化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽模式在化工工藝學(xué)教學(xué)中的研究

化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對(duì)發(fā)展科學(xué)技術(shù)，改善人民生活和資源能源綜合利用等都有很大的推動(dòng)作用。在化學(xué)化工領(lǐng)域發(fā)展的新形勢(shì)下，需要不斷的尋求化工技術(shù)創(chuàng)新和大量的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。“三井化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽是中國(guó)化工學(xué)會(huì)主辦，當(dāng)前國(guó)內(nèi)化工類(lèi)本科學(xué)生水平、影響力的化工設(shè)計(jì)領(lǐng)域年度賽事。由在校的化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)學(xué)生組隊(duì)參與，學(xué)生在設(shè)計(jì)階段綜合利用化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、工廠(chǎng)設(shè)計(jì)、環(huán)境工程和經(jīng)濟(jì)分析等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)化工設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)一套工藝流程，完成流程設(shè)計(jì)、設(shè)備計(jì)算、圖紙繪制、環(huán)境影響評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)效益分析，再做出文字說(shuō)明材料。從而實(shí)現(xiàn)新技術(shù)的研發(fā)，新工藝和新設(shè)備的設(shè)計(jì)、新的生產(chǎn)產(chǎn)區(qū)布置等。參與化工設(shè)計(jì)大賽能促使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生的工程概念，實(shí)現(xiàn)工程師的培養(yǎng)要求，為學(xué)生未來(lái)從事化工設(shè)計(jì)工作奠定良好的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力。
“化工工藝學(xué)”是化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的核心課程，化工工藝學(xué)的教學(xué)是以原料或產(chǎn)品為目標(biāo)，介紹典型化工生產(chǎn)過(guò)程，運(yùn)用化工原理、化工設(shè)備基礎(chǔ)和自動(dòng)控制方面的基礎(chǔ)知識(shí)，引用工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)例，著重培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和能力。在教學(xué)中使學(xué)生了解化工產(chǎn)品生產(chǎn)的全貌，掌握化工生產(chǎn)過(guò)程與方法，會(huì)進(jìn)行典型流程的工藝分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，研究及分析工程實(shí)際問(wèn)題的能力，是一門(mén)理論與實(shí)踐并舉的學(xué)科。為適應(yīng)新時(shí)期化工類(lèi)人才培養(yǎng)模式要求，結(jié)合并借鑒“三井杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽的方式方法，我們需要對(duì)化工工藝學(xué)課程從課程建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革，努力提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)促進(jìn)化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽的蓬勃開(kāi)展，使化工工藝學(xué)的教學(xué)水平達(dá)到新的高度。
1精選教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
針對(duì)化工設(shè)計(jì)大賽是以煤和石油為主要原料，典型化工產(chǎn)品和化工中間體為產(chǎn)物，同時(shí)結(jié)合我院化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，所選教材要涵蓋無(wú)機(jī)化工，有機(jī)化工，精細(xì)化工，環(huán)
保護(hù)等知識(shí)范疇，我院選擇朱志慶主編的，化學(xué)工業(yè)出版社出版，十二五普通高等教育本科國(guó)家規(guī)劃教材“化工工藝學(xué)”作為教材。該書(shū)的無(wú)機(jī)化工部分主要介紹煤為原料制合成氨，以化學(xué)礦物為原料制硫酸;有機(jī)化工部分主要介紹以原油為原料石油煉制和石油化工，工藝過(guò)程與歷屆化工大賽的設(shè)計(jì)過(guò)程相似。教材中的化工工藝計(jì)算和化工生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)兩章，在化工工藝學(xué)教材中不多見(jiàn)，卻是化工大賽中物料衡算與能量衡算和三廢處理兩部分的理論基礎(chǔ)，因此適合作為化工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生教學(xué)要求。
在教學(xué)內(nèi)容，首先介紹化工原料及初步加工，包括中國(guó)的主要煤和石油原產(chǎn)地，學(xué)生可以了解原料的產(chǎn)地、交通運(yùn)輸方法和費(fèi)用、當(dāng)?shù)氐牡貎r(jià)和勞動(dòng)力價(jià)格，還可以了解中國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和不發(fā)達(dá)地區(qū)。其次介紹無(wú)機(jī)化工典型生產(chǎn)工藝和有機(jī)化工典型生產(chǎn)工藝，學(xué)生可以了解從原料經(jīng)過(guò)加工到產(chǎn)品的分離、精制和銷(xiāo)售的過(guò)程，通過(guò)典型生產(chǎn)工藝了解化工設(shè)計(jì)流程的一般規(guī)律。再介紹精細(xì)化工、聚合物化工和化工計(jì)算的內(nèi)容。另外加入工業(yè)催化劑的內(nèi)容，了解工業(yè)催化原理。后介紹三廢處理的內(nèi)容，使學(xué)生了解固液氣三態(tài)廢物的處理和回收利用方法，如何節(jié)約成本和增加經(jīng)濟(jì)效益。
2利用化工設(shè)計(jì)軟件，提高教學(xué)效果
板書(shū)講解配合多媒體教學(xué)已經(jīng)不滿(mǎn)足現(xiàn)代的教學(xué)要求，現(xiàn)代化的多媒體教學(xué)在授課當(dāng)中承擔(dān)越來(lái)越重要的作用。聲音、動(dòng)畫(huà)和視頻教學(xué)將難以表達(dá)的教學(xué)內(nèi)容形象生動(dòng)的表達(dá)出來(lái)。多媒體教學(xué)在相對(duì)有限的空間和時(shí)間內(nèi)，展現(xiàn)更廣闊的空間和更大的信息量。通過(guò)板書(shū)的設(shè)計(jì)對(duì)本節(jié)課做總領(lǐng)和概括，同時(shí)多媒體教學(xué)配合內(nèi)容豐富的講解很多的提高了教學(xué)效果。
