化工設(shè)計競賽模式在化工工藝學(xué)教學(xué)中的研究

化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對發(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作用。在化學(xué)化工領(lǐng)域發(fā)展的新形勢下，需要不斷的尋求化工技術(shù)創(chuàng)新和大量的專業(yè)技術(shù)人才。“三井化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計競賽是中國化工學(xué)會主辦，當(dāng)前國內(nèi)化工類本科學(xué)生水平、影響力的化工設(shè)計領(lǐng)域年度賽事。由在校的化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生組隊參與，學(xué)生在設(shè)計階段綜合利用化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、工廠設(shè)計、環(huán)境工程和經(jīng)濟分析等專業(yè)知識，通過化工設(shè)計軟件設(shè)計一套工藝流程，完成流程設(shè)計、設(shè)備計算、圖紙繪制、環(huán)境影響評價和經(jīng)濟效益分析，再做出文字說明材料。從而實現(xiàn)新技術(shù)的研發(fā)，新工藝和新設(shè)備的設(shè)計、新的生產(chǎn)產(chǎn)區(qū)布置等。參與化工設(shè)計大賽能促使學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生的工程概念，實現(xiàn)工程師的培養(yǎng)要求，為學(xué)生未來從事化工設(shè)計工作奠定良好的理論基礎(chǔ)和實踐能力。
“化工工藝學(xué)”是化學(xué)工程與工藝專業(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)過程，運用化工原理、化工設(shè)備基礎(chǔ)和自動控制方面的基礎(chǔ)知識，引用工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的實例，著重培養(yǎng)學(xué)生專業(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)過程與方法，會進行典型流程的工藝分析和計算，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識，研究及分析工程實際問題的能力，是一門理論與實踐并舉的學(xué)科。為適應(yīng)新時期化工類人才培養(yǎng)模式要求，結(jié)合并借鑒“三井杯”大學(xué)生化工設(shè)計競賽的方式方法，我們需要對化工工藝學(xué)課程從課程建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進行改革，努力提高教學(xué)質(zhì)量，同時促進化工設(shè)計競賽的蓬勃開展，使化工工藝學(xué)的教學(xué)水平達到新的高度。
1精選教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
針對化工設(shè)計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，同時結(jié)合我院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的特點，所選教材要涵蓋無機化工，有機化工，精細化工，環(huán)
保護等知識范疇，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家規(guī)劃教材“化工工藝學(xué)”作為教材。該書的無機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，工藝過程與歷屆化工大賽的設(shè)計過程相似。教材中的化工工藝計算和化工生產(chǎn)與環(huán)境保護兩章，在化工工藝學(xué)教材中不多見，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、交通運輸方法和費用、當(dāng)?shù)氐牡貎r和勞動力價格，還可以了解中國主要的經(jīng)濟發(fā)達和不發(fā)達地區(qū)。其次介紹無機化工典型生產(chǎn)工藝和有機化工典型生產(chǎn)工藝，學(xué)生可以了解從原料經(jīng)過加工到產(chǎn)品的分離、精制和銷售的過程，通過典型生產(chǎn)工藝了解化工設(shè)計流程的一般規(guī)律。再介紹精細化工、聚合物化工和化工計算的內(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)濟效益。
2利用化工設(shè)計軟件，提高教學(xué)效果
板書講解配合多媒體教學(xué)已經(jīng)不滿足現(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)越來越重要的作用。聲音、動畫和視頻教學(xué)將難以表達的教學(xué)內(nèi)容形象生動的表達出來。多媒體教學(xué)在相對有限的空間和時間內(nèi)，展現(xiàn)更廣闊的空間和更大的信息量。通過板書的設(shè)計對本節(jié)課做總領(lǐng)和概括，同時多媒體教學(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)生面對流量、壓強和溫度等參數(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)條件對于化工生產(chǎn)過程的影響。我院在開設(shè)化工工藝學(xué)的同一個學(xué)期開設(shè)化工過程模擬基礎(chǔ)，是Aspenplus軟件在化工過程模擬中的應(yīng)用。在這門課程中，學(xué)生可以運用軟件，模擬動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三種傳遞過程及化學(xué)反應(yīng)器原理，通過調(diào)整參數(shù)的變化，學(xué)生可以對全流程進行模擬，并自己設(shè)計化工生產(chǎn)過程，提高了學(xué)生的參與感。在化工過程模擬基礎(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)生可以通過增減模塊，調(diào)整參數(shù)，改變原料、更新催化劑，改造設(shè)備等措施，達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)自己的問題和不足，為自己設(shè)計全流程模擬奠定基礎(chǔ)。
3重視實踐性教學(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)中實際的流程都是根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、勞動力和生產(chǎn)條件而改良的流程。因此我們將網(wǎng)上查閱的文獻中的實際生產(chǎn)流程和每年的生產(chǎn)實習(xí)中的生產(chǎn)流程引入課堂，讓學(xué)生對比流程之間的差別，提高解決實際問題的能力。比如教材中的煤制合成氣中凈化過程中的脫硫(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)實際相差較大。實際生產(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。通過這種理論和實際情況的差異，培養(yǎng)學(xué)生查閱科技文獻和獨立分析思考的能力，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
作為化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生，需要對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有一個感性的認識，因此我院會組織學(xué)生去工業(yè)企業(yè)參加化工見習(xí)和化工實習(xí)。我院在化工工藝學(xué)課程中會安排課時介紹整個工藝流程圖和設(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)在存在的實際問題，讓學(xué)生提前了解整個生產(chǎn)流程，在見習(xí)和實習(xí)的現(xiàn)場可以深入車間和工程技術(shù)人員進行交流。實習(xí)和見習(xí)后，要求學(xué)生上交自己繪制的工藝流程圖和實習(xí)報告，在有效的實習(xí)時間內(nèi)提高學(xué)習(xí)效率。我們還邀請有經(jīng)驗的工程師來校講學(xué)，讓學(xué)生更貼近于實際工業(yè)企業(yè)，有利于自己設(shè)計車間、道路、綠化和廠區(qū)，也有利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才。
4調(diào)整考核方式，成績評定靈活
傳統(tǒng)的考核方式，就是一頁試卷，根據(jù)成績給一學(xué)期的課程做一個總結(jié)。大學(xué)不同于高中，沒有期中考試，沒有復(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評定方式。平時的作業(yè)在總成績的20%，對于獨立完成作業(yè)，在作業(yè)中使用計算機輔助作圖和計算機軟件計算的學(xué)生，會提高一定的分數(shù);平時的課堂出勤占20%，對于在平時的提問中能正確回答問題，比如能完成描繪整個生產(chǎn)流程，正確畫出反應(yīng)的流程圖的學(xué)生會提高一定的分數(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)計工藝流程、設(shè)備和催化劑;如給定一個成熟工藝路線，要求學(xué)生自己通過工藝、設(shè)備、催化劑和工藝參數(shù)等方面。這種評分標(biāo)準得到了教研室其他老師和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的認可，并提出了修改意見。
在今后的化工工藝學(xué)教學(xué)中，要適應(yīng)時代的發(fā)展，及時更新教學(xué)內(nèi)容，以培養(yǎng)工程師為目標(biāo)，提高環(huán)境保護和經(jīng)濟效益意識。通過教學(xué)改革，不斷提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，創(chuàng)新意識和就業(yè)競爭力，力爭培養(yǎng)全面的復(fù)合型專業(yè)人才。