《精細化工工藝課程設計》的教學實踐與教學體會

牛瑞霞 李海燕 李杰 李志科 江泓

摘要：“精細化工工藝課程設計”是一門以學生自學、研究和設計為主、教師輔導為輔的實踐性課程，以培養學生綜合分析問題、解決問題以及創新能力為主要教學目標。本文結合自身教學實踐，從課程體系規劃、教學內容和教學實施等方面分析探討了高效、合理地實施課程設計教學環節的主要措施；從培養學生能力的角度闡述了理科專業開設課程設計課程的教學體會。

關鍵詞：課程設計；教學實踐；教學體會

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0132-02

引言：

“精細化工工藝課程設計”是在學生完成了“精細有機合成”和“化工原理”的理論課程學習之后開設的綜合性實踐課程，課時1周，是東北石油大學化學化工學院應用化學專業“四位一體”模塊化實踐教學體系中第二層次的教學模塊。該課程要求學生自主學習、構思設計一個精細化學品工藝設計為主的課題。需要經過資料查閱、合成路線設計、反應系統工藝設計、反應器工藝設計、答辯驗收等過程，最終完成課程的學習和實踐。教學過程中通過師生交流、學生自主學習和獨立設計，對學生的知識獲取、規劃設計、工程技能、知識綜合應用進行系統全面培養。截至目前，該課程已經開設7屆，已經成為理論課和工程實踐之間最重要的紐帶。

一、課程的規劃

東北石油大學是一所以工學為主的綜合類院校，學校重視科學研究與實踐應用，課程設置方面要求所有專業開設課程設計等實踐類課程。應用化學專業的一個專業培養方向是精細化工，所以精細化工工藝學課程設計是我專業學生的必修課之一。該課程以《化工原理》和《精細有機合成化學與工藝學》的理論知識為基本點，綜合應用專業知識，突出工程意識和創新意識，提高學生的綜合設計能力，培養學生解決實際工程問題的技能。

在課程開設之初，由于缺乏實踐經驗，課程設計題目單調，應用型不強，而且學生對工藝和設備的結構與原理認識膚淺，學生的工程素質和工程實踐技能沒有得到應有的鍛煉。通過多年的教學實踐，在筆者及所在專業教師的共同努力下，對精細化工工藝課程設計的時間安排、前期課程的內容設置進行了合理銜接，起到了承上啟下、融會貫通的良好效果。

該課程設計隸屬于精細化工方向的教學集合體系，時間及內容安排順序是同時開設《化工原理》和《精細有機合成化學與工藝學》，前者著重于介紹單元操作、工藝流程操作條件優化和設定，而后者著重于介紹精細化學品的合成工藝路線和單元反應的合成條件優化設計。然后開設《精細化工工藝設計》，它是將化工設計知識和精細化學品生產工藝融為一體的綜合性教學環節，通過設計使學生深刻理解精細化學品的生產理論知識，明確所學課程知識的實際用途，并綜合培養學生思考和解決問題的能力。由于課程設計時間為一周，在此期間，學生需要完成資料查閱、物料衡算、熱量衡算、反應釜設計、流程圖繪制、反應釜繪制等內容，工作量相對較大，所以理論課程教師在教學過程中需要預安排設計內容，學生在學習理論知識的同時進行課程設計準備工作，學習效果更好。

二、課程內容及教學實施

《精細化工工藝設計》的任務設置緊緊結合教學實際。精細化學品種類繁多，大多采用間歇操作，多步驟生產，而我校緊靠大慶油田，學生對油田化學劑，尤其是驅油用表面活性劑、緩蝕劑、破乳劑等精細化學品的接觸了解較為深入。此外，前期課程設置了認識實習，學生對油田用精細化學品的生產流程具有初步認知。所以，在任務設置上，側重于油田化學劑產品的生產工藝設計。

課程設計教學在多媒體教室進行，主要用于指導教師全方位講解課程設計的任務安排和設計要求。教師在授課前備齊參考資料和工具用書，指導學生人數不超過15人。課程設計過程以學生為主體，教師進行針對性輔導，并根據學生遇到的問題組織課堂討論，加深對知識的理解和熟練運用。為督促培養學生個人能力和團隊合作精神，按照每組2人進行任務分配。課程結束后，由學生提交手寫設計說明書一份，要求按照章節依次詳細寫出計算過程，并提交反應釜的設計圖紙、反應車間的布局圖紙等關鍵附圖說明。最后，學生根據自己的設計內容，以小組為單位，進行公開答辯，根據學生的答辯情況及平時的指導情況，指導教師可以判斷設計任務的完成效果，便于公平公正地進行成績評定。

三、應用化學專業開設課程設計的教學體會

我校應用化學專業屬于理科，課程體系設置不同于化學工藝專業，學生平時的學習均已理解分析為主，數學計算和工程制圖等能力欠缺，工程和工藝基礎均薄弱[1]。所以，通過課程設計教學環節實現對實現應用化學專業的多維度培養是非常必要的。通過7屆教學實踐，筆者認為理科專業因地制宜地開設化工類課程設計，對于學生多方面的能力培養有重要作用，具體有如下幾方面的體會。

