梁杰珍， 陳小鵬， 王琳琳， 韋小杰， 張友全， 童張法

(廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，廣西壯族自治區(qū)石化資源加工及過程強(qiáng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004)

0 引 言

我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)是根據(jù)國家教育部1996年的專業(yè)調(diào)整方案由原無機(jī)化工、有機(jī)化工、精細(xì)化工和生物化工等專業(yè)歸并而成的寬口徑專業(yè)，2008年根據(jù)廣西能源發(fā)展的需求，又新增了能源化工專業(yè)。由于從五個(gè)專業(yè)調(diào)整為一個(gè)大專業(yè)，原來與之對(duì)應(yīng)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室也要相應(yīng)作出調(diào)整和合并?！盎瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”是該專業(yè)一門必修課程，教學(xué)時(shí)數(shù)為54學(xué)時(shí)?！盎瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程原來的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是基于單元操作類型來設(shè)計(jì)[1]，存在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分散、零亂的狀況，無法適應(yīng)21世紀(jì)化學(xué)工業(yè)“產(chǎn)品工程”發(fā)展的新趨勢。因此必須改革“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)內(nèi)容和方法，緊緊圍繞“產(chǎn)品工程”的模式[2-5]來重組、優(yōu)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，形成一個(gè)有機(jī)整體。本課題組從2000年開始對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行了改革和實(shí)踐，根據(jù)“產(chǎn)品工程”新理念[6-8]和“一個(gè)平臺(tái)+五個(gè)模塊”為主線，構(gòu)建了“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)創(chuàng)新體系。經(jīng)過12年的教學(xué)改革與實(shí)踐，有了如下一些體會(huì)。

1 整體性與先進(jìn)性相結(jié)合，構(gòu)建專業(yè)實(shí)驗(yàn)“產(chǎn)品工程”的創(chuàng)新教學(xué)體系

《化學(xué)工程與工藝專業(yè)》課程由于原來面向的專業(yè)有無機(jī)化工、有機(jī)化工、精細(xì)化工、生物化工和能源化工等專業(yè)，條塊分割多，缺乏整體性和先進(jìn)性的規(guī)劃。本課題組經(jīng)過深入調(diào)查和研討，從教學(xué)理論的高度提出了以“產(chǎn)品工程”的新理念來整合專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，緊緊圍繞著“產(chǎn)品工程”的模式 “產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)+原料→與處理→化學(xué)反應(yīng)→精餾分離→產(chǎn)品分析測試+過程設(shè)計(jì)+商業(yè)計(jì)劃”來重組、優(yōu)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，形成一個(gè)有機(jī)的整體，把全部專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組合在一起則是一個(gè)完整的產(chǎn)品開發(fā)過程，即所謂的“一個(gè)平臺(tái)”。通過一個(gè)完整的化工產(chǎn)品工程的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生整體思維方法和產(chǎn)品工程的創(chuàng)新能力?！爱a(chǎn)品工程”新概念被認(rèn)為是21世紀(jì)化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展的一個(gè)新的研究范式和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，2000年美國著名大學(xué)普林斯頓大學(xué)化學(xué)工程系主任Wei J 和明尼蘇達(dá)大學(xué)Cusster E L[9-10]將“產(chǎn)品工程”定義為：設(shè)計(jì)或革新人們所需要的產(chǎn)品的過程，面對(duì)市場進(jìn)行產(chǎn)品功能的創(chuàng)新或性能的改進(jìn)，而產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系是“產(chǎn)品工程”研究的中心內(nèi)容。本課題組依據(jù)“產(chǎn)品工程”新理念開展一系列的科學(xué)研究工作，而且把先進(jìn)的科研內(nèi)容和成果引入到化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，調(diào)動(dòng)了教師指導(dǎo)專業(yè)實(shí)驗(yàn)和學(xué)生完成專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的積極性，從而提高了專業(yè)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)水平和教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)了學(xué)生“產(chǎn)品工程”的創(chuàng)新研發(fā)能力。例如開設(shè)的松脂、松香、松節(jié)油深加工系列實(shí)驗(yàn)，從“產(chǎn)品工程”的角度給學(xué)生進(jìn)行了松脂主要化學(xué)成分的分析測試實(shí)驗(yàn)，了解松脂組成的分子結(jié)構(gòu)和性能特征，提出松脂深加工產(chǎn)品的目標(biāo)功能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和市場等方面要求，精心設(shè)計(jì)了“松脂催化加氫聯(lián)產(chǎn)氫化松香和高順反比蒎烷”、“松節(jié)油體系汽液平衡”、“氫化松節(jié)油精餾”以及“松脂深加工產(chǎn)品分析測試”等專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)成了一個(gè)完整的松脂深加工“產(chǎn)品工程”平臺(tái)。在具有共性的“一個(gè)平臺(tái)”基礎(chǔ)上，根據(jù)五個(gè)專業(yè)方向的特殊性又開出了“五個(gè)模塊”的選修專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以滿足不同專業(yè)方向人才培養(yǎng)的需求。比如能源化工的 “重質(zhì)油催化裂化反應(yīng)-氣相色譜檢測實(shí)驗(yàn)”、“石蠟固液溶解度測定實(shí)驗(yàn)”和“石油油品理化性質(zhì)參數(shù)綜合測定實(shí)驗(yàn)”等。又比如生物化工的“ATP的生物合成與檢測實(shí)驗(yàn)”和“賴氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)”等，實(shí)現(xiàn)既達(dá)到了專業(yè)培養(yǎng)的基本要求又滿足了不同專業(yè)方向的特殊性需要。根據(jù)“產(chǎn)品工程”新理念和“一個(gè)平臺(tái)+五個(gè)模塊”為主線，編寫了有地方特色的“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”教材，經(jīng)過12年的使用和不斷地修改與完善，該教材現(xiàn)已由國家一級(jí)出版社——化學(xué)工業(yè)出版社出版發(fā)行。

