在校园内计算机的普及率非常高，但计算机在专业中特别是化工设计中的应用非常有限。为改变目前现状，一方面要鼓励青年教师在这方面进修；同时，应安排适当的课时介绍相关软件，引起学生对软件应用的兴趣。如果课时允许还可开设一些针对性强的计算机应用选修课程，如Matlab等，使学生有更多的机会掌握这些软件的应用。这些化工设计软件功能强大，工作效率高，通过介绍和演示，不仅可以开阔学生的眼界，增加他们的知识面，更能激发他们的学习兴趣，提高学生学习主动性。但是，课堂学时毕竟有限，对学生只能起一个引导的作用，关键是学生课后自学。另外，我校学生每年都参加全国大学生化工设计竞赛并取得很好的成绩，这些软件都在各种化工设计竞赛中得到了广泛应用。将这些软件应用于化工设计教学中取得了明显效果，所取得的成绩必然会进一步推进我校化工设计的教学改革。

4通过化工仿真实验训练，提高学生的动手能力

化工设计是与化工厂实际密切联系的一门课程，教学过程中应该与实际操作相关联，才能够更好地提高教学水平。计算机仿真教学系统一般需要设置基本的操作单元，并附有各操作单元的工作原理和简单的工艺流程介绍,以及带控制点的工艺流程图、DCS图(Distributedcontrolsystem集散控制系统操作界面)、现场图、操作注意事项等[8-9]。为了更深入提高化学工程与工艺专业实习教学质量，利用校内氯碱工业工控流程演示平台、年产30万吨乙烯生产联合装置、年产52万吨尿素生产联合装置、合成氨工艺仿真、甲醇工艺仿真、水煤浆加压气化制水煤气工艺仿真等系统，将平常课本中学到的理论知识和工艺流程通过真实的设备和车间展现给学生。将学生对工程知识的追求，由被动状态变为主动状态，这在学生工程设计环节和毕业设计环节中将得到明显体现。由于整个过程中操作人员根据自己的工艺理论知识和装置的操作规程在控制室和装置现场进行操作，并且由操作人员通过观察分析反馈回来的生产信息，判断装置的生产状况，进行进一步的操作，直至使装置达到满负荷平稳生产状态。因此，通过仿真训练，可以锻炼学生的应变能力和处理问题的能力，使学生对实际生产过程有较深的感性认识，既锻炼了动手能力，又提高了专业知识应用技能，将理论与实际生产紧密结合在一起，大大提高了学生对综合知识的运用能力。

5与时俱进的考核体系

创新的教学模式需要有丰富的、与时俱进的考核手段。因此，要对考核方式进行一定的改革。教学过程中，设计型作业可以综合应用所学知识，也是对学生最直接最有效的一种考核。将以往的试卷考试改为试卷、作业、小组讨论与发言、设计型作业相结合的综合考核方式，不仅可以充分调动学生学习的积极性，还可以教会学生应用所学知识去解决实际生产中存在的问题。整个考核体系以教学过程考察为重点，期末考核为基础，考核过程公开透明。在化工设计中理论教学部分课程总评成绩中平时成绩占80%，课程理论考试只占20%。这样可以保证各个大作业在课程实施过程中切实有效地按计划进行，学生确实能考虑设计任务的方方面面。综合考核在总体上能够反映学生对设计思想的把握程度、化工专业知识运用的技能以及学生的创新能力。这些措施能有效地完善考核方法，全面考核学生的综合知识、能力以及各方面素质，引导学生自觉按照实践性课程培养目标的要求进行化工设计学习。

总之，目前传统的教学模式弊端已经很明显，其不利于新形势下学生综合素质的培养和创新能力的提高。化工设计课程的教学改革应以服务地方为目标，结合地方产业，与时俱进，将实际企业中的新技术、新知识、新工艺、新方法及时融入教学，在培养学生自主学习、自主创新能力的同时，完成对学生综合能力的训练，从而为当地企业培养“拿来能用”的人才，并以此为契机，带动地方本科高等学校完成向应用型转变。

参考文献

[1]李正辉，周琦，朱瑞芬，等．大学生化工设计竞赛对化工类卓越工程师培养及地方本科高校向应用型转变的促进作用[J]．化工高等教育，2016(3)：27-29．

[2]吴中江，黄成亮．应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J]．高等工程教育研究，2014(2)：66-70．

[3]陈秀丽，邹长军．基于卓越工程师培养的要求，深化化工设计教学环节改革[J]．化工高等教育，2013(4)：42-45．

[4]陈声宗．化工设计[M]．北京：化学工业出版社，2014．

[5]金谊，朱瑞芬，刘望才，等．化工设计课程教学方法改革探讨[J]．宁波工程学院学报，2009，21(2)：89-92．

[6]高浩其，徐挺，李维维．“知行合一、双核协同”现代工程师培养模式的探索[J]．高等工程教育研究，2007，(4)：18-27．

[7]刘会娥．《化工设计》实践教学之我见[J]．中国石油大学胜利学院学报，2010，24(1)：64-65．

[8]陈蔚萍．“化工设计”课程的教学改革实践[J]．广东化工，2009，7(36)：297-298．

[9]张琳叶，魏光涛，陈砺．化工设计教学思考与建议[J]．化工高等教育，2011(3)：46-48．

作者:肖瑞瑞 杨伟 鞠彩霞 单位:枣庄学院