王 豪，吳 雁，李 敏，王 兵，葉仲斌

(西南石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,四川 成都 610500)

石油化工是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，近年來，油價(jià)的走低推動(dòng)了石油化工行業(yè)的發(fā)展[1]。四川省十二五和十三五國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展綱要也將油氣化工作為特色和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。西南石油大學(xué)化工專業(yè)長(zhǎng)期堅(jiān)持油氣特色，承擔(dān)著為國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)油氣化工工程技術(shù)人才的責(zé)任。

石油煉制工程課程講授以石油為原料生產(chǎn)燃料、潤(rùn)滑油及瀝青等產(chǎn)品的化工過程，是培養(yǎng)油氣化工人才的核心專業(yè)課程[2]。然而，近年來，通過對(duì)畢業(yè)生和在校生的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該課程存在教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系不緊密、教學(xué)方法單調(diào)、知識(shí)應(yīng)用性不足、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目沒有體現(xiàn)工程性、考核方式不能真實(shí)反映學(xué)習(xí)能力等問題，嚴(yán)重影響了人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

針對(duì)于此，筆者從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)和考核方式入手，以強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用、貼近工程實(shí)踐為主線，全面開展了對(duì)石油煉制工程課程的改革。

1 更新教學(xué)內(nèi)容，提高知識(shí)的工程性和時(shí)效性

化工專業(yè)人才培養(yǎng)的重要目的是為生產(chǎn)服務(wù)，因此，課程內(nèi)容需要貼近工程實(shí)際[3]。近年來，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展對(duì)煉油工業(yè)提出了新的要求，特別是重質(zhì)劣質(zhì)原油加工、清潔油品生產(chǎn)和高附加值產(chǎn)品利用[4]，而此部分內(nèi)容在教材中并未充分體現(xiàn)。此外，石化科技的快速發(fā)展也深入影響了企業(yè)的生產(chǎn)方式和裝置構(gòu)成，原有的工藝技術(shù)普遍經(jīng)歷了升級(jí)換代，更新速度明顯快于教材。再者，生物質(zhì)作為原料生產(chǎn)燃料和化工產(chǎn)品已成為煉油和石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[5]，應(yīng)當(dāng)增加此部分內(nèi)容，幫助學(xué)生樹立可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)的理念。

因此，課程增補(bǔ)了能夠體現(xiàn)工程實(shí)際和新技術(shù)的內(nèi)容，如表1所示。盡管該部分內(nèi)容僅占課程總學(xué)時(shí)的10%～15%，但是針對(duì)性顯著提高，對(duì)于學(xué)生了解行業(yè)最新技術(shù)進(jìn)展、縮短從學(xué)校到企業(yè)的適應(yīng)期、拓寬知識(shí)面并激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)產(chǎn)生極大幫助。

2 創(chuàng)新教學(xué)方法，促進(jìn)知識(shí)的理解和應(yīng)用

2.1 案例循環(huán)式教學(xué)

案例是聯(lián)系理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用之間的重要橋梁[6]。每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都從實(shí)際案例中引出，在講解知識(shí)點(diǎn)后，再用實(shí)際案例來說明知識(shí)點(diǎn)在生產(chǎn)中的用途，即“從案例引發(fā)，延伸到案例”。案例來自兩種渠道，一是從實(shí)際生產(chǎn)過程中抽提；二是來自教師的科研經(jīng)歷或文獻(xiàn)報(bào)道，如表2所示。大量案例的使用，不僅體現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用價(jià)值，還能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[7]。

石油煉制工程的核心知識(shí)仍然是物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化與傳遞，基于此原理的部分技術(shù)在石油工業(yè)上游領(lǐng)域也得到有效應(yīng)用。西南石油大學(xué)石油工程學(xué)科實(shí)力較強(qiáng)，不少化工專業(yè)畢業(yè)生從事石油工業(yè)上游領(lǐng)域工作。因此，嘗試將案例延伸到上游領(lǐng)域中，用石油煉制工程的知識(shí)點(diǎn)來分析和解決上游領(lǐng)域的工程問題，如表2所示，使學(xué)生體會(huì)到學(xué)科的交叉和融合。

表2 案例循環(huán)教學(xué)實(shí)例

2.2 知識(shí)點(diǎn)的大串聯(lián)

石油煉制工程屬于工藝學(xué)類課程，是所有專業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)的集成和應(yīng)用。以往的教學(xué)中，學(xué)生普遍反映課程內(nèi)部知識(shí)點(diǎn)、課程與先修專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)點(diǎn)之間的銜接不緊密，邏輯關(guān)系混亂，影響學(xué)習(xí)效果。

