郭泉輝，李 娟，馬新起，王樹立，張文輝

（1.河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南開封 475004；2.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州 450052）

從化工人才培養(yǎng)談化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革

郭泉輝1，李 娟1，馬新起1，王樹立1，張文輝2

（1.河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南開封 475004；2.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州 450052）

作為化學(xué)工程與工藝的專業(yè)課程，化工設(shè)計(jì)在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面起著重要作用。本文針對化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題，探討了化工設(shè)計(jì)課程在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)等方面的改革，以期更好地培養(yǎng)合格化工專業(yè)人才。

化工設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；綜合素質(zhì)；創(chuàng)新能力

隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速的發(fā)展，社會對化工人才的需求越來越迫切，對化工人才質(zhì)量的需求越來越高，同時(shí)對化工人才培養(yǎng)也提出了更高的要求。本科院校工科教育的主要目標(biāo)是培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才，以適應(yīng)社會發(fā)展的需要［1］。工程人才的培養(yǎng)應(yīng)該是使學(xué)生在獲得專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時(shí)還必須具備全面的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力［2］。但是我國化工高等教育目前仍基本沿襲著陳舊的培養(yǎng)模式，導(dǎo)致學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、工程?shí)踐能力等綜合素質(zhì)較低，而且統(tǒng)一的培養(yǎng)規(guī)格、呆板的培養(yǎng)方法和老化的教學(xué)內(nèi)容也不利于新形勢下學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在化學(xué)工業(yè)中，一項(xiàng)化工新技術(shù)從概念形成至實(shí)施投產(chǎn)，大體要經(jīng)過化工技術(shù)的研究、過程開發(fā)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、試車投產(chǎn)等階段?；ぴO(shè)計(jì)把過程設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合在一起，是化工基本建設(shè)和企業(yè)技術(shù)改造不可缺少的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是一項(xiàng)創(chuàng)新性的勞動。無論是新廠的建設(shè)、老長的改造，都離不開化工設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)者必須具備較全面的的化工綜合素質(zhì)，同時(shí)還應(yīng)具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力［3］。所以為了培養(yǎng)化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的工程意識，大多數(shù)高校都把化工設(shè)計(jì)類課程列為其教學(xué)計(jì)劃的重要內(nèi)容。

1 化工設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容和特點(diǎn)

化工設(shè)計(jì)是高等學(xué)?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)一門專業(yè)必修課，是大學(xué)四年所學(xué)主要課程綜合運(yùn)用過程的系統(tǒng)訓(xùn)練?；ぴO(shè)計(jì)是以化工廠生產(chǎn)裝置的建設(shè)為目的，在確保技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和安全可靠性的前提下，設(shè)計(jì)最佳的工藝技術(shù)路線，通過工藝軟件的模擬分析，確定優(yōu)化的工藝流程、工藝條件、設(shè)備選型及其它非工藝專業(yè)等內(nèi)容。由于它要求學(xué)生具備物理化學(xué)、化工原理、化工分離工程、化工熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)工程等專業(yè)知識。因此化工設(shè)計(jì)是一門綜合性、交叉性很強(qiáng)的課程，涉及的專業(yè)基礎(chǔ)知識范圍非常廣泛。通過該課程的學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，使大學(xué)生向工程師或研究人員轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要教育環(huán)節(jié)。

2 化工設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問題

目前在化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程中主要存在以下問題：①為適應(yīng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的高等院校育人教育新模式的要求，高校專業(yè)課程都有一定程度的課時(shí)壓縮，造成該課程學(xué)時(shí)有限，難以滿足課程教學(xué)要求；②課程中各類規(guī)定和國家準(zhǔn)則、規(guī)范較多，內(nèi)容較為枯燥。根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性較差；③化工設(shè)計(jì)課程具有典型的實(shí)踐性。因此化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)也應(yīng)分為理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)。但大部分高校都未安排該課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)。導(dǎo)致學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中與實(shí)際結(jié)合不夠緊密，無法對課程有良好的認(rèn)知能力。

3 化工設(shè)計(jì)課程改革的措施

3.1 理論教學(xué)模式的改革

首先完善課程體系建設(shè)。化工設(shè)計(jì)是一門綜合性課程，涉及的專業(yè)基礎(chǔ)知識范圍廣，要求學(xué)生具備化工類扎實(shí)的專業(yè)知識。這就要求培養(yǎng)方案在制定過程中，應(yīng)完善化工類教學(xué)課程體系的建設(shè)，整合化工設(shè)計(jì)有關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)，并注重不同專業(yè)課之間的銜接。