在化工工藝學(xué)的課程中，學(xué)生面對(duì)流量、壓強(qiáng)和溫度等參數(shù)這樣單純的數(shù)字感到枯燥和抽象，只在理論上解釋反應(yīng)條件對(duì)于化工生產(chǎn)過(guò)程的影響。我院在開(kāi)設(shè)化工工藝學(xué)的同一個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)化工過(guò)程模擬基礎(chǔ)，是Aspenplus軟件在化工過(guò)程模擬中的應(yīng)用。在這門(mén)課程中，學(xué)生可以運(yùn)用軟件，模擬動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三種傳遞過(guò)程及化學(xué)反應(yīng)器原理，通過(guò)調(diào)整參數(shù)的變化，學(xué)生可以對(duì)全流程進(jìn)行模擬，并自己設(shè)計(jì)化工生產(chǎn)過(guò)程，提高了學(xué)生的參與感。在化工過(guò)程模擬基礎(chǔ)課程的課堂練習(xí)中，采用化工工藝學(xué)中的典型生產(chǎn)工藝，學(xué)生可以通過(guò)增減模塊，調(diào)整參數(shù)，改變?cè)稀⒏麓呋瘎脑煸O(shè)備等措施，達(dá)到提高原料的利用率，改善產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)約成本，減少污染的目的。并與原流程比較，發(fā)現(xiàn)自己的問(wèn)題和不足，為自己設(shè)計(jì)全流程模擬奠定基礎(chǔ)。
3重視實(shí)踐性教學(xué)，拓寬教學(xué)內(nèi)容
化工工藝學(xué)課程中介紹的都是成熟的工藝流程，而工業(yè)企業(yè)中實(shí)際的流程都是根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、勞動(dòng)力和生產(chǎn)條件而改良的流程。因此我們將網(wǎng)上查閱的文獻(xiàn)中的實(shí)際生產(chǎn)流程和每年的生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的生產(chǎn)流程引入課堂，讓學(xué)生對(duì)比流程之間的差別，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。比如教材中的煤制合成氣中凈化過(guò)程中的脫硫(硫化物)和脫碳(二氧化碳)的吸收劑，受地域的影響，東北寒冷的氣候和回收的成本，與生產(chǎn)實(shí)際相差較大。實(shí)際生產(chǎn)的這種改良更適合當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)，能更好的降低成本，減少能耗，增加產(chǎn)品的產(chǎn)率。通過(guò)這種理論和實(shí)際情況的差異，培養(yǎng)學(xué)生查閱科技文獻(xiàn)和獨(dú)立分析思考的能力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
作為化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，需要對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，因此我院會(huì)組織學(xué)生去工業(yè)企業(yè)參加化工見(jiàn)習(xí)和化工實(shí)習(xí)。我院在化工工藝學(xué)課程中會(huì)安排課時(shí)介紹整個(gè)工藝流程圖和設(shè)備的裝置圖，發(fā)生的主反應(yīng)和副反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，現(xiàn)在存在的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生提前了解整個(gè)生產(chǎn)流程，在見(jiàn)習(xí)和實(shí)習(xí)的現(xiàn)場(chǎng)可以深入車(chē)間和工程技術(shù)人員進(jìn)行交流。實(shí)習(xí)和見(jiàn)習(xí)后，要求學(xué)生上交自己繪制的工藝流程圖和實(shí)習(xí)報(bào)告，在有效的實(shí)習(xí)時(shí)間內(nèi)提高學(xué)習(xí)效率。我們還邀請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的工程師來(lái)校講學(xué)，讓學(xué)生更貼近于實(shí)際工業(yè)企業(yè)，有利于自己設(shè)計(jì)車(chē)間、道路、綠化和廠(chǎng)區(qū)，也有利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才。
4調(diào)整考核方式，成績(jī)?cè)u(píng)定靈活
傳統(tǒng)的考核方式，就是一頁(yè)試卷，根據(jù)成績(jī)給一學(xué)期的課程做一個(gè)總結(jié)。大學(xué)不同于高中，沒(méi)有期中考試，沒(méi)有復(fù)習(xí)資料，大多數(shù)同學(xué)選擇在模考前幾天突擊復(fù)習(xí)。為了調(diào)整這種考核方式，我院采用靈活的成績(jī)?cè)u(píng)定方式。平時(shí)的作業(yè)在總成績(jī)的20%，對(duì)于獨(dú)立完成作業(yè)，在作業(yè)中使用計(jì)算機(jī)輔助作圖和計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算的學(xué)生，會(huì)提高一定的分?jǐn)?shù);平時(shí)的課堂出勤占20%，對(duì)于在平時(shí)的提問(wèn)中能正確回答問(wèn)題，比如能完成描繪整個(gè)生產(chǎn)流程，正確畫(huà)出反應(yīng)的流程圖的學(xué)生會(huì)提高一定的分?jǐn)?shù)。在模考的試卷中，我們也改良了一部分試題，如給定原料和產(chǎn)物，要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)工藝流程、設(shè)備和催化劑;如給定一個(gè)成熟工藝路線(xiàn)，要求學(xué)生自己通過(guò)工藝、設(shè)備、催化劑和工藝參數(shù)等方面。這種評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得到了教研室其他老師和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可，并提出了修改意見(jiàn)。
在今后的化工工藝學(xué)教學(xué)中，要適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，以培養(yǎng)工程師為目標(biāo)，提高環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益意識(shí)。通過(guò)教學(xué)改革，不斷提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，創(chuàng)新意識(shí)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，力爭(zhēng)培養(yǎng)全面的復(fù)合型專(zhuān)業(yè)人才。