因此，在教學(xué)中突出體現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)和綜合應(yīng)用。授課時(shí)，注意啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生用以前學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)分析石油煉制工程的知識(shí)點(diǎn)，用課程前期章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)分析當(dāng)前章節(jié)的內(nèi)容，如表3所示，使學(xué)生體會(huì)到完整知識(shí)鏈的形成過程和知識(shí)的系統(tǒng)性[8]。

表3 知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)教學(xué)實(shí)例

2.3 教學(xué)的形象化

由于化工過程的安全因素和條件限制，學(xué)生難以直接接觸設(shè)備和裝置，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳。因此，借助多媒體和實(shí)物模型使理論知識(shí)形象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并加深對(duì)知識(shí)的理解[9]。自2014年以來，制作了大量視頻和動(dòng)畫素材輔助多媒體教學(xué)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況、汽油機(jī)爆震及提升管反應(yīng)器等。為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)煉廠流程的整體認(rèn)識(shí)，2013年底，學(xué)院花費(fèi)16萬元購置了一套煉油廠流程沙盤模型和原油常減壓蒸餾裝置放大模型，通過不同顏色和流向的燈光反映管線中的不同物料及其流動(dòng)方向及蒸餾塔中的溫度分布規(guī)律，使學(xué)生對(duì)煉廠流程形成整體認(rèn)識(shí)。

2.4 校企深度融合，提升工程培養(yǎng)能力

針對(duì)教師工程背景薄弱的不足，與四川石化、京博石化等企業(yè)合作開展聯(lián)合教學(xué)，由企業(yè)選派現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富且具備一定理論基礎(chǔ)的高級(jí)工程師和教師共同承擔(dān)教學(xué)工作。在教學(xué)中，將理論知識(shí)點(diǎn)融入工程實(shí)際。首先由教師講解理論知識(shí)，如某工藝的化學(xué)反應(yīng)原理，熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征等。再由企業(yè)專家結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)為學(xué)生講解實(shí)際工程案例，如如何通過工藝參數(shù)的調(diào)整改變產(chǎn)品組成和分布、反應(yīng)器壓降與原料組成和催化劑性質(zhì)之間的關(guān)系等。不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果，也有效提升了教師的工程能力[10]。

3 構(gòu)建以小型連續(xù)反應(yīng)裝置為核心的工程化和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

以往石油煉制課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以油品性質(zhì)測(cè)試為主，并且與前期專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間缺乏聯(lián)系。既不能反映工程實(shí)際要求，特別是沒有體現(xiàn)化工生產(chǎn)連續(xù)性和集成性的特點(diǎn)[11]，也不能反映化工知識(shí)的綜合性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)[12]，更難以考查學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐的能力。

針對(duì)于此，本課程以石油煉制真實(shí)過程(柴油加氫精制)為目標(biāo)反應(yīng)，構(gòu)建了以微型連續(xù)反應(yīng)裝置為核心，涵蓋流體輸送、換熱等單元操作設(shè)備和DCS控制系統(tǒng)，并結(jié)合大精儀器分析手段，能夠體現(xiàn)多門課程知識(shí)點(diǎn)的綜合性和工程化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為6學(xué)時(shí)，主要由單元設(shè)備操作、工藝控制、產(chǎn)品分析、故障診斷和生產(chǎn)調(diào)整5個(gè)部分組成。

1)單元操作部分：由學(xué)生完成催化劑的裝填、吹掃和預(yù)硫化，包括反應(yīng)器的拆裝、催化劑的裝填、啟動(dòng)原料泵、設(shè)定加熱爐溫度、進(jìn)氣、升壓和調(diào)節(jié)氣體流量及啟動(dòng)冷卻水循環(huán)等。

2)工藝控制部分：按照接近工程生產(chǎn)實(shí)際的工藝條件，在DSC系統(tǒng)上調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、空速和氫油比。

3)產(chǎn)品分析部分：取液體產(chǎn)品，在硫氮分析儀上分析產(chǎn)品硫含量，在近紅外分析儀上分析產(chǎn)品的烴類組成和十六烷值等，在模擬蒸餾氣相色譜儀上測(cè)定產(chǎn)品的餾程和收率。

4)故障診斷部分：教師根據(jù)工程實(shí)際，設(shè)定故障，如原料油流量為零、反應(yīng)器溫度突升及氣體流量下降等，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)判斷原因，提出解決方案并實(shí)施。