例如化工工藝學(xué)是化學(xué)工程專業(yè)的主干課程，主要介紹化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程的基本原理、生產(chǎn)方法、工藝流程、操作條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能及其優(yōu)化組織和設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)研究如何合理組織和安排生產(chǎn)，使生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗和節(jié)能的目的。而從化工設(shè)計(jì)的內(nèi)容來講，根據(jù)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品特點(diǎn)確定工藝流程和設(shè)備選型是進(jìn)行化工設(shè)計(jì)的初步和最重要的工作。因此，化工工藝學(xué)的教學(xué)環(huán)節(jié)對提高學(xué)生的化工設(shè)計(jì)能力具有重要作用。流程分析是化學(xué)工藝學(xué)的一大組成部分，在教學(xué)工作中就可以有意識地讓學(xué)生認(rèn)識化工生產(chǎn)的特點(diǎn)。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全生產(chǎn)多方面進(jìn)行流程分析，通過學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生組織和設(shè)計(jì)工藝流程的基本素質(zhì)。通過不同課程之間的緊密銜接，可以有效地提高教學(xué)效率。

由于化工設(shè)計(jì)課程不僅包括化工設(shè)計(jì)的基本原理、概念和方法，還涉及化工過程開發(fā)、過程系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、安全工程和化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)等知識。因此，在學(xué)生四年的系統(tǒng)學(xué)習(xí)過程中，可將化工設(shè)計(jì)課程中的部分教學(xué)內(nèi)容前移。例如，化工設(shè)計(jì)課程中安全防火與環(huán)境保護(hù)這一章節(jié)的主要內(nèi)容可安排在安全工程課程中講授；工程概算等內(nèi)容可主要在化工過程開發(fā)和化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)等課程中進(jìn)行講解；化工設(shè)備圖和設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)等部分內(nèi)容可在化工制圖課程中進(jìn)行講授。而以上部分教學(xué)內(nèi)容安排在化工設(shè)計(jì)課程開設(shè)之前的相關(guān)課程中講授后，可以減少設(shè)計(jì)課程中的重復(fù)內(nèi)容，保證和提高該課程教學(xué)質(zhì)量。

其次改善教學(xué)方法和手段?；ぴO(shè)計(jì)課程主要的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)的基本概念和化工廠設(shè)計(jì)的基本程序及內(nèi)容。本課程應(yīng)重點(diǎn)講授設(shè)計(jì)方法和基本原則，為了提高教學(xué)效果，應(yīng)注重設(shè)計(jì)實(shí)例與理論相結(jié)合的方法。在授課過程中，可在每一章的開頭處給出一個(gè)工程實(shí)例，這個(gè)實(shí)例應(yīng)盡量做到幾乎涵蓋這一章的主要內(nèi)容，在授課過程中從這個(gè)例題出發(fā)逐步引出本章節(jié)的一些基本的設(shè)計(jì)理念、程序和內(nèi)容，即采用“先示例，后解析”的教學(xué)方法［4］。使學(xué)生能從實(shí)例中得到啟發(fā)，并對所引出的一些專業(yè)術(shù)語或相關(guān)知識點(diǎn)的理解比較透徹。這樣的教學(xué)方法更能夠提高學(xué)生的主官能動性和學(xué)習(xí)積極性。采用這樣的“啟發(fā)式”教學(xué)方法就對該課程的主講教師提出了更高的要求。不僅有利于促進(jìn)教師深入研究教學(xué)內(nèi)容，而且促使教師要有足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，積極地參加到科學(xué)研究去，以豐富教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而提高課堂教學(xué)效率和水平。

3.2 強(qiáng)化計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

由于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用幾乎貫穿于工程設(shè)計(jì)的全過程和設(shè)計(jì)工作的各個(gè)方面，而且大型的石化企業(yè)的工程設(shè)計(jì)投標(biāo)，均要求有相應(yīng)的過程模擬數(shù)據(jù)。因此，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行化工設(shè)計(jì)是一個(gè)化工技術(shù)人員必備的基本技能。面對這樣的形勢，目前高等院校化工設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中必須強(qiáng)化計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。目前，一些大型的商業(yè)用專業(yè)軟件，如Aspen Tech公司Aspen Plus、SimSci公司開發(fā)的PRO/!等已在國內(nèi)大型企業(yè)和設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)過程中廣泛采用。但是由于這些大型商業(yè)軟件價(jià)格昂貴，導(dǎo)致了大部分高等院校無法購買，因此學(xué)生無法進(jìn)行學(xué)習(xí)、操作和訓(xùn)練。近年來，國內(nèi)一些公司相繼開發(fā)了一些化工設(shè)計(jì)類軟件如PIDCAD、ECSS化工之星等。PIDCAD軟件可進(jìn)行流程圖、設(shè)備裝配圖、車間布置圖的繪制。ECSS化工之星可用于過程研究開發(fā)、過程設(shè)計(jì)、裝置的模擬與優(yōu)化等。這些軟件在功能和通用性上盡管還不能與國外開發(fā)的大型商業(yè)軟件想媲美，但是其價(jià)格較低，并可滿足目前高等院校的本科教學(xué)需求。通過幾年來的使用結(jié)果表明，這些國產(chǎn)軟件可滿足本科教學(xué)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。且通過實(shí)踐證明，將設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用于化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)，不僅提高了學(xué)生的設(shè)計(jì)水平，也極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.3 加強(qiáng)化工設(shè)計(jì)課程與實(shí)踐環(huán)節(jié)的聯(lián)系