2 系統(tǒng)性與特殊性相結(jié)合，構(gòu)建專業(yè)實(shí)驗(yàn)“學(xué)科交叉”的創(chuàng)新教學(xué)體系

化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)原設(shè)無機(jī)化工、有機(jī)化工、精細(xì)化工、生物化工和能源化工五個(gè)方向的專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量多，且各自獨(dú)立自成體系，相互間沒有任何關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)性與科學(xué)性的結(jié)合很少。本課題組提出了“一個(gè)平臺(tái)+五個(gè)模塊”的化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容同一性與特殊性的相結(jié)合。所謂“一個(gè)平臺(tái)”指的是學(xué)生必修具有共性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要包括產(chǎn)品工程學(xué)與工藝學(xué)方面的內(nèi)容，約占總學(xué)時(shí)數(shù)的60%；“五個(gè)模塊”指的是無機(jī)化工、有機(jī)化工、精細(xì)化工、生物化工和能源化工各專業(yè)方向根據(jù)自身的特殊性要求和教師恰當(dāng)?shù)目蒲许?xiàng)目開出部分選修專業(yè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和愛好進(jìn)行選修，所占總教學(xué)課時(shí)的40%。通過“一個(gè)平臺(tái)+五個(gè)模塊”的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)，融匯貫通了五個(gè)學(xué)科的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)了五個(gè)不同學(xué)科之間的交叉與特色，既拓寬了專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容又尊重了學(xué)生的個(gè)性愛好，從而激發(fā)了學(xué)生自主研究性學(xué)習(xí)的積極性和培養(yǎng)了多學(xué)科交叉創(chuàng)新的思維方法。比如2008年以來，自治區(qū)政府提出了新的重點(diǎn)發(fā)展“14+10”產(chǎn)業(yè)集群戰(zhàn)略，在“14+10”產(chǎn)業(yè)集群中，石化和新能源產(chǎn)業(yè)群被列為廣西經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展新的增長點(diǎn)[11]。因此我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)新增了“能源化工”新專業(yè)方向和能源化工實(shí)驗(yàn)室。本課題組于2008年初開始著手研究“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程中增設(shè)能源化工方面的教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)培養(yǎng)石化和新能源人才銜接的問題。經(jīng)研究確定以傳統(tǒng)的化工實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，增設(shè)石化資源和生物質(zhì)能源等交叉學(xué)科的專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中有“超臨界甲醇與松脂酯化-裂化反應(yīng)制備生物柴油實(shí)驗(yàn)”、“催化柴油加氫精制脫硫?qū)嶒?yàn)”和“石油常減壓蒸餾——油品氣相色譜分析實(shí)驗(yàn)”等專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由于這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容緊跟廣西經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，又是當(dāng)今化學(xué)工藝與能源化工交叉學(xué)科研究的熱門課題，有效地提高了學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的熱情和科學(xué)探索的精神。

