化工設計競賽模式在化工工藝學教學中的研究

化學工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)，化學工業(yè)的發(fā)展對發(fā)展科學技術(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。在化學化工領域發(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。“三井化學杯”大學生化工設計競賽是中國化工學會主辦，當前國內(nèi)化工類本科學生水平、影響力的化工設計領域年度賽事。由在校的化學工程與工藝專業(yè)學生組隊參與，學生在設計階段綜合利用化工原理、化學反應工程、工廠設計、環(huán)境工程和經(jīng)濟分析等專業(yè)知識，通過化工設計軟件設計一套工藝流程，完成流程設計、設備計算、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)，新工藝和新設備的設計、新的生產(chǎn)產(chǎn)區(qū)布置等。參與化工設計大賽能促使學生綜合運用所學的專業(yè)課程，培養(yǎng)學生的工程概念，實現(xiàn)工程師的培養(yǎng)要求，為學生未來從事化工設計工作奠定良好的理論基礎和實踐能力。
“化工工藝學”是化學工程與工藝專業(yè)的核心課程，化工工藝學的教學是以原料或產(chǎn)品為目標，介紹典型化工生產(chǎn)過程，運用化工原理、化工設備基礎和自動控制方面的基礎知識，引用工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的實例，著重培養(yǎng)學生專業(yè)素質(zhì)和能力。在教學中使學生了解化工產(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)學生運用所學知識，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科。為適應新時期化工類人才培養(yǎng)模式要求，結(jié)合并借鑒“三井杯”大學生化工設計競賽的方式方法，我們需要對化工工藝學課程從課程建設、教學內(nèi)容、教學方法等方面進行改革，努力提高教學質(zhì)量，同時促進化工設計競賽的蓬勃開展，使化工工藝學的教學水平達到新的高度。
1精選教材，優(yōu)化教學內(nèi)容
針對化工設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”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，因此適合作為化工專業(yè)的學生教學要求。
在教學內(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，學生可以了解原料的產(chǎn)地、交通運輸方法和費用、當?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利用化工設計軟件，提高教學效果
板書講解配合多媒體教學已經(jīng)不滿足現(xiàn)代的教學要求，現(xiàn)代化的多媒體教學在授課當中承擔越來越重要的作用。聲音、動畫和視頻教學將難以表達的教學內(nèi)容形象生動的表達出來。多媒體教學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。通過板書的設計對本節(jié)課做總領和概括，同時多媒體教學配合內(nèi)容豐富的講解很多的提高了教學效果。
在化工工藝學的課程中，學生面對流量、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條件對于化工生產(chǎn)過程的影響。我院在開設化工工藝學的同一個學期開設化工過程模擬基礎，是Aspenplus軟件在化工過程模擬中的應用。在這門課程中，學生可以運用軟件，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反應器原理，通過調(diào)整參數(shù)的變化，學生可以對全流程進行模擬，并自己設計化工生產(chǎn)過程，提高了學生的參與感。在化工過程模擬基礎課程的課堂練習中，采用化工工藝學中的典型生產(chǎn)工藝，學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，為自己設計全流程模擬奠定基礎。
3重視實踐性教學，拓寬教學內(nèi)容
化工工藝學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?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)實習中的生產(chǎn)流程引入課堂，讓學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?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)學生查閱科技文獻和獨立分析思考的能力，調(diào)動了學生的學習積極性和主動性，提高了學生學習的興趣。
作為化學工程與工藝專業(yè)的學生，需要對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有一個感性的認識，因此我院會組織學生去工業(yè)企業(yè)參加化工見習和化工實習。我院在化工工藝學課程中會安排課時介紹整個工藝流程圖和設備的裝置圖，發(fā)生的主反應和副反應的化學反應方程式，現(xiàn)在存在的實際問題，讓學生提前了解整個生產(chǎn)流程，在見習和實習的現(xiàn)場可以深入車間和工程技術(shù)人員進行交流。實習和見習后，要求學生上交自己繪制的工藝流程圖和實習報告，在有效的實習時間內(nèi)提高學習效率。我們還邀請有經(jīng)驗的工程師來校講學，讓學生更貼近于實際工業(yè)企業(yè)，有利于自己設計車間、道路、綠化和廠區(qū)，也有利于培養(yǎng)應用型人才。
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)成績給一學期的課程做一個總結(jié)。大學不同于高中，沒有期中考試，沒有復習資料，大多數(shù)同學選擇在模考前幾天突擊復習。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，正確畫出反應的流程圖的學生會提高一定的分數(shù)。在?？嫉脑嚲碇?，我們也改良了一部分試題，如給定原料和產(chǎn)物，要求學生自己設計工藝流程、設備和催化劑;如給定一個成熟工藝路線，要求學生自己通過工藝、設備、催化劑和工藝參數(shù)等方面。這種評分標準得到了教研室其他老師和學院領導的認可，并提出了修改意見。
在今后的化工工藝學教學中，要適應時代的發(fā)展，及時更新教學內(nèi)容，以培養(yǎng)工程師為目標，提高環(huán)境保護和經(jīng)濟效益意識。通過教學改革，不斷提高學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)全面的復合型專業(yè)人才。