化工設計競賽對化工專業教學的啟示

晉 梅，王晉黃，李忠銘

（江漢大學 化學與環境工程學院，湖北 武漢 430056）

為加強工程教育，培養卓越工程師，教育部發起“卓越工程師教育培養計劃”［1］。專業學科競賽作為培養學生動手能力、解決問題能力，培養創新能力和實踐能力行之有效的途徑，已經越來越受到一些“985”、“211”高校的重視［2］。其中，“中國石化－三井化學杯”全國大學生化工設計競賽是中國化工學會、中國化工教育協會和教育部高等學校化學工程與工藝教學指導分委員會共同舉辦的化學工程與工藝專業的國家級賽事。2012年參賽隊伍562 支，涉及119 所高校，江漢大學參賽團隊是華中賽區預決賽中獲一等獎團隊中唯一來自非重點本科院校的團隊，也是進入全國總決賽36 個團隊中4 個來自非重點本科院校的團隊之一。

在化工設計過程中要綜合運用化工原理、反應工程、分離工程、環境保護、化工制圖以及經濟、安全等方面的專業知識，因此參賽學生應具有化工知識綜合運用能力，同時還應具有使用專業軟件的能力，更要考慮方案所涉及的政策、經濟、人文、地理等因素［3］。競賽專家委員會副主任、華東理工大學朱開宏教授評價“3 個月，不要說讓學生，就是交給專業設計員去做，這么短的時間想要完成這樣一個設計，難度還是比較大的……對學生而言，這給了他們一個對所學知識的綜合應用機會。設計本身是很開放的，可以提出各式各樣的方案，這樣的機會對我們國家的學生來講也是比較少的。”因此，化工設計競賽不僅對化工專業學生來說是一次大的鍛煉，同時也對化工專業的任課教師和教學提出了新的要求。

1 專業指導教師的能力要求

近年來化工設計大賽的題目一般都以科技進步為背景，立足于學科前沿，內容涵蓋面廣，綜合性強。如2012 年化工設計大賽就是基于石油、天然氣、煤等化石類自然資源的有限性日漸突出，設計題是“為某一以煤、天然氣、石油為原料的烴化工綜合企業設計一座C4 綜合加工子系統”［4］。混合C4 烴類的綜合利用技術目前也正是我國烴化工科技界的一個研發熱點，這就對專業任課教師的各方面能力提出了新的要求。

1.1 實踐能力的要求

一般來講，專業教師在學校主要從事專業理論方面的教學和研究工作，對于專業教師理論聯系實踐的能力需要在相關的企業進行。而化工設計競賽的題目往往是要利用原料、產品、生產規模、環境要求和公用工程等設計為基礎條件，對項目可行性進行論證、提出工藝流程設計、設備選型及典型設備設計、車間設備布置設計、工廠總體布置設計，并對項目的經濟分析與評價等方面進行分析和評價，這就要求專業教師除了具有一定的理論知識外，還需要掌握企業實際、應用技術和經濟方面的相應知識。為此，專業教師一方面可以通過校企合作計劃中的下企業項目或者到設計院進行技術路線和經濟方面的咨詢，將實踐經驗和平時的理論課教學進行有機的融合；另一方面，還要通過校企合作或下企業的實踐過程提高教師的工程實踐能力。

1.2 創新能力的要求

縱觀近幾年化工設計競賽題目，基本上都是目前化工過程中的研究熱點。從評分指標來看，對設計作品從原料到產品的加工方案、各種技術和新設備的應用都要求有創新性，在2011 年評分表中創新性所占的比例高達25%。從遞交的作品和答辯過程中也可以看出，很多“985”和“211”高校的學生在一些作品中采用了目前比較新的專利技術或新型設備，甚至是本校教師所申請的專利技術。如天津大學參賽隊在2012 年提交的作品中采用了天津大學在2010 年申請的專利技術隔板塔熱耦合節能技術。這就提示參賽指導教師在教育教學過程中一方面要對相關專業的新技術、新工藝路線、新設備進行文獻的積累和整理，具有一定專利技術和學科的前沿性；另一方面，要結合科研工作進行一些技術和設備的創新，申請相關專利。

1.3 團結協作的要求

根據化工設計大賽的要求，提交的作品除了涉及與化工專業相關的專業知識關聯度緊密的工藝設計之外，還要滿足日益提高的環保要求和設計工廠的三維立體展示、車間布置和配管設計圖等，并輔以電影動畫的形式進行展示，讓評委能直觀地對設計的作品有感性的認識。因此，在參賽指導教師團隊中除了相應的化工專業教師外，還需要環境工程、過程裝備與控制工程等相關專業的老師，組成參賽指導教師團隊對參賽隊伍進行指導。指導教師分工合作，分別對相關內容進行重點指導，確保作品的每一部分都滿足設計要求，才能使整體作品達到比賽要求。

2 專業教學模式的啟示

化工設計大賽不僅僅對理論教學課程提出了新的要求，同時也強調了實踐環節在專業競賽中所起的作用，對化工專業教學的啟示是多方面的、有指導性的。

2.1 更加重視專業理論課教學改革

化工設計競賽的知識涵蓋面非常廣，而現行教材的內容大多相對滯后，從而造成理論與實踐稍有脫節，其深度和廣度等已不能滿足競賽和培養專業人才的要求［3］。因此，結合江漢大學2012年“教改工作年”的總體部署，化學工程與工藝專業教師在理論課程上進行了教學方法的改革。如針對化工工藝學的課改中就改變了“以教師為中心，以教材為中心，以課堂為中心”的傳統方式，真正樹立“以學生為中心”的現代教育理念。在教學中，采用講授、自學、小組討論與發言、參觀、設計型作業和仿真操作的方式，綜合運用“啟發式、討論式、研究式、案例式”等多種教學方法。同時，對考核方式也進行了較大的改革，將一般的試卷考試改為試卷、作業、小組討論與發言、設計型作業和化工仿真訓練相結合的綜合考核。教學中還充分調動學生學習的積極性，始終把教學的重心放在教會學生如何綜合應用所學知識去解決實際生產中存在的問題上，以強化學生的工程意識與基礎知識的實際應用能力。

