化工過程開發與設計課程案例教學初探

張建立

(許昌學院化學化工學院，河南許昌 461000)

化工過程開發與設計課程是化學工程與化工工藝類相關專業的重要專業理論課。它主要講授完整的化工過程開發的內容、步驟和有關的概念;開發放大方法和試驗研究方法;技術經濟評價的思想和方法［1］。是理論與實踐結合十分密切的專業課。教學過程中，學生普遍反映該課程學習起來較難，因為，其中大部分內容是從工程實踐和科研實踐中歸納和總結出來的，并引用和介紹了許多化工過程開發與設計中涉及的選題、立項、市場調研、實驗設計與數據處理、工藝流程設計與有關計算、技術經濟評價等多方面的問題［2］。但是該階段的學生還沒有工廠生產實踐經驗和化工開發與科研的經驗知識，缺少對整個課程教學思想和內容的認識和了解，因此普遍感覺該課程的理論知識和方法抽象，內容多，不易理解。因此強化化工過程開發與設計課程的教學，對化工專業、應用化學等化學化工類相關專業學生專業理論課的學習和工程意識的培養有著重要的意義，對培養化工高等技術復合型人才起到關鍵的作用。

對于化工相關專業的高年級學生，該課程是從基礎理論上升到工程理論和實踐的橋梁。要想讓學生學好這門功課，為以后的工程實際打下堅實基礎，老師需要正確地把基礎理論知識講述給學生，通過深入淺出的講解、分析和論證，把化工過程開發實踐中抽象理論和方法變成具體易懂的知識，進而為學生所掌握［3］。同時還應該結合介紹化學企業在工程實踐和產品開發實踐中的具體的應用案例以及相關的科學發展的前沿動態和最新科研成果，提高學生的學習興趣和熱情，激發學生的探索精神和求知欲望，培養其創新思維和科研熱情，培養品學兼優的實用和科研結合型人才。

1 結合企業開發案例，提高學生的學習興趣

提高學生的學習興趣是教學過程中提高教學質量的最有效途徑之一。為了培養學生對化工過程開發與設計課程的學習興趣，除了通過教學的各個環節如課堂教學、實驗課等來進行理論知識的深化和應用外，更重要的應該是在化工過程開發與設計課堂教學中，通過結合基本理論知識在企業工程案例和科研項目中的應用成果，來提高學生的學習興趣，開拓科研視野，認識該門課程知識的重要性和實用性［4］。同時案例教學是用所學的理論知識來解決實際問題的過程，因此真正做到了理論聯系實際的教學原則。

在講市場調研與開發研究選題的教學內容時，作者把中國化工集團的前身藍星清洗公司創業的案例介紹給學生。1984年，藍星公司的創業者偶然發現，我國當時煤產量每年增加850萬t，而當時國家每年因鍋爐結垢多耗煤1 750萬t，相當于兩年增產的原煤。當時在我國，清洗技術還是一個空白，沒有一支專業清洗隊伍，清洗行業成為人們不愿或不敢涉足的未知禁區。機遇與兇險并存，創業者們憑著“成立一個專業化清洗公司，把科技成果推廣出去，為國家做點事。”這樣一個樸實的想法，靠一項清洗緩蝕劑技術、一萬元借款、七個半創業者(一人兼職)走上了自己的創業之路。此后，藍星清洗公司幾乎包攬了國家“七五”到“九五”計劃期間幾乎所有乙烯和大化肥裝置的開車前清洗工程。“小到茶壺，大到原子彈，全能清洗”的藍星開始走向世界。通過把化學企業成功的開發案例展示給學生，使學生深刻地認識到市場調研和開發研究選題的重要性，使學生對這一教學內容的學習產生了濃厚的興趣。

2 結合科研實踐案例，激發學生探索精神

化工基礎課和專業課課堂教學中長期存在重教師的講授，輕學生的探索;重視考試成績，忽視綜合能力的培養等問題。這不僅造成學生學習興趣下降，探索精神萎縮，而且極大地妨礙了學生整體素質的全面提高，影響了培養創新研究型精英人才的指導方針。因此，必須在教學過程中，結合教師在科研工作中遇到的工程問題和研究成果，在課堂教學中，給學生們設置各類科研小問題，講述相關科研最新進展和方向。使學生帶著問題學習，在課下認真思索和積極學習，培養學生理論聯系實際，分析和解決問題的能力，不斷激發學生自主探索的興趣。