5)生產(chǎn)調(diào)整部分：針對(duì)煉廠在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的加氫后柴油硫含量或十六烷值或收率不達(dá)標(biāo)等問題，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)分析原因，通過改變工藝參數(shù)，如溫度、空速和氫油比等提出解決方案，然后測(cè)試產(chǎn)品性質(zhì)，檢驗(yàn)方案是否正確。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的前三部分主要考查操作能力，后二者則通過設(shè)置故障和產(chǎn)品要求，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)分析問題，并通過實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析得出解決問題的方法，如圖1所示。此類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅與工程實(shí)踐高度吻合，而且綜合運(yùn)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，幾乎涵蓋所有的專業(yè)課程，體現(xiàn)了化工生產(chǎn)連續(xù)化和知識(shí)集成的特點(diǎn)，能夠有效考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和綜合運(yùn)用程度。而且，由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，學(xué)生4～6人一組，可以根據(jù)各自特長(zhǎng)，采取分工協(xié)作的方式完成，有效提高了團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自2016年首次面向2013級(jí)學(xué)生作為選開實(shí)驗(yàn)，24人選作；2017年開始作為2014級(jí)化工卓越班的必修實(shí)驗(yàn)，32人參加；經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步的改造，從2015級(jí)培養(yǎng)方案開始，作為必修實(shí)驗(yàn)，面向全專業(yè)學(xué)生開設(shè)。學(xué)生普遍反映通過該實(shí)驗(yàn)，不僅能夠感受到化工生產(chǎn)的過程性，鍛煉了實(shí)踐動(dòng)手能力，更重要的是能把所學(xué)的專業(yè)知識(shí)用在解決工程問題上，受益匪淺。

圖1 體現(xiàn)工程化和綜合性的石油煉制工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

4 完善課程考核方式，重點(diǎn)評(píng)價(jià)知識(shí)應(yīng)用水平

考核是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段，以往的考核體系存在平時(shí)成績(jī)以考勤和作業(yè)情況為主，不能真實(shí)反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況；考題以知識(shí)點(diǎn)的背誦、公式的記憶和計(jì)算為主，偏離工程實(shí)踐，不能反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力[13]。針對(duì)于此，重點(diǎn)開展了平時(shí)成績(jī)和考題的改革。

4.1 設(shè)定差異化的平時(shí)成績(jī)采信度

回歸平時(shí)成績(jī)的初衷，作為評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的指標(biāo)。以最終考試卷面成績(jī)作為判定平時(shí)成績(jī)的依據(jù)，設(shè)定不同的平時(shí)成績(jī)采信度?？荚嚲砻娉煽?jī)低于54分，則說明學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)不合格，平時(shí)成績(jī)不采信，卷面成績(jī)即為最終成績(jī)；考試卷面成績(jī)?cè)?4～59分，則平時(shí)成績(jī)部分采信，最終成績(jī)不超過65分；考試卷面成績(jī)?cè)?0分以上，則按照規(guī)定比例全部采信平時(shí)成績(jī)。差異化的平時(shí)成績(jī)采信度準(zhǔn)確反映了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的投入程度，有效減少了渾水摸魚、心不在焉的陋習(xí)。

4.2 考題體現(xiàn)知識(shí)的應(yīng)用

大幅減少以知識(shí)點(diǎn)記憶為主的考題，增加從工程實(shí)踐和社會(huì)熱點(diǎn)話題中抽提出的，能夠反映多個(gè)知識(shí)點(diǎn)綜合應(yīng)用的題目，如表4所示。既能促使學(xué)生理解學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的真諦在于運(yùn)用其解決實(shí)際工程問題，又基本杜絕了平時(shí)不上課，考前靠突擊背重點(diǎn)就能通過甚至獲得高分的不良現(xiàn)象，使得分?jǐn)?shù)真實(shí)反映出學(xué)生在學(xué)習(xí)投入、方法和能力上的差異。

表4 考查知識(shí)綜合運(yùn)用能力的考題示例

5 結(jié)束語

針對(duì)以往教學(xué)過程中存在的內(nèi)容陳舊、方法簡(jiǎn)單、理論聯(lián)系實(shí)踐不足及考核方式不科學(xué)等問題，以強(qiáng)化知識(shí)運(yùn)用，貼近工程實(shí)踐為主線，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)和評(píng)價(jià)方式入手，對(duì)石油煉制工程課程開展了全方位的改革和實(shí)踐，顯著提高了課程內(nèi)容的工程性和時(shí)效性，極大改善了課程教學(xué)效果，重點(diǎn)突出了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的工程性和綜合性，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了學(xué)生學(xué)習(xí)效果，從而有效提升了教學(xué)質(zhì)量。

通過對(duì)2011～2014級(jí)本科生的問卷調(diào)查、中期教學(xué)交流和師生座談，學(xué)生反映課程內(nèi)容更貼合工程實(shí)踐、授課更精彩、實(shí)驗(yàn)收獲更大、考核方式更科學(xué)，有效提升了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，鞏固和增強(qiáng)了本專業(yè)畢業(yè)生在油氣化工領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。