2.2 更加重視課程設計環節

課程設計是重要教學環節，是綜合應用專業理論課程所學知識，完成設計的主要實踐環節［5］。通過課程設計使學生掌握化工設計的基本程序和方法，并在查閱技術資料、選用公式和數據、用簡潔文字和圖表表達設計結果、繪圖以及計算機輔助計算等方面得到訓練，在設計過程中培養學生樹立正確的設計思想和實事求是、嚴謹的態度。如在化工原理課程設計中，學生通過復雜的工程計算來確定設備的類型，計算設備的尺寸，設計設備的結構，獨立完成某一化工單元操作的工藝設計，并撰寫設計說明書，繪制工藝流程圖和設備工藝條件圖，完成作為工程技術人員在工藝設計方面必備能力的基本訓練。在這一過程中，課程設計所需的理論分析知識主要來源于化工原理的課堂教學，在查閱資料過程中讓學生充分理解理論上正確、技術上可行、操作上安全和經濟上合理在實際化工單元設備選型上的運用，在選用公式計算過程中了解工程問題的計算方法，在繪圖過程中讓學生了解化工設計繪圖的規范。同時，為了打下堅實的化工專業基礎和提高課程設計質量，采用每名學生完成一個設計課題，不合格打回重做直至合格的方式，要求每名學生都達到既定的化工專業培養要求。這些課程設計環節的訓練有效地為專業競賽打下堅實的基礎。

2.3 更加重視實踐環節

實踐環節是培養工科學生綜合素質和工程意識的重要環節。通過實踐環節中的生產實習和畢業實習，可以使學生了解化工生產的實際和特點，加深學生對所學理論的理解。在強化理論與實踐的結合方面，實習指導教師在實習環節中通過現場指導和走流程，讓學生了解理論知識在生產實際中的應用；在強化實習效果方面，在實習的過程中采用設問式教學方法，結合實習裝置設置相關問題，并加強實習指導與監督，讓學生在實踐環節充分進行理論與實踐的結合。

在近兩年的畢業實習環節中，化工專業的教師還有意識地加強了工藝課程設計、畢業設計選題與實習環節的相互聯系，針對學生所在實習工段的實習內容進行相關課程設計和畢業設計的選題工作。如結合襄陽澤東化工股份有限公司精細車間甲醇制取甲醛生產工段，指導教師在2011－2012 年工藝課程設計環節、2012 屆畢業設計環節，都針對該工段進行了“年產*萬t 工業甲醛裝置”的工藝設計。另外，針對完成一種清潔生產的化工產品生產裝置的設計及建設運營規劃的“宜化杯”湖北省第一屆化工設計大賽題目，學生也針對該工段的工藝方案進行合理化設計和經濟核算，提出合理的建設運營方案。

2.4 更加重視學生整體能力的培養

專業競賽的答題要綜合運用化工專業知識，綜合考察參賽者的軟件應用能力、經濟分析能力、文字撰寫能力和語言表達能力。這就對化工專業學生的整體能力提出了較高的要求：較強的專業技能、較強的自主學習能力、口頭表達能力、文字寫作能力和應變能力。為了強化學生在這些方面的能力，在一些課程中采用模擬競賽的模式對學生進行綜合能力的訓練，并采用課程答辯——Presentation 的形式進行考核。如在化工設計課程中，將獲獎的競賽作品的資料分發給學生，然后按照專業競賽要求進行“年產*萬t 鄰苯二甲酸酐項目”的設計。當學生在接收設計任務之后，先熟悉資料，通過查閱相關文獻、標準、規范等資料，進行小組討論，明確分工，然后按期交作品，并進行作品答辯。在這些過程中，學生學會了知識的融會貫通、舉一反三，鍛煉了他們發掘資源、自主學習的能力，變被動學習為主動學習，激發了求知欲。專業競賽活動的開展，既培養了學生的思維能力和分析決策能力，也使教學時間和空間得到了擴展。

3 結語

大學生化工設計競賽對化學工程與工藝專業的專業教師、教學模式和培養思路等都提出了新的要求，為學生施展才能提供了契機，同時也推動了化工類課程的教學改革。改革需要與時俱進，如何將新技術、新知識、新工藝、新方法融入到教學中，如何培養學生自主學習、自主創新的能力，如何更好地制定專業培養方案，完成對學生綜合能力的訓練，是專業教師需要持續考慮的問題。

［1］ 肖春. 面向卓越工程師培養的學科競賽體系探索［J］. 浙江工業大學學報：社會科學版，2011，10（2）：205－210.

［2］ 朱斌，曹漫祥，譚勇，等. 以學科競賽為抓手提升工科大學生工程素質［J］. 電腦知識與技術，2011，7（17）：4237－4238，4242.

［3］ 李寧，陳盛明，宋應華，等.化工設計課程的教學改革實踐與探索［J］. 高師理科學刊，2010，30（6）：106－107.

［4］ 2012“中國石化－三井化學杯”第六屆大學生化工設計競賽通知及參賽指導［EB/OL］.（2012－05－07）［2013－02－05］. http://iche.zju.edu.cn/showNotice.aspx?indx=72.

［5］ 劉元偉，賈冬梅.化工原理課程設計教學研究［J］.濰坊教育學院學報，2011，24（4）：77－78.