3 專業(yè)實(shí)驗(yàn)與學(xué)科發(fā)展相結(jié)合，構(gòu)建專業(yè)實(shí)驗(yàn)“緊跟學(xué)科前沿”的創(chuàng)新教學(xué)體系

學(xué)科發(fā)展日新月異，專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一旦與學(xué)科發(fā)展脫節(jié)則會(huì)“落伍”，學(xué)生做起專業(yè)實(shí)驗(yàn)也毫無興趣，導(dǎo)致專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)失去“生命力”。我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)室所在的學(xué)科是自治區(qū)級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，擁有化學(xué)工程與技術(shù)一級(jí)學(xué)科博士授權(quán)點(diǎn)和一級(jí)學(xué)科碩士授權(quán)點(diǎn)?！盎瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程能夠充分依托自治區(qū)重點(diǎn)學(xué)科、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和學(xué)位點(diǎn)發(fā)展來建設(shè)，獲得了緊跟學(xué)科發(fā)展前沿的優(yōu)勢和特色，得以建成一批先進(jìn)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置[12]，不斷地更新專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法。比如反應(yīng)-精餾一體化、激光監(jiān)視-計(jì)算機(jī)在線采集數(shù)據(jù)-固液溶解度、超臨界狀態(tài)反應(yīng)與分離和高壓反應(yīng)-PLC-計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通訊-氣相色譜在線分析等專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。使學(xué)生通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)感受到學(xué)科發(fā)展前沿的氛圍，開闊學(xué)生在化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科的新視野，培養(yǎng)學(xué)生具備學(xué)科前沿專業(yè)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和創(chuàng)新實(shí)踐的能力。

4 以專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目延伸為畢業(yè)論文與設(shè)計(jì)課題，提高二者教學(xué)質(zhì)量和學(xué)術(shù)水平

“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”是大四上學(xué)期開設(shè)的課程，而畢業(yè)論文與設(shè)計(jì)是在大四下學(xué)期開展的教學(xué)環(huán)節(jié)。由于化學(xué)工程與工藝專業(yè)的畢業(yè)論文和設(shè)計(jì)課題基本上都是教師國家級(jí)、自治區(qū)級(jí)的科研項(xiàng)目或企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，大部分都是緊跟學(xué)科發(fā)展前沿的課題[13]，研究的內(nèi)容復(fù)雜且難度較大，為了延長畢業(yè)論文和設(shè)計(jì)的教學(xué)時(shí)間，把專業(yè)實(shí)驗(yàn)與畢業(yè)環(huán)節(jié)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，促進(jìn)二者相互轉(zhuǎn)化和拓展，既提高了畢業(yè)論文與設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量水平又更新了專業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置和增添了專業(yè)實(shí)驗(yàn)新的教學(xué)內(nèi)容。比如有位學(xué)生在進(jìn)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)“氫氣在松脂中的高壓溶解度測定”時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓力變化很快，人工讀數(shù)誤差很大，而且是高壓實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)場讀數(shù)不安全。指導(dǎo)教師和學(xué)生進(jìn)行了深入的討論，把專業(yè)實(shí)驗(yàn)的部分內(nèi)容拓展為學(xué)生的畢業(yè)論文題目“高壓反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)”，該課題是國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目。由于是在科研實(shí)際中發(fā)現(xiàn)的問題，學(xué)生自主研究的積極性很高，充分利用課余時(shí)間做實(shí)驗(yàn)，就連屏蔽電纜的采購、布線、安裝等都是學(xué)生自己動(dòng)手完成。該裝置采用可編程程序控制器(PLC)進(jìn)行溫度、壓力的遠(yuǎn)程采集和調(diào)節(jié)，并利用自己開發(fā)的軟件，控制計(jì)算機(jī)與PLC的通訊和數(shù)據(jù)處理。又比如專業(yè)實(shí)驗(yàn)“超臨界甲醇與松脂酯化-裂化制備生物柴油”項(xiàng)目拓展為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，學(xué)生有了自己親自做實(shí)驗(yàn)的操作經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，完成其生產(chǎn)工藝的計(jì)算與設(shè)計(jì)更是得心應(yīng)手。通過“專業(yè)實(shí)驗(yàn)+畢業(yè)設(shè)計(jì)與論文”的組合，充分保障了畢業(yè)論文和設(shè)計(jì)的教學(xué)時(shí)間，學(xué)生既完成了一篇好的畢業(yè)論文又為專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建成了一套現(xiàn)代化的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。自2006年以來，本課題組指導(dǎo)學(xué)生完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文共獲自治區(qū)級(jí)化學(xué)化工類優(yōu)秀論文獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)共31篇，建成化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置7臺(tái)(套)，這些實(shí)驗(yàn)裝置的建設(shè)成果多數(shù)發(fā)表在核心期刊《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》上[14-15]，其中“超臨界甲醇與松脂反應(yīng)制備生物柴油實(shí)驗(yàn)裝置[15]”發(fā)表在該刊物2012年第2期的首篇，說明該實(shí)驗(yàn)裝置獲得了同行的高度認(rèn)可。