在講授化工過程開發實驗中實驗設計與數據處理內容時，涉及單因素實驗的黃金分割法和多因素實驗中的正交設計法，對單峰函數和單調函數臨界數據的認識缺乏實踐基礎，影響對實驗優選原則的使用和有效把握。作者結合科研工作中天然色素提取與穩定性實驗研究的科研實踐，對天然色素熱穩定性研究時某些天然色素的穩定性與環境的pH值有關，用比色法表征色素含量的單因素實驗成顯著的單調函數，但是實驗發現當pH值達到某一數值的時候，色素顏色發生突變，原因是在該酸性環境下色素顯色官能團結構發生了轉變，這一顏色突變的pH值正是該單調函數在這一具體環境下自變量的臨界值，這一實驗數據的遴選和整理又是下階段正交實驗設計時有效水平點選取是依據;同時展示我校老師在這方面的科研成果和該色素的應用實例，并指出存在的問題，引導學生去思索，期待他們去進一步發現問題。

在講授化工過程放大的基本方法這一章內容時，適當展開，結合作者的研究課題和學校現用的實驗儀器設備，舉例說明，如果反應釜體積從500 mL，到5 L，再到50 L和500 L規模變化，讓學生計算不同級別體積的反應釜中，單位體積物料上分配的釜表面積數據，引導學生思考隨著體積的增大，需要換熱的反應，達到同樣的換熱目的體積不同的反應釜有哪些差別，計算后學生們感到非常驚訝，對教材上介紹的不同放大方法都有了深刻認識，總之，盡可能多給學生們提問題，讓他們去思考，激發其求知欲望和探索精神。

3 結合實踐活動案例，培養創新能力

理論與實踐相結合是化學工程與工藝、應用化學等專業基礎理論課程和專業課的教學特點，但長期以來的應試教育教學模式，卻導致出重理論、輕實踐，重知識、輕能力的現象，課程設計和實驗教學處于理論授課教學的附屬地位。較多的高校化工專業設計和實驗，大多是對理論公式及原理的再現與驗證。學生只要按照事先設定的程序與方法，進行設計計算和實驗操作，完成設計任務書和實驗報告，即可得到與教材中類似的公式與結論，如若所得的結果與公認概念存在偏差，學生則以近似處理和儀器誤差等因素對偏差加以模糊解釋。這種僵化的教學方法很難啟發學生的創造性思維，很難達到培養學生觀察問題、分析問題和解決問題能力的目的，也很難引導學生逐步樹立創新意識，與現代教育目標大相徑庭，已遠遠不能滿足時代對人才培養模式的要求。

在知識經濟條件下，經濟和社會的發展，不僅取決于人才的數量和結構，更取決于人才的創造精神和創新能力。化工過程開發與設計課程的創新性教學在彌補和培養學生分析和解決工程實際問題的能力、工程技術研究開發能力、創新思維和創新能力等方面起著重要的作用。通過在化工專業課的課堂教學中，穿插講述科研成果和工程開發應用案例，能夠激發和培養學生應用所學知識進行科學研究的創新意識和創新能力，以及提高工程實踐和科研能力。

化工過程開發與設計課程的教學中，項目的選題和立項內容的教學、技術經濟評價內容的教學、成果鑒定和知識產權的保護等內容的教學中，結合學生在學校教學實習基地的見習和實習，引導學生思考這些企業的產業布局和產品結構特點，與理論課的學習密切聯系。例如，引導學生思考和總結所在實習企業氯堿產品和PVC樹脂產品的在項目選題方面資源優勢的成功利用案例，要求學生利用產品成本估算和企業財務評價的理論知識，計算和比較生產同樣的產品，實習企業與其他企業的區位優勢和成本優勢。使學生對項目的國民經濟評價內容的學習有了深刻認識。

在綠色化學工程與工業生態園區建設教學內容學習過程中，組織學生考察污染嚴重的企業給環境和居民生活帶來的影響，參觀新型工業園區，考察工業區內污水處理和水循環利用的成果，使學生身臨其境去感受，對學生循環經濟理念的培養和工業生態學原理的建立很有大幫助。通過實踐教學，學生普遍認為，通過這樣的實踐教學活動，把書本上學到的知識很好地與實踐相融合，加深了對問題的理解，提高了學習興趣，激發了他們對化工領域科研工作的創新意識，培養了環境意識，從而培養了其綜合能力。

4 結論

化工過程開發與設計是一門重要的專業技術課，教師應當結合課程的工程特點，根據教學內容，提煉工程實際案例和相關科研成果，在課堂上靈活講述和展示，積極組織學生投入實踐環節的訓練，培養學生的學習興趣，充分調動學生們的學習積極性，激發探索精神和培養創新能力，使學生由被動學習變為主動學習，提高教學質量。以培養化工類創新型、實踐型人才，實現高水平研究型大學本科人才培養目標。

［1］黃 英，王艷麗.化工過程開發與設計［M］.第1版，北京:化學工業出版社，2008.

［2］武漢大學.化工過程開發概要［M］.第2版，北京:高等教育出版社，2009.

［3］武現麗，韓國勝.分析化學教學方法淺談［J］.河南化工，2010，20(4):63-64.

［4］肖 武，馬 威.在化工原理課程中結合工程原理和科研成果初探［J］.廣東化工，2010，39(9):190.