1.鍛煉了學生查閱工具書、搜集數據的能力。高校本科學生在畢業之前都需完成畢業設計，我校應用化學專業的畢業設計為期半年，旨在培養學生的專業綜合應用能力。通過課程設計可以使學生提前進入角色，起到了承上啟下的作用。原因在于，學生的進行課程設計之前及過程中，需要做基本的準備工作，搜集資料和基本數據。比如《精細化工工藝課程設計》的設計題目設計硝化單元反應，為了完成硝化反應釜的設計，學生需要查閱芳烴、硝基化合物、水、硝酸等物質的一系列物性參數，包括熱容Cp、標準摩爾生成焓ΔfH■■、密度ρ、黏度μ、導熱系數λ等等。需要掌握《化學數據速查手冊》、《石油化工基礎數據手冊》、《中華人民共和國化工物性圖算手冊》等工具書的篩選、物性參數的查閱方法，很大程度上鍛煉了學生快速搜集資料的能力，為畢業設計教學環節的有效實施奠定了基礎。

2.鍛煉了學生的計算能力。我校應用化學學生在校期間的課程均以理論學習為主，除《高等數學》和《化工原理》涉及計算，其他課程基本不涉及數學計算。通過開設《精細化工工藝課程設計》，可以彌補不足，使計算能力得以鍛煉。由于課程設計要求學生進行系統的計算，每一步精細化工單元反應的設計均需進行物料衡算和熱量衡算，而且要依據冷卻劑的類型、溫差來計算設計反應釜大小、換熱面積大小、換熱器類型，因此課程設計的計算靈活、設計內容全面，對學生計算能力的培養更貼近實際。

3.鍛煉了學生的工程制圖能力。作為工藝設計類課程，其最終的呈現形式是圖文并茂、計算全面的設計報告，要求學生既要有詳盡的計算過程、清晰明了的總體闡述，又要有簡明扼要的圖表匯總。我專業學生沒有學過工程制圖類課程，不知道反應釜、換熱器、流量計、計量泵等的標準繪制方式、局部零件剖開和放大；不知道設備的細節標注，比如操作壓力、溫度、物料名稱等內容，工程概念較差。通過本門課程設計，學生學會了按照工程圖紙的規定表示所設計的設備，并對精細化工生產流程、裝置布局等有了宏觀認知和掌握。

4.加強了學生的團隊合作意識培養。《精細化工工藝課程設計》的任務設置是每兩位同學一組，需要他們合作完成。學生在課程結束后也充分體會到了合作的重要性，經常會出現遇到問題等不及問老師，互相討論后得到提醒和點撥，出現“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”的情況。使學生進一步明白了只有與他人緊密合作、相互配合，才能在有限的時間內設計出最優的設計方案，才能更高效地完成一項工作，為日后進入工作崗位進行了必要的鍛煉。

5.加強了學生的綜合能力培養。《精細化工工工藝課程設計》的教學過程是在教師指導下，學生獨立查閱資料收集數據后，完成一定量的計算、撰寫設計說明書，最后進行課程答辯。通過集中系統訓練，可以有效地實現與前期課程的銜接，實現理論基礎知識和專業知識的綜合運用，大大提高學生的工藝設計能力、創新能力、團隊合作能力、獨立分析和解決精細化工實際問題的能力、寫作能力、繪圖能力和表達能力[2]。此外，可使學生懂得設計參數與操作費用、投資費用的關系，懂得設計既要考慮到先進性又要考慮到可能性和經濟性[3]。

教學相長，通過幾年的教學實踐，也發現當代大學生思維活躍，在課程設計過程中，對能源的綜合利用、方案設計的經濟性、可持續發展性、綠色環保性等方面很有興趣，敢于提出新思想、新方法，這些方面也正符合當前我國工業發展的實際。

總的來講，課程設計有利于提高認識問題、分析問題、解決問題的能力。既是對已學課程知識的考核，又是對學生思考問題、解決問題能力的考核，更是對人格品德的考驗，純理論主義與純經驗主義都是不可取的，只有聯系實際、活學活用才最有價值。

四、結語

在高校畢業生普遍面臨就業壓力的今天，如何能夠在大學期間提升學生個人綜合能力，已經成為當代大學生和高校教師面臨的嚴峻問題。既需要學生從思想上、行動上珍惜課程設計實踐教學體系，認真對待每一次進行綜合訓練的機會；又需要指導教師具有強烈的責任心，規劃設計好教學內容，加強教學管理，不斷提高綜合指導能力，做到愛生如子，全心全意輔導學生，致力于幫助學生獨立思考、積極探索、保持好奇心和探索欲望，提高分析問題、解決問題的能力，從而為順利走上工作崗位打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]楊梅，吳菊，金俊成，等.應用型本科院校化工類課程設計學生能力培養[J].廣州化工，2015，43（3）：180-181.

[2]伍欽.應用化學專業的化工原理課程設計[J].大學化學，2000，15（5）：17-18.

[3]杜長海，馬立國，孫德.基于CDIO工程教育模式下的《化工設計》課程的教學[J].教育教學論壇，2015，（11）：188-189.