實(shí)踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)工科學(xué)生綜合素質(zhì)和工程意識的重要環(huán)節(jié)。通過下廠實(shí)習(xí)，學(xué)生可以增強(qiáng)工程概念和感性認(rèn)識。近年來，我們有意識地加強(qiáng)了化工設(shè)計(jì)課程與實(shí)踐環(huán)節(jié)的聯(lián)系，在這方面進(jìn)行了一些有益的探索。例如，在下廠實(shí)習(xí)過程中，我們要求學(xué)生要對實(shí)習(xí)所在工段或崗位的主要設(shè)備進(jìn)行物料衡算和能量衡算，以便使學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際，將所學(xué)的理論知識應(yīng)用于工廠實(shí)踐中；化工設(shè)計(jì)課程的主講教師作為實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師有意識的針對后續(xù)專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生思考。并通過現(xiàn)場指導(dǎo)，使學(xué)生對工藝流程的設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型、管路、和典型設(shè)備的設(shè)計(jì)安裝以及車間布置等化工設(shè)計(jì)課程中涉及的部分內(nèi)容提前有所了解和熟悉。這樣的實(shí)習(xí)，學(xué)生不僅對化工產(chǎn)的整體了解和工程概念的建立會有很大的提高，同時(shí)也為后面的課程教學(xué)打下基礎(chǔ)。

但由于目前工廠顧及安全與效益，及目前各高校實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)較為緊缺等問題，實(shí)習(xí)的時(shí)間不長，只能完成部分車間或裝置的學(xué)習(xí)，因此，通過化工設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)就顯得非常必要?；み^程仿真模擬真實(shí)的生產(chǎn)裝置，再現(xiàn)真實(shí)生產(chǎn)過程（或裝置）的實(shí)時(shí)動態(tài)特性，使學(xué)生可以得到非常逼真的操作環(huán)境，學(xué)生通過親自動手模擬開車、停車和典型事故處理訓(xùn)練，能提高理論聯(lián)系實(shí)際和分析問題解決問題的能力，將所學(xué)的專業(yè)知識與實(shí)際生產(chǎn)緊密結(jié)合起來，更加深入地了解化工工業(yè)過程。例如在講解離心泵設(shè)備選型時(shí)，就可以通過對離心泵的開停車仿真單元操作來進(jìn)一步加深對課堂講授知識的理解。

3.4 重視課程設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的動手能力

化工設(shè)計(jì)課程具有典型的實(shí)踐性。因此在授課過程中，應(yīng)選擇一些有生產(chǎn)或科研背景的設(shè)計(jì)題目作為學(xué)生的課程設(shè)計(jì)題目。使學(xué)生得到真正的動手設(shè)計(jì)機(jī)會。從而在設(shè)計(jì)過程中，將所學(xué)的知識融會貫通。這是一種很好的提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力的途徑和方法。有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

近年來，華南理工大學(xué)、浙江大學(xué)等高校聯(lián)合在本科生中開展了化工設(shè)計(jì)大賽。將課堂所學(xué)與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，取得了非常好的效果。這種形式打破了高校原有的“課堂、課本、教師為主”的被動模式，是對“學(xué)習(xí)、實(shí)踐、學(xué)生為本”的主動教育模式的積極探索。不僅極大地了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，而且對于工科學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常有益。這一模式的出現(xiàn)，是對新形勢下高等院?；と瞬排囵B(yǎng)的一種新的有益的探索。值得其它高校借鑒、學(xué)習(xí)和開展。

總之，作為實(shí)踐性和綜合性非常強(qiáng)的化工設(shè)計(jì)課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)效果的好壞直接影響到學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與工程意識的培養(yǎng)。目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)顯現(xiàn)了許多的弊端，不利于新形勢下學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高，我們需要進(jìn)行不斷地進(jìn)行教學(xué)改革來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代社會對化工人才培養(yǎng)質(zhì)量提高的需求。

［1］王桂榮，王淑芳，王桂赟，等.在化學(xué)工程與工藝專業(yè)教學(xué)中強(qiáng)化工程意識的培養(yǎng)［J］.化工高等教育，2005，1（83），116－118.

［2］余國琮，馮亞青，房鼎業(yè)，等.化工類專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)內(nèi)容體系改革的研究與實(shí)踐［J］.化工高等教育，2001，（3）：9－13.

［3］張志強(qiáng).提高學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力探討［J］.青海大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，19（5）：90－92.

［4］劉 輝，葉紅齊.化工設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)措施［J］.高教論壇，2008，12（3）：62－64.

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1003－3467（2010）19－0060－03

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河南大學(xué)第九批校級教學(xué)改革項(xiàng)目（47）

郭泉輝（1972－），男，博士，副教授，從事《化工設(shè)計(jì)》等課程的主講，E－mail：laoguo324@163.com。