5 改革成效

經(jīng)過12年深入的系統(tǒng)研究和不斷地改革與實(shí)踐，解決了化學(xué)工程與工藝專業(yè)由原來無機(jī)化工、有機(jī)化工、精細(xì)化工、生物化工和能源化工等五個(gè)獨(dú)立專業(yè)合并為一個(gè)寬口徑大專業(yè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式問題，創(chuàng)建了“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)創(chuàng)新體系，提高了專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量和水平，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維方法和實(shí)踐動(dòng)手能力。本項(xiàng)目主要改革成效有：

(1) 由專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目拓展為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文課題，提高了專業(yè)實(shí)驗(yàn)與畢業(yè)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)術(shù)水平。2006年以來，指導(dǎo)化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生所完成的畢業(yè)論文和設(shè)計(jì)獲得自治區(qū)級(jí)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)31項(xiàng)，本科生發(fā)表學(xué)術(shù)論文34篇。

(2) 自2006年以來，化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果和教學(xué)論文獲得自治區(qū)級(jí)和校級(jí)等各類獎(jiǎng)項(xiàng)36項(xiàng)，發(fā)表專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革論文20多篇。

(3) 以化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)室為基地，促進(jìn)了專業(yè)實(shí)驗(yàn)室與重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一體化建設(shè)。2006年以來，建成自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：“廣西石化資源加工及過程強(qiáng)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”；國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：“國家非糧生物質(zhì)能源工程技術(shù)研究中心——熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”。

(4) 以“產(chǎn)品工程”和“一個(gè)平臺(tái)+五個(gè)模塊”為主線、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研相結(jié)合為主要內(nèi)容，新編寫了有地方特色的“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”教材，并由國家一級(jí)出版社——化學(xué)工業(yè)出版社出版發(fā)行。

6 結(jié) 語

以“產(chǎn)品工程”和“一個(gè)平臺(tái)+五個(gè)模塊”為主線，重組和優(yōu)化化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)內(nèi)容，緊密結(jié)合廣西資源特色和優(yōu)勢，構(gòu)建了學(xué)科交叉的化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)體系，編寫了有地方特色的“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”教材；以專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目延伸為本科生畢業(yè)論文和設(shè)計(jì)課題，把二者有機(jī)地結(jié)合起來共同提高教學(xué)質(zhì)量，所完成的本科生畢業(yè)論文與設(shè)計(jì)課題獲自治區(qū)級(jí)優(yōu)秀論文和設(shè)計(jì)獎(jiǎng)31項(xiàng)，學(xué)生與指導(dǎo)教師共同署名發(fā)表學(xué)術(shù)論文34篇，有效地提高了“化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